旋噴樁復(fù)合地基承載力的確定

宋興海，劉振京，張 云，路 維，孫蓮閣

（1.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校土木工程系，河北滄州 061001；2.滄州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校招生辦，河北滄州 061001）

旋噴樁復(fù)合地基承載力的確定

宋興海1，劉振京1，張 云1，路 維1，孫蓮閣2

（1.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校土木工程系，河北滄州 061001；2.滄州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校招生辦，河北滄州 061001）

介紹了旋噴樁復(fù)合地基承載力確定的方法。結(jié)合深圳地區(qū)某旋噴樁復(fù)合地基現(xiàn)場靜載試驗對復(fù)合地基承載力的確定做了探討，認(rèn)為利用公式估算復(fù)合地基承載力特征值時要合理選擇Ra，f sk，β的取值。對靜載試驗值極差大于平均值30%的復(fù)合地基如何確定承載力特征值進(jìn)行探討，引進(jìn)了較為合理的取值方法。提出了將大小不一的壓板下載荷試驗得到的復(fù)合地基承載力換算成實際基礎(chǔ)面積下的復(fù)合地基承載力的換算方法。

旋噴樁；復(fù)合地基；承載力

復(fù)合地基是指天然條件下地基和雜填土在處理過程中部分地基土體得到增強(qiáng)，由增強(qiáng)體和其周圍地基土共同承擔(dān)上部荷載并協(xié)調(diào)變形的人工地基［1］。旋噴樁地基就是由旋噴樁、樁間土與褥墊層共同組成的復(fù)合地基。旋噴樁最早于20世紀(jì)60年代末期應(yīng)用于日本大阪市地下鐵路的施工中，中國是繼日本之后研究開發(fā)高壓噴射注漿法較早、應(yīng)用范圍較廣的國家。高壓噴射注漿法具有施工設(shè)備簡單、輕便、噪聲和振動小、施工速度快、機(jī)械化程度高、成本低、用途廣等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛。

旋噴樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)該由現(xiàn)場載荷試驗來確定。設(shè)計時可由公式法來初步估算，復(fù)合地基施工結(jié)束并達(dá)到一定強(qiáng)度后，由檢測單位進(jìn)行靜載荷試驗，檢驗地基承載力。

1 理論計算

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79－2002）［2］規(guī)定旋噴樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)由載荷試驗來確定，設(shè)計時可按式（1）初步估算：

式中：f spk為復(fù)合地基承載力特征值（k Pa）；m為復(fù)合地基面積置換率；Ra為單樁豎直向承載力特征值（k N）；A p為旋噴樁的橫截面積（m2）；β為樁間土的承載力折減系數(shù)，可由試驗或工程經(jīng)驗確定，當(dāng)沒有試驗數(shù)據(jù)或經(jīng)驗時，可取0～0.5，承載力較低時取較低數(shù)值；f sk為處理后的樁間土的承載力特征值（k Pa），應(yīng)按當(dāng)?shù)厍闆r取值，若沒有經(jīng)驗，可取天然地基的承載力特征值。

單樁豎直向承載力特征值可通過現(xiàn)場單樁載荷試驗確定。也可按式（2）和式（3）估算，取其中較小值：

式中：f cu為與旋噴樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長為70.7 mm的立方體）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值（k Pa）；η為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.33；li為樁周第i層土的厚度（m）；qsi為樁周第i層土的側(cè)面阻力特征值（k Pa），可由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 5007—2002）相關(guān)規(guī)定或地區(qū)經(jīng)驗來確定；qp為樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（k Pa），可由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 5007—2002）相關(guān)規(guī)定或地區(qū)經(jīng)驗來確定。

在沒有試驗數(shù)據(jù)的情況時，可按式（1）初步估算復(fù)合地基承載力，但也應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗，來合理地確定Ra，fsk，β。考慮到對工程保持有足夠安全度，公式計算結(jié)果不宜大于載荷試驗結(jié)果［3］。

