水泥攪拌飽和黃土復(fù)合地基樁土荷載分擔(dān)研究

孟慶宏

(中川鐵路有限公司，蘭州　730000)

?

水泥攪拌飽和黃土復(fù)合地基樁土荷載分擔(dān)研究

孟慶宏

(中川鐵路有限公司，蘭州730000)

摘要：蘭州至中川機(jī)場(chǎng)城際鐵路工程沿線(xiàn)大多地段屬于飽和黃土地基，承載力低，壓縮性大，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，采取水泥土攪拌樁復(fù)合地基進(jìn)行加固，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)路堤荷載及剛性承載板下水泥土攪拌樁復(fù)合地基中樁土荷載分擔(dān)情況。結(jié)果表明：隨著路堤填筑高度及時(shí)間的增加，樁體、樁間土的應(yīng)力都增大，樁體的應(yīng)力大于樁間土的應(yīng)力；相同的路堤填土荷載下，二灰摻量16%的復(fù)合地基中最大樁頂應(yīng)力272.5 kPa，對(duì)應(yīng)樁間土應(yīng)力45.5 kPa；二灰摻量12%的最大樁頂應(yīng)力166.3 kPa，對(duì)應(yīng)樁間土應(yīng)力為69.3 kPa。隨著二灰摻入量的增加，路堤荷載下水泥土攪拌樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比增大，二灰摻量16%時(shí)的最大樁土應(yīng)力比為5.57，是二灰摻量為12%的2.34倍；剛性基礎(chǔ)下樁土應(yīng)力比隨荷載的變化呈現(xiàn)出凸單峰曲線(xiàn)。復(fù)合地基中樁體應(yīng)力集中系數(shù)的值隨著荷載的增加而逐漸增大，樁間土應(yīng)力減小系數(shù)隨著荷載的增加而減小。

關(guān)鍵詞：水泥土攪拌樁；飽和黃土；路堤荷載；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；樁土應(yīng)力比

1概述

黃土是指第四紀(jì)以來(lái)在半干旱、干旱地區(qū)陸相沉積的特殊土，以粉粒為主，富含鈣質(zhì)的粉土或粉質(zhì)黏土。我國(guó)黃土分布占全國(guó)陸地面積的6.1%左右，主要分布在我國(guó)的西北平原和華北平原。大多黃土天然含水率低，干燥時(shí)比較堅(jiān)固，承載力較高，遇水容易受到侵蝕。當(dāng)含水率增加、飽和度大于80%時(shí)，形成飽和黃土，具有含水率高、壓縮性大、抗剪強(qiáng)度低等不良工程特性[1-2]。飽和黃土地基承載力低、變形大，無(wú)法滿(mǎn)足工程要求，需進(jìn)行地基處理，常把飽和黃土地基按軟弱地基來(lái)對(duì)待[3]。

采用水泥和粉煤灰作為固化劑加固飽和黃土地基，形成水泥攪拌飽和黃土復(fù)合地基，相比天然地基，應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)均發(fā)生了較大的變化。在外荷載作用下，樁體與樁間土共同承擔(dān)上部荷載[5]。樁土應(yīng)力比，即樁頂平均應(yīng)力與樁間土平均應(yīng)力的比值，反映了復(fù)合地基中樁體和樁間土共同承擔(dān)上部荷載時(shí)的分擔(dān)比例。水泥土攪拌樁復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比的研究主要有以下3方面：①室內(nèi)模型試驗(yàn)[6]，研究不同基礎(chǔ)剛度下樁土應(yīng)力比的變化規(guī)律；②通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)[7-14]分析剛性承載板下及路堤荷載下水泥土攪拌樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比變化規(guī)律；③通過(guò)數(shù)值模擬[15]不同條件下復(fù)合地基的工作性狀以及各因素之間的相互影響，并與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比。由于樁土應(yīng)力比的影響因素復(fù)雜，且現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范中都涉及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，因此進(jìn)行路堤下復(fù)合地基樁土應(yīng)力比現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究是十分必要的。

