砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力试验探究

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1、砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力试验探究　　摘要：针对砼芯水泥土搅拌桩处理深厚软土地基的工程实例，根据现场复合地基载荷试验结果，研究了砼芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载传递规律、侧摩阻力分布特点和桩土应力比。测试结果表明：复合地基的上部荷载主要由砼芯承担，随着荷载的增加由砼芯→水泥土搅拌桩外壳→桩周土体扩散；施工过程中砼芯挤入改良了搅拌桩与土体间的接触性质，使得搅拌桩外壳与土体间的侧摩阻力要远大于规范推荐的水泥搅拌桩侧摩阻力计算值；砼芯与搅拌桩外壳之间接触紧密，保证了荷载的向外地有效扩散；复合地基中桩土共同受力，能够同步发挥承

2、载力。最后提出了砼芯水泥搅拌桩复合地基承载力计算方法。关键词：砼芯水泥搅拌桩；复合地基；荷载传递；承载力引言7随着我国高等级公路、铁路以及机场的大力建设，解决软土承载力不足以及沉降过大的问题十分紧迫。在各种地基处理技术中，复合地基以其工艺简单、施工方便、加固效果好等优势，在地基处理中得到了广泛应用[1]。在形成复合地基的各种桩型中：水泥土搅拌桩的桩身材料强度低，达到承载力极限时一般在桩身上部发生破坏，沉降量也可观[2]；而现浇薄壁管桩[3]以及广泛使用的灌注桩[4]，在达到极限荷载时桩周土体首先发生剪切破坏，而此时桩体强

3、度还远远没有发挥，造成材料浪费。砼芯水泥搅拌桩采用高弹模的预制砼芯作为受力核心，大表面积的水泥土搅拌桩外壳提供侧摩阻力，结合了刚性桩和柔性桩的优点，能够提供较高的承载力并有效减少沉降[5]。董平[5-6]等根据现场试验和有限元模拟，分析了砼芯水泥搅拌桩的荷载传递规律，并将单桩破坏模式分为砼芯压裂和桩周土体剪切破坏两种，提出了相应的计算公式。陈颖辉等[7]根据静载试验研究了含芯率和芯长比对承载力的影响，将单桩破坏分为渐进型和急进型两种类型，并提出了相应的单桩承载力计算公式。丁永君等[8]通过单桩静载试验发现，砼芯水泥搅拌桩

4、的侧摩阻力要远大于水泥搅拌桩和钻孔灌注桩，有利于单桩承载力的提高。现有的关于砼芯水泥搅拌桩的研究资料主要集中在单桩承载力方面，对于砼芯水泥搅拌桩复合地基承载性质研究较少，对其承载力机理的认识并不清楚。本文结合复合地基静载试验，进行了砼芯荷载传递规律、侧摩阻力分布特点以及桩土应力比测试。最后给出了砼芯水泥搅拌桩复合地基承载力计算公式。1.工程概况7某绕城公路沿线穿越深厚软土分布段，在里程桩号K9+260～K9+310段路基中心处打设三根试验桩。其主要地层分述如下：①0～1.6m：粘土，灰黄色，湿，可塑，含铁锰质结核及其浸染

5、，杂蓝灰色条纹。②1.6～3.1m：粉质粘土，灰色，湿，可塑。③3.1～5.9m：粉质粘土，灰色，湿，流塑，混粉土，含云母碎片。④5.9～12.7m：淤泥质粘土，灰色，湿，流塑，含腐殖质和泥质结核，粒径2-3cm。⑤12.7～19.9m：粘土，灰色，湿，软塑，含腐殖质。⑥19.9～23.6m：粉质粘土，灰色，湿，可塑，土质均匀。试验区域土层物理力学性质如表1所示。2.试验设计2.1试验目的（1）确定砼芯水泥土搅拌桩单桩复合地基的竖向抗压极限承载力，研究承载力形成机理。（2）确定不同荷载水平下地表土体、搅拌桩外壳与芯桩的荷

6、载分布规，研究砼芯水泥土搅拌桩的沉降控制机理。（3）研究砼芯水泥土搅拌桩单桩复合地基竖向荷载传递规律。2.2试验区域布置试验采用边长1.4m的正方形混凝土荷载板，水泥搅拌桩直径500mm，桩长20m，水泥掺量为15%。砼芯为桩径200mm的预制方桩，桩长9m，采用4Φ14配筋和C30水泥。72.3试验方法单桩复合地基静载试验步骤按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）附录A《复合地基载荷试验要点》进行。复合地基静载试验采用慢速维持荷载法。加载等级可分为8-12级。每加一级荷载前后均应各读记承压板沉降量一次，以后

7、每半小时读记一次，当一小时内沉降量小于0.1mm时，即可加下一级荷载。3.试验数据分析3.1荷载-沉降分布特征图3为三组含试桩复合地基的Q-S曲线，在整个加载过程中，复合地基沉降随荷载增大而发展平稳，对沉降控制效果明显。由表2可以看出，达到设计荷载时，沉降仅为4mm左右，小于桩直径的1%，说明高弹模砼芯的插入对沉降控制效果十分明显。3.2荷载传递规律图4为试桩A的砼芯轴力在不同加荷等级下随深度的变化图。如图所示，随着深度增加，轴力呈直线状递减。这表明在刚性基础下，复合地基的上部荷载仍然主要由砼芯承担，并随着荷载的增加由砼

8、芯→水泥土搅拌桩外壳→土体进行扩散，这与单桩静载试验的砼芯荷载传递规律是相同的[5-8]。7天然地基承载力为120kPa，复合地基施工完成后对桩周土进行了三组静力触探试验，得到土体平均承载力为143kPa，桩周土体承载力提高系数α为1.19。当达到复合地基承载力特征值时，三根试桩桩周土体的竖向应力分别为50kPa，3