2 現(xiàn)場試驗

復(fù)合地基承載力的理論值一般偏于安全，在復(fù)合地基的初步設(shè)計時，就安全角度來考慮，可由式（1）來初步計算復(fù)合地基承載力。但是同一復(fù)合地基的Ra，fsk，β等的取值難以確定，這樣往往會得出不同的復(fù)合地基承載力理論值。故《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79－2002）強(qiáng)調(diào)復(fù)合地基在竣工后驗收時，必須應(yīng)用載荷試驗來檢測承載力，對于旋噴樁還強(qiáng)調(diào)應(yīng)用復(fù)合地基載荷試驗以及單樁載荷試驗來檢測承載力。

當(dāng)前，靜載荷試驗是最具權(quán)威的載荷試驗方法，它能很好地模擬實際樁身載荷工況，得到樁的實際條件下的承載力值。載荷試驗一般在28 d齡期后進(jìn)行，通過p-s曲線確定復(fù)合地基承載力。

2.1 承載力特征值試驗值的確定

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79－2002）規(guī)定：

1）當(dāng)壓力－沉降曲線上的極限荷載能確定，且其值不小于對應(yīng)比例界限的2倍時，可以取比例界限；當(dāng)其值小于對應(yīng)比例極限的2倍時，可取極限荷載的1／2；

2）當(dāng)壓力－沉降曲線是平緩的光滑曲線時，可按相對變形值確定，且不應(yīng)大于最大加載壓力的1／2，對于旋噴樁復(fù)合地基，可以取s／b或s／d等于0.006所對應(yīng)的壓力。

2.2 承載力特征值試驗值的統(tǒng)計計算

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79－2002），對于復(fù)合地基，當(dāng)需要進(jìn)行靜載試驗時，試驗點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)少于3點(diǎn)，當(dāng)滿足其極差不超過平均值的30%時，可以取其平均值為復(fù)合地基承載力特征值，然而對于極差大于平均值30%的復(fù)合地基，如何確定其承載力特征值，規(guī)范未作進(jìn)一步明確規(guī)定。筆者建議按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021－2001）［4］第14.2.4條確定巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的統(tǒng)計方法，對極差大于平均值30%的復(fù)合地基承載力試驗值進(jìn)行統(tǒng)計計算，即

式中：f spk為復(fù)合地基承載力特征值（k Pa）；f mspk為復(fù)合地基承載力實測平均值（k Pa）；γs為統(tǒng)計修正系數(shù)；δ為復(fù)合地基承載力變異系數(shù)；n為樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)。

2.3 不同壓板面積載荷試驗確定的承載力與實際基礎(chǔ)作用下承載力之間的換算

進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗時，使用的壓板面積大小不一，則壓板面積范圍內(nèi)的樁土置換率就不同，最終得到的承載力值就不同。如果壓板面積作用下的樁土置換率與實際基礎(chǔ)相同，則由載荷試驗確定的復(fù)合地基承載力就等于實際的復(fù)合地基承載力。如果壓板面積作用下的樁土置換率與實際基礎(chǔ)不同，則由載荷試驗確定的復(fù)合地基承載力就不等于實際的復(fù)合地基承載力。此時建議通過式（6）－式（8）將不同壓板面積作用下的復(fù)合地基承載力換算成實際基礎(chǔ)面積作用下的復(fù)合地基承載力。

