粉噴樁單樁承載力時(shí)間效應(yīng)試驗(yàn)研究

顏慶智 閆相禎

試驗(yàn)場地位于勝利埕島油田。軟土具有含水量高、孔隙比大、承載力低等特點(diǎn)，特別適合于用粉噴樁復(fù)合地基進(jìn)行加固處理。粉噴樁加固處理的主要是第②層～第④層土，其主要土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。場區(qū)按地下水的含量可劃分為A，B兩區(qū)，A區(qū)由于下水管道的滲漏，使地下水局部富集，含水量偏高，土質(zhì)相對較軟，地下水埋深為1.70 m，B區(qū)未見地下水。

表1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

1 理論依據(jù)

時(shí)間效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理:在成樁過程中，水泥與土中粘粒和水的物理化學(xué)反應(yīng)及水化作用，樁身強(qiáng)度不斷增長，攪拌時(shí)對周圍樁周土的擾動(dòng)，土體的再固結(jié)及強(qiáng)度恢復(fù)[1，2］。

在飽和軟土中，在單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)力水平時(shí)，樁端阻力為零，樁周土處于彈性狀態(tài)。

當(dāng)r≤rsu時(shí)

其中，τ為樁側(cè)摩阻力，kPa;τu為樁側(cè)摩阻力極限值，kPa;rs為樁、土相對位移，m;rsu為對應(yīng)于τu的rs值，m;k為樁與樁周土的彈性摩擦系數(shù)。在樁頂荷載P的作用下，樁頂下x處樁身截面的內(nèi)力為N，并設(shè)樁端土受力為Nd=0，樁截面面積為Ap，樁周長為U，樁身彈性模量為E。在x處取一微單元體dx，其內(nèi)力變化為dN，根據(jù)力的平衡關(guān)系:

根據(jù)變形協(xié)調(diào)關(guān)系，樁身的微應(yīng)變?yōu)棣?dx/x時(shí):

根據(jù)樁身變形服從虎克定律ε=－N/(ApE)整理得出:

經(jīng)一系列變換建立樁頂荷載與位移、樁周土的性狀及樁身強(qiáng)度之間的關(guān)系式:

粉噴樁單樁承載力是隨著成樁時(shí)間的增長而逐漸提高的，且樁身強(qiáng)度起著重要的作用[2］。

2 水泥土室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)

在成樁后 7 d，14 d，28 d，60 d，90 d，采用壓力試驗(yàn)機(jī)分別做樁身試塊(70．7×70．7×70．7)mm的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)共4組，每組5個(gè)試件。水泥土抗壓強(qiáng)度按式(5)計(jì)算:

其中，fcu為試驗(yàn)齡期下水泥土抗壓強(qiáng)度，MPa;P為破壞荷載，N;A為試件的承壓面積，mm2。

試驗(yàn)采用的壓力試驗(yàn)機(jī)，其示值的相對誤差不應(yīng)大于2%，量程應(yīng)能使試件的預(yù)計(jì)破壞荷載不小于全量程的20%，也不應(yīng)大于全量程的80%。

表2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)成果分析

試驗(yàn)測得水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值見表2，樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值(fcu)與時(shí)間(t)的關(guān)系見圖1。

圖1 A，B區(qū)樁身無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系

圖2 單樁承載力時(shí)間效應(yīng)曲線

由試驗(yàn)結(jié)果圖1可知，水泥土的強(qiáng)度隨著齡期的增長而提高，28 d以前水泥土強(qiáng)度隨時(shí)間的增長而顯著提高，28 d后強(qiáng)度仍有增長，但增長速度減慢，60 d后十分緩慢。

本次試驗(yàn)得出7 d，14 d，28 d，60 d和90 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值為:

fcu7=0．74 MPa，fcu14=1．10 MPa，fcu28=1．38 MPa，fcu60=1．74 MPa，fcu90=1．93 MPa滿足經(jīng)驗(yàn)公式。

某個(gè)齡期(T)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度fcuT與28 d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度fcu28的比值fcuT/fcu28與齡期T的關(guān)系式如下:

在其他條件相同的前提下，兩個(gè)不同齡期的水泥土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度之比隨齡期之比的增大而增大。其經(jīng)驗(yàn)方程式為:

4 不同齡期的單樁載荷試驗(yàn)

不同齡期單樁載荷試驗(yàn)共4組，A，B區(qū)各2組，分別做14 d，28 d，60 d，90 d齡期平板載荷試驗(yàn)。粉噴樁單樁的靜載荷試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，按“單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)”進(jìn)行[4］;粉噴樁復(fù)合地基靜載荷采用載荷板加載試驗(yàn)的慢速維持荷載法，按“復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)”進(jìn)行[5］。試驗(yàn)成果見表3，單樁承載力時(shí)間效應(yīng)曲線見圖2。由表3載荷試驗(yàn)結(jié)果及圖2單樁承載力時(shí)間效應(yīng)曲線得出，單樁承載力隨齡期的增大而增大，單樁承載力的平均增幅:14 d～28 d為26．4%，28 d～60 d為5．5%，60 d～90 d為2．8%，具有明顯的時(shí)間效應(yīng)。場區(qū)由于地下水的影響，增加了水泥土的硬凝時(shí)間，并減小了樁側(cè)摩阻力，從而使場區(qū)A，B單樁承載力時(shí)間效應(yīng)有較大的差異。

表3 載荷試驗(yàn)中各單樁承載力值

5 結(jié)語

粉噴樁單樁承載力具有明顯的時(shí)間效應(yīng)，即單樁承載力隨齡期的增大而增大，并具有前期快、后期緩慢的特點(diǎn)，在成樁后28 d內(nèi)，承載力顯著提高，隨后提高幅度減弱。

[1]杜海金，張建新，吳東云，等．粉噴樁單樁承載力的時(shí)效分析[J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002(4):586-589．

[2]葉 彬，蔣 軍．預(yù)應(yīng)力管樁單樁極限承載力時(shí)效性研究[J］．低溫建筑技術(shù)，2005(10):2．

[3]胡 琦，蔣 軍．回歸法分析預(yù)應(yīng)力管樁單樁極限承載力時(shí)效性[J］．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(21):4．

[4]JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S］．

[5]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S］．