目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)黃土的改良和加固已進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，但是，對(duì)于飽和黃土地基的處理，尤其是采用水泥粉煤灰攪拌樁加固飽和黃土地基的研究還較少，缺乏地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合蘭州至中川機(jī)場(chǎng)城際鐵路工程，選用水泥粉煤灰攪拌樁加固飽和黃土地基。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)路堤荷載及剛性承載板下水泥土攪拌樁復(fù)合地基樁頂、樁間土應(yīng)力，分析樁土應(yīng)力比的變化規(guī)律，探討飽和黃土場(chǎng)地水泥土攪拌樁復(fù)合地基的受力特性及樁土荷載分擔(dān)情況，為該地區(qū)水泥土攪拌樁加固飽和黃土地基設(shè)計(jì)及分析計(jì)算積累地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。

2試驗(yàn)路段概況

實(shí)測(cè)工作所在的試驗(yàn)段位于蘭州至中川機(jī)場(chǎng)城際鐵路某一標(biāo)段，里程DK48+025.78～DK49+991.00，共長(zhǎng)1 965.22 m。該段路基位于蘭州市永登縣樹(shù)屏鎮(zhèn)，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、鉆孔揭示，工程涉及的主要地層為：分布于表層的第四系全新統(tǒng)人工填筑土、砂質(zhì)黃土，分布于黃土層以下的第四系全新統(tǒng)粉砂、細(xì)砂、中砂、粗砂、砂礫以及第三系中心統(tǒng)泥巖夾砂層。工點(diǎn)范圍內(nèi)的地表水主要為堿溝溝水，水量較小。根據(jù)鉆孔DZ-832附近地表水質(zhì)分析報(bào)告，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有硫酸鹽、氯鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)為H2、L1。地下水位第四系潛水，水位埋深2～10 m。

根據(jù)靜力觸探成果及土工試驗(yàn)報(bào)告分析，工點(diǎn)范圍內(nèi)分布著飽和黃土，靜力觸探貫入阻力Ps多為336～505 kPa，地基土基本承載力為43～62 kPa。很顯然，該段飽和黃土地基承載力及沉降量不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，對(duì)其進(jìn)行加固處理。選用水泥土攪拌樁對(duì)飽和黃土地基進(jìn)行加固處理，形成水泥粉煤灰攪拌飽和黃土樁體復(fù)合地基。設(shè)計(jì)的水泥土攪拌樁基本資料見(jiàn)表1，攪拌樁所用的固化劑為水泥與粉煤灰的混合料，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“二灰”。

表1　水泥土攪拌樁基本資料

3試驗(yàn)儀器埋設(shè)及測(cè)試過(guò)程

3.1儀器的選擇與埋設(shè)

選擇的儀器是由長(zhǎng)沙金碼科技實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為JMZX-5003A的振弦式土壓力盒。量程為1.0 MPa的大量程土壓力盒24個(gè)，埋設(shè)于樁頂；量程為0.3 MPa的小量程土壓力盒44個(gè)，埋設(shè)于樁間土，共計(jì)埋設(shè)土壓力盒68個(gè)。

在路堤填筑之前，將土壓力盒埋設(shè)于樁頂、樁間土的表面。二灰摻量為12%、16%、20%的試驗(yàn)段各選2個(gè)斷面埋設(shè)土壓力盒。每個(gè)斷面路基中心處選取2根樁進(jìn)行量測(cè)。取樁頂土壓力盒所測(cè)應(yīng)力的平均值作為樁頂應(yīng)力，取四周土壓力盒所測(cè)應(yīng)力的平均值作為樁間土應(yīng)力。土壓力盒的埋設(shè)情況如圖1、圖2所示，土壓力盒的埋設(shè)位置見(jiàn)表2。

圖1　試驗(yàn)組1土壓力盒的埋設(shè)示意

圖2　試驗(yàn)組2土壓力盒的埋設(shè)示意

二灰摻量/%試驗(yàn)分組里程樁頂土壓力盒埋設(shè)樁周土土壓力盒埋設(shè)12試驗(yàn)組1K48+4604個(gè)8個(gè)12試驗(yàn)組2K48+4804個(gè)6個(gè)16試驗(yàn)組1K48+7804個(gè)8個(gè)16試驗(yàn)組2K48+8104個(gè)6個(gè)20試驗(yàn)組1K48+5504個(gè)8個(gè)20試驗(yàn)組2K48+5704個(gè)6個(gè)