式（6）為載荷試驗條件下承載力的計算，式（7）為實際基礎(chǔ)作用下承載力的計算，式中各參數(shù)含義同式（1）中各參數(shù)。

①公路橋梁養(yǎng)護(hù)及加固是其施工管理的重要組成部分，確保較高質(zhì)量的公路養(yǎng)護(hù)和加固技術(shù)應(yīng)用，對于工程建設(shè)質(zhì)量提升，和道路運(yùn)行安全具有重大影響，其能確保公路橋梁社會服務(wù)職能的充分發(fā)揮。②對于建設(shè)企業(yè)而言，公路橋梁養(yǎng)護(hù)和加固技術(shù)的應(yīng)用，有助于其施工工藝的不斷成熟，從而在提升自身技術(shù)競爭優(yōu)勢的同時，實現(xiàn)工程質(zhì)量效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的有效獲得。③從社會發(fā)展的角度來看，公路橋梁工程服務(wù)于區(qū)域的社會生產(chǎn)實踐，通過養(yǎng)護(hù)及加固技術(shù)應(yīng)用，確保其建設(shè)的質(zhì)量化，對于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步具有重大影響。由此可見，在公路橋梁工程建設(shè)中，確保養(yǎng)護(hù)及加固技術(shù)的深層次應(yīng)用勢在必行。

復(fù)合地基中樁的強(qiáng)度往往能得到充分發(fā)揮，樁間土則不然，式中用折減系數(shù)來反應(yīng)。則實際基礎(chǔ)作用下和載荷試驗條件下樁的承載力特征值和樁周地基土承載力特征值都是相同的，即Ra＝R′a，f sk＝f′sk，故聯(lián)立式（6）和式（7）得

3 工程實例

筆者以廣深港鐵路客運(yùn)專線ZH-2標(biāo)（里程DK43＋860—DK44＋047）旋噴樁復(fù)合地基為例，對其地基承載力的確定進(jìn)行討論。

該里程線路為平原區(qū)，河流縱橫，地形平坦，多為農(nóng)田及水塘，場地土層條件見表1。旋噴樁樁徑d＝0.5 m，按等邊三角形布置，樁距s＝1.4 m，樁長14.6～17.6 m，水泥摻量150 kg／m，水灰比1∶1，噴 漿 壓 力 23 MPa。對 5-17＃，13-17＃，34-2＃，46-2＃4個實驗點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗，載荷板尺寸為1.41 m×1.41 m，p-s曲線見圖1，設(shè)計復(fù)合地基承 載 力 特 征 值 為 150 k Pa；對 9-14＃，40-4＃，46-8＃3個實驗點(diǎn)進(jìn)行單樁豎向抗壓載荷試驗，p－s曲線見圖2，設(shè)計單樁抗壓承載力特征值為130 k N。

表1 場地土層條件Tab.1 Stratum conditions

3.1 承載力的理論估算

從圖2可以看出，9-14＃，40-4＃，46-8＃單樁豎向抗壓承載力極限值均不小于260 k N，單樁豎向抗壓承載力特征值均不小于130 k N，滿足設(shè)計要求。由《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106－2003）［5］第4.4節(jié)知單樁豎向抗壓承載力特征值為Ra＝130 k N。故復(fù)合地基承載力估算值為f spk＝mR a／A p＋β（1－m）f sk＝92.75 kPa。

3.2 承載力的現(xiàn)場試驗確定

由圖1可知5-17＃復(fù)合地基的極限承載力不小于300 k Pa，承載力特征值不小于150 k Pa，滿足設(shè)計要求。13-17＃，34-2＃和46-2＃沒有按預(yù)定最大試驗加載量完成試驗，p-s曲線提前出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，承載力均不滿足設(shè)計要求。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79－2002）第A.0.9條確定各試驗點(diǎn)承載力特征值見表2，顯然極差大于平均值的30%。

表2 復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果Tab.2 Load test results of composite foundation

根據(jù)復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果計算復(fù)合地基承載力試驗結(jié)果平均值為

3.3 結(jié)果分析

從計算結(jié)果可以看出，承載力理論值小于現(xiàn)場載荷試驗值，主要是因為以下2點(diǎn)。

由于本實例只是對由按照設(shè)計要求施工的工程樁構(gòu)成的復(fù)合地基的承載力是否能達(dá)到設(shè)計要求進(jìn)行檢驗，所以，試驗的最大加載量可只加到設(shè)計載荷的2倍［6］。在加載過程中沒有出現(xiàn)極限載荷，并且相應(yīng)沉降很小，因而計算時其值取為最大加載量的1／2作為特征值。其實際特征值往往會比此值大。

