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水泥土桩复合地基承载力性状试验研究

2015-07-13 298 0

一、水泥土桩复合地基承载力性状试验
　　水泥土桩是利用水泥（或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。搅拌桩复合地基质量的最后把关即为竣工之后的检验。现在竣工后进行质量检验的方法如下：标准贯入试验、静载荷试验或者静力触探试验、轻便触探等动力试验、截取桩段抗压强度试验、取芯检验、开挖检验、低应变动测检验、沉降观测等。可是就承受垂直荷载的水泥土搅拌桩而言，最可靠的质量检验的方式为静载荷试验。复合地基载荷试验要点如下：
　　（一）复合地基承载力特征值的确定
　　将满足复合地基载荷试验终止加载条件的前一级荷载定为极限荷载，将荷载-沉降（Q-s）曲线上，直线变形阶段的终点对应的荷载定为比例界限。可按下列三条之一确定复合地基承载力的特征值：
　　（1）荷载-沉降曲线上极限荷载可以确定，并且该值大于或者等于对应比例界限压力值的2倍，可以采取比例界限；而其值不大于对应比例界限的2倍，这时可采取极限荷载值的二分之一。
　　（2）荷载-沉降曲线为平滑曲线，可以依据相对变形值（s/b）或（s/d）确定：对旋喷桩复合地基或者水泥土搅拌桩可取s/b或s/d=0.O06所对应的荷载。对有经验的地区，也可按当地经验确定相对变形值。相对变形值s/b或s/d，其中s是载荷试验承压板的沉降量，b和d分别是承压板的宽度（边长）和直径。对矩形压板，d是与压板面积相等的等效影响圆直径。
　　（二）建筑场地复合地基承载力特征值fsp，k的确定
　　（1）试验点数量不应少于3点，当满足极差不超过平均值30%时，可取其测点平均值为建筑场地复合地基承载力特征值。
　　（2）当极差超过平均值的30%时，且测点承载力特征值大于或基本大于设计要求值，可舍去极差超过平均值30%的高值后取平均值为建筑场地复合地基承载力特征值。当个别测点检测值偏低过大且极差已超过平均值30%时，应针对场地的工程地质条件、施工因素及检测时的气象因素等，找出该测点检测值偏低或过大的原因提出处理意见。由于测点所在位置天然地基过于软弱所引起时，应探明软弱地基范围，作局部加固处理，在统计复合地基承载力特征值时应将此测点排除在外。
　　二、水泥土桩复合地基承载力性状试验中应注意的问题
　　（一）复合地基载荷试验的确定
　　竖向承载力试验划分为单桩载荷试验以及复合地基载荷试验。单桩载荷试验无法反映地基土以及桩体的共同作用关系，仅仅检测桩体承载力，试验结果也无法将复合地基承载力直接检测出来，只可以为设计提供复合地基承载力的计算参数。《地基处理规范》没有将单桩载荷试验列出，而是仅仅列出了复合地基载荷试验要点。笔者觉得应该首先选用与实际桩体受力状态最为贴近的复合地基载荷试验，直接将复合地基承载力检测出来，并当为验收的凭据。
　　（二）试验条件
　　1、总的要求，载荷板下的复合地基条件应该同地基基础设计要求以及施工实际情况保持一致，也就是载荷板下桩的置换率、砂石垫层厚度、成份与施工方法应该和地基基础设计要求以及施工情况相同。
　　2、水泥搅拌桩复合地基的设计要求基础底面之下有200-300mm厚砂石垫层，同时载荷板下也需要施工设计要求的砂石垫层。为了保护桩头不被夯坏以及方便施工，提倡适合采用1：2或者1：3级配砂石以及采用平板振动器将砂石垫层振实。