3.2測(cè)試過(guò)程

3.2.1測(cè)試方法

測(cè)試期間，按照“開(kāi)始施工→一層路堤填筑完畢→8～10 h后測(cè)讀數(shù)據(jù)→下一層路堤開(kāi)始填筑”這樣的過(guò)程進(jìn)行測(cè)試。保證數(shù)據(jù)的采集在一定程度上與施工過(guò)程保持一致，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。整個(gè)測(cè)試期間每天測(cè)讀1次數(shù)據(jù)，共歷時(shí)11 個(gè)月。

3.2.2測(cè)試中需要注意的問(wèn)題

(1)路堤填筑初期，土壓力盒的上部覆土很少，為了避免機(jī)械對(duì)其產(chǎn)生不利的影響，采取以下措施：待墊層底層施工完成后，挖開(kāi)墊層埋設(shè)土壓力盒，人工夯實(shí)上部填土。墊層施工第二層時(shí)，壓路機(jī)通過(guò)埋設(shè)有土壓力盒的斷面時(shí)靜止振動(dòng)碾壓，只允許靜壓。

(2)如果在測(cè)試期間出現(xiàn)土壓力盒失效的情況，土壓力盒損壞或超出土壓力盒的量程及測(cè)試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，在數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)該將這些數(shù)據(jù)剔除。

4樁土荷載分擔(dān)測(cè)試結(jié)果分析

在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，水泥攪拌飽和黃土復(fù)合地基中樁體與樁間土各自荷載分擔(dān)情況直接關(guān)系復(fù)合地基承載性能，關(guān)系兩者承載能力的發(fā)揮。影響樁體與樁周土體荷載分擔(dān)的因素主要是試驗(yàn)中土體的性質(zhì)、樁體的布置、幾何尺寸、不同二灰摻量下樁體強(qiáng)度、填土荷載以及各級(jí)荷載的間歇時(shí)間(固結(jié)時(shí)間)。分析中以路堤的填筑高度來(lái)反應(yīng)荷載的大小。

4.1實(shí)測(cè)路堤荷載下樁頂及樁間土應(yīng)力的變化規(guī)律

4.1.1相同二灰摻量下樁頂及樁間土應(yīng)力隨路堤填筑高度及時(shí)間的變化

本次試驗(yàn)對(duì)二灰摻量12%的復(fù)合地基做了2組試驗(yàn)，試驗(yàn)組1里程為DK48+460 m，試驗(yàn)組2里程為DK48+480 m，2組試驗(yàn)中樁體、樁間土應(yīng)力與路堤填筑高度的變化規(guī)律基本一致，故以試驗(yàn)組1為例，分析樁體、樁間土荷載分擔(dān)與路堤填筑高度及時(shí)間的關(guān)系。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3　樁頂、樁間土應(yīng)力與路堤填筑時(shí)間及高度的關(guān)系

由圖3(a)可以看出，路堤的填筑時(shí)間主要集中在2014年7月13日到2014年7月29日和2014年11月13日到2014年12月10日，2014年12月11日開(kāi)始，基床表層鋪設(shè)60 cm厚的碎石。路堤分層填筑，每層厚度50 cm，填筑完成后碾壓達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，并且修理邊坡。圖3(b)可以看出，在施工期間，樁體、樁間土的應(yīng)力都隨著路堤填筑高度的增加而增大。由于樁體的強(qiáng)度、剛度均大于樁間土的，故樁體的應(yīng)力大于樁間土的應(yīng)力。

由圖3可以看出，從2014年7月29日到2014年11月13日，路堤的填筑高度并沒(méi)有發(fā)生變化。但是，樁體與樁間土分擔(dān)的荷載有一定的變化。可以看到，2014年8月27日，樁體和樁間土的應(yīng)力都增大，這是由于將修理邊坡后的大量土堆積在路堤的中央，造成樁體與樁間土應(yīng)力增大。11月10日拉走堆土，樁體、樁間土的應(yīng)力減小。在路堤堆土期間，樁體、樁間土的應(yīng)力都呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，但并不明顯。2014年11月11日到2014年12月10日，路堤又開(kāi)始填筑，填筑高度至590 cm； 12月11日開(kāi)始，基床表層鋪墊60 cm厚的碎石，在這期間，樁體、樁間土的應(yīng)力都隨路堤填筑高度的增加而增大。2015年1月23日，路堤填筑完成，地基處于固結(jié)沉降階段，樁頂、樁間土應(yīng)力基