深層水泥土攪拌復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比試驗(yàn)研究

李計(jì)山

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北保定071000）

深層水泥土攪拌復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比試驗(yàn)研究

李計(jì)山*

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北保定071000）

采用深層水泥攪拌法處理含粗礫砂粘性土，進(jìn)行復(fù)合地基試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出準(zhǔn)確的樁土應(yīng)力比。

深層攪拌；復(fù)合地基；樁土應(yīng)力比

1 概述

本文對(duì)采用深層水泥攪拌法處理含水量較低的含粗礫砂的粘性土、殘積土進(jìn)行了試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行了描述，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

2 地層概況

試驗(yàn)場(chǎng)地位于圍海填土區(qū)，主要地層有：①層：填土?；◢弾r坡、殘積形成的粘性土和含砂粘性土，厚約3m。②-1層：中粗礫砂，海相成因，深灰—褐黃色，飽和松散，厚2m，w=18.6%。②-2層：粘土，部分粉質(zhì)粘土，沖洪積成因，以洪積為主，灰—黃灰色，土質(zhì)軟，含少量有機(jī)質(zhì)及中細(xì)砂顆粒，軟塑，厚1.9m，w=34.8%。②-3層：粘性土及粘性土含粗礫砂，沖洪積成因，以洪積為主，顏色較雜，有褐黃、蘭灰、灰綠等色，土質(zhì)一般，可塑，厚2.8m，w=24%。含砂量33.6%～38.7%。②-4層：粘土及粘土含礫砂，沖洪積成因，洪積為主，褐灰、灰白、蘭灰等色，土質(zhì)較差，軟塑，厚3.3m，w=30%～40%。含砂量30.1%～47.8%。④-1層：粘性土及含粗礫砂粘性土，殘積成因，褐黃色，土質(zhì)一般，粘性土中含大量云母，可塑，w=25%～32.5%，厚13.1m，含砂量30.1%～47.8%。

3 深層攪拌法

使用單軸攪拌機(jī)，動(dòng)力74kW，轉(zhuǎn)速40r/min，樁徑500mm，采用425#普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8。0～5m范圍內(nèi)水泥摻入比18%，5m以下水泥摻入比15%，石膏摻入量為水泥用量的2%，木質(zhì)素?fù)饺肓繛樗嘤昧康?‰。

復(fù)合地基試樁布置見圖1、圖2、圖3。

圖1 1#復(fù)合地基(單位：mm)

圖2 2#復(fù)合地基(單位：mm)

4 土壓力盒埋設(shè)方法

方法一：將樁、土整平在同一水平面上，鋪一層2mm厚細(xì)砂，再鋪一層32mm厚水泥砂漿，將側(cè)面用牛皮紙包裹的壓力盒嵌入其中，土壓力盒頂、底面與砂漿頂?shù)酌嫫烬R，見圖4。

方法二：將樁、土分別整平，放上土壓力盒，周圍培土夯實(shí)，使樁頂上土壓力盒的頂面、土中土壓力盒的頂面、未放土壓力盒的樁頂面和地面在同一水平面，見圖5。

土壓力盒的布置位置見圖1中T1～T4；圖2中T5～T8、圖3中T9～T17。

載荷試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2、表3和圖6。

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖3 3#復(fù)合地基(單位：mm)

圖4 1#復(fù)合地基土壓力盒埋設(shè)方法

圖5 2#、3#復(fù)合地基土壓力盒埋設(shè)方法

表1 1#復(fù)合地基樁土應(yīng)力值表

1#復(fù)合地基土壓力盒觀測(cè)值如表1所示。在任何一級(jí)荷載下，將樁上土壓力盒的應(yīng)力值乘以載荷板下的樁頂面積（0.785m2）加上土中土壓力盒的應(yīng)力值與荷載板下土的面積（1.775m2)的乘積，所得的和遠(yuǎn)小于本級(jí)荷載。這說明樁上或土中的土壓力盒觀測(cè)值未反映實(shí)際加在樁或土上的應(yīng)力。

表2 2#復(fù)合地基樁土應(yīng)力值表

表3 3#復(fù)合地基樁土應(yīng)力值表

圖6 復(fù)合地基p-s線

分析造成樁、土壓力盒觀測(cè)不準(zhǔn)的原因，主要是土壓力盒的變形模量小于其周圍水泥砂漿的變形模量，當(dāng)加荷時(shí)，應(yīng)力向土壓力盒周圍的水泥砂漿上集中，土壓力盒所承擔(dān)的是土壓力盒與水泥砂漿等變形條件下的應(yīng)力。