　　3、复合地基承载力重要组成部分之一即为桩间土承载力，开挖基槽（坑）时常常严重扰动桩间土，在做砂石调整层之前要做好橡皮土以及浮土的清除工作，如有需要还应夯铺碎石，将扰动层消除。静载试验载荷板下的桩间土如果遭受扰动，也应该进行清除以及加固处理，让其同基底下的条件基本相同。如果载荷板下不安排砂石调整层，也不进行清除和加固处理桩间土扰动层，则其静载试验结果所反映的则不是单桩复合地基承载力，而仅仅为单桩承载力。此为工程实施时复合地基承载力检验结果常常无法符合设计要求的重要因素之一。
　　4、静载试验载荷板下的水泥搅拌置换率应同基础底面下基本一致，不然静载试验的结果不是偏大，就是偏小。
　　（三）试验点的复合地基面积高于或者不足处理面积
　　当试验点的复合地基面积高于或者不足处理面积时，试验加载量应该做适当的修正，而非单纯地按照整个复合地基的平均承载力进行计算该处试验点的承载力。若是每处的置换率都相同，搅拌桩的分布确保绝对均匀，进而才有可能达到每个试验点的复合地基承载力相一致，但即便如此，局部的置换率依旧存在不一样的情况。载荷试验的根据不是依照笼统的平均承载力，而是各测点的试验加载量。因此，用低于测点承载力的要求去做静载荷试验，其结果是极其容易满足 “承载力”要求，但却丢失了检验自身的意义。另外，测点的选择也需尽可能选择代表性，例如承载力要求较高之处或者是施工质量较薄弱的方面。
　　（四）每个测点中所包含的桩数
　　钢筋混凝土桩与深层搅拌桩复合地基的最重要区别就是钢筋混凝土桩一般单纯考虑桩的承载力，却不会根本考虑土的承载力，而复合地基是桩和土是共同承担上部结构传来的荷载。从检验的准确性角度而言，每个测点所包含的桩数越多，也就意味着其试验结果的准确性相对高；然而应从试验的目的着手，尽量增添每个测点所包含的桩数，因此做到更准确地揭示桩-土、土-土、桩-桩间的相互作用。显而易见，若某测点只选择单桩复合地基，无法反映土-土、桩-桩之间的相互作用。当然每个测点所包含的桩数也不能太多，过多的话既不经济、也不现实，一般一个测点采取4桩复合地基相对适宜。
　　（五）复合地基静载荷试验的基本值、标准值取值问题
　　深层水泥搅拌桩复合地基静载荷试验是依据的规范是国家行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91。在该规范中，对复合地基承载力标准值的取值与复合地基承载力基本值的确定都做出了明确的规定。
　　某工程采用桩长11m、桩径500mm、置换率为20%的深层水泥土搅拌桩，按照单桩复合地基静载试验，承压板面积为1米×1米、总加载量为240kN（为设计要求值的2倍），当加载到240kN时，总沉降量达到59.72mm，Q-S曲线为缓变型，比例极限点不便识别，应按附录一试验要点七中3点相对变形值来确定，可采取s/b=0.004～0.010所对应的荷载。取大值s/b=0.010，那么此桩的复合地基承载力基本是110kN，达不到设计要求。（因为s/b的取值范围较大，从0.004～0.010范围内应取多少，取大值和取小值，承载力基本值相差太多）。
　　《规范》附录一试验要点七中第二条的规定，极限荷载能确定，而其值又小于对应比例极限荷载值的1.5倍，可取极限荷载的一半；当极限荷载能确定，而其值大于对应比例极限荷载值的1.5倍时怎样取值在《规范》中却没有明确规定。但就安全方面而言，笔者认为应该按照相对变形值确定该桩的复合地基承载力基本值。
　　参考文献：
　　[1]徐辉.夯实水泥土桩复合地基承载及变形性状的试验研究[D].地质工程：安徽理工大学，2006.
　　[2]陈甦.柔性基础下水泥土桩复合地基力学性状研究[D].岩土工程：中国地震局工程力学研究所，2009.

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