由于復(fù)合地基中樁間土應(yīng)力在樁側(cè)產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致樁的側(cè)向阻力增加，同時在樁端產(chǎn)生的附加應(yīng)力形成邊梢效應(yīng)，增加了樁端阻力，所以，復(fù)合地基中的單樁承載力要比自由條件下的單樁承載力大一些，用自由條件下的單樁載荷試驗結(jié)果估算的承載力偏安全一些。

2）fsk的取值偏小

由于復(fù)合地基中樁的存在，使得樁間土的側(cè)向變形受到很大限制，從而使樁間土的豎直向變形變小，承載力相對于天然地基有所提高。

此外，由統(tǒng)計結(jié)果可知，按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021－2001）第14.2.4條確定巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值的統(tǒng)計方法得到的復(fù)合地基承載力統(tǒng)計值很接近最小試驗值。靜載檢測本身是通過小樣本來推斷總體，樣本容量越小，可靠度越低。本實例樣本容量較大，以統(tǒng)計方法得到的復(fù)合地基承載力統(tǒng)計值作為該復(fù)合地基承載力特征值是比較合適的。

4 結(jié) 論

通過以上分析，可以得出如下結(jié)論。

1）可按式（1）初步估算復(fù)合地基承載力特征值，同時也要考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，合理確定Ra，f sk，β。

2）通過對深圳某旋噴樁復(fù)合地基靜載試驗結(jié)果的統(tǒng)計特征進(jìn)行分析，提出了在極差大于平均值30%的情況下，復(fù)合地基承載力特征值的取值可參照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021－2001）第14.2節(jié)（巖土參數(shù)的分析和選定）所推薦的方法進(jìn)行統(tǒng)計計算。

3）用現(xiàn)場載荷試驗確定復(fù)合地基承載力特征值時，試驗與實際工程具有相同的樁土置換率是最理想的。但要做到這一點(diǎn)是很困難的，因此，可先采用標(biāo)準(zhǔn)的壓板面積進(jìn)行載荷試驗，再按本文換算公式進(jìn)行換算，進(jìn)而得到相對合理的結(jié)果。

［1］趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程［M］.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003.

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

［3］李 琴，張同貴.粉噴樁復(fù)合地基承載力現(xiàn)場試驗研究［J］.鹽城工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）（Journal of Yancheng Institute of Technology（Natural Science Edition）），2006，19（1）：76-78.

［4］GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［5］JGJ 106—2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］馬克生，梁仁旺，白曉紅.水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力的試驗確定［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報（Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering），2004，23（15）：2 652-2 654.

Determination of bearing capacity of rotary jet grouting piled composite foundation

SONG Xing-hai1，LIU Zhen-jing1，ZHANG Yun1，LU Wei1，SUN Lian-ge2
（1.Department of Civil Engineering，Hebei Engineering and Technical College，Cangzhou Hebei 061001，China；2.Admissions Office，Cangzhou Medical College，Cangzhou Hebei 061001，China）

This paper introduces a method of determining the bearing capacity of rotary jet grouting piled composite foundation，and in combination with the on-site experiment of rotary jet grouting piled composite foundation in Shenzhen area，makes the analysis on the bearing capacity of the composite foundation.It is confirmed that while utilizing the formula to estimate the characteristic value of capacity，the values ofRa，f skandβshould be properly chosen.The determination of the characteristic value of capacity is studied when the range is 30%greater than that of the average in the static load test.Accordingly，a method is put forward to convert the bearing capacity of composite foundation by different pressure plate area load tests to the actual bearing capacity of composite foundation.

composite foundation；rotary jet grouting pile；bearing capacity

TU473

A

1008-1542（2012）01-0074-05

2011-08-29；責(zé)任編輯：馮 民

宋興海（1982-），男，河北南皮人，講師，主要從事土力學(xué)與地基基礎(chǔ)方面的教學(xué)與研究。