2#、3#復(fù)合地基土壓力盒觀測(cè)值見表2、表3。

在任一荷載下，將樁上土壓力盒的觀測(cè)值乘以載荷板下樁頂面積的積，加上土中土壓力盒觀測(cè)值與載荷板下土的面積的積，其值大于所施加荷載。

分析造成這種現(xiàn)象的原因：一是樁上土壓力盒周圍培土。在荷載作用下，放有土壓力盒的樁與未放土壓力盒的樁承受近乎相等的壓力。在放有土壓力盒的樁上，這個(gè)壓力大部分集中在土壓力盒上，只有一小部分分布在樁頂上部土壓力盒周圍的土體上，土壓力盒上的應(yīng)力大于樁體上的應(yīng)力，故用樁上土壓力盒所測(cè)得的應(yīng)力乘以樁的截面積所得的力顯然大于樁實(shí)際承受的力。二是樁上土壓力盒所承受的應(yīng)力大于土壓力盒的額定值，它已不能再反映實(shí)際的應(yīng)力，故不能用觀測(cè)到的樁土應(yīng)力值計(jì)算樁土應(yīng)力比。分析土壓力盒埋設(shè)方法，筆者認(rèn)為埋設(shè)方法二土中土壓力盒的觀測(cè)值較接近實(shí)際情況。

以土中土壓力盒觀測(cè)值為準(zhǔn)，求出樁上應(yīng)力值，進(jìn)而求出樁土應(yīng)力比n值，見表4、表5。

表4 2#復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比

表5 3#復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比

從圖7中可以看出，2#復(fù)合地基的n-p線是一條斜線，3#復(fù)合地基的n-p線是一條曲線，理論分析，當(dāng)p=0時(shí)n=0、n-p線應(yīng)是一條經(jīng)過原點(diǎn)的曲線，3#復(fù)合地基的n-p線近似于這一理論曲線，分析這一曲線可知，在前幾級(jí)荷載作用下應(yīng)力迅速向樁上集中，這是由于樁的壓縮模量大，土的壓縮模量小所致，在曲線上表現(xiàn)為斜率大于1。當(dāng)樁上荷載接近樁的極限荷載時(shí)，曲線變緩，斜率小于1，應(yīng)力開始向土上集中，當(dāng)土的沉降變形較大時(shí)，應(yīng)力再次向樁上集中，在圖7中表現(xiàn)為曲線上翹。2#復(fù)合地基的n-p線取點(diǎn)較少，不能反映出該曲線后半部分的趨勢(shì)，故無法分析。

圖7 復(fù)合地基n-p線

從圖6的p-s曲線可看出1#復(fù)合地基的極限承載力為970kN。2#復(fù)合地基的極限承載力為860kN。由于受加荷能力的限制，3#復(fù)合地基的極限荷載未做出。但從其已有部分的趨勢(shì)來看它的極限荷載約為800kN。3#復(fù)合地基的樁土置換率高于1#復(fù)合地基和2#復(fù)合地基的置換率，但其極限荷載卻比他們低。分析造成這種現(xiàn)象的原因，筆者認(rèn)為是由于樁間距過小，攪拌過程中地表幾米的樁間土被攪疏松，是造成極限承載力低的原因之一。從理論上講，應(yīng)該置換率越大極限承載力也越大。造成這種實(shí)際與理論不一致的原因是理論上未考慮樁間土地表部分被攪疏松這一實(shí)際存在的問題，對(duì)不同的地層產(chǎn)生這一現(xiàn)象的樁間距可能不一樣。

6 結(jié)論

水泥深層攪拌法不僅可用于處理淤泥、軟粘土地基，還可用于處理含水量較低的含粗礫砂殘積土。

樁上土壓力盒的埋設(shè)技術(shù)要求較高，受外部條件的影響較大，當(dāng)直接把土壓力盒放在樁頂作為應(yīng)力傳感器一樣使用時(shí)，需用大量程的土壓力盒。相比之下，土中土壓力盒受外界條件的影響較小，直接埋入土中的土壓力盒比埋入水泥砂漿中土壓力盒更能反映土中實(shí)際應(yīng)力。

樁土應(yīng)力比n是一個(gè)隨應(yīng)力增大而增加的值，它們之間并不是簡(jiǎn)單地線性關(guān)系，而是近似于二次曲線（拋物線）關(guān)系，n值的變化范圍從1.85～7.5。在計(jì)算復(fù)合地基的標(biāo)準(zhǔn)承載力時(shí)，一般情況下可取為6。

采用復(fù)合地基時(shí)，樁土置換率并非越大越好，樁間距過小時(shí)，攪拌可能會(huì)破壞地表1～2m范圍內(nèi)樁間土的原結(jié)構(gòu)，使其變疏松，降低樁間土的承載力，復(fù)合地基承載力也降低。

TU473.1

A

1004-5716(2015)05-0008-03

2014-11-14

2014-11-30

李計(jì)山（1959-），男（漢族），河北隆堯人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事巖土工程技術(shù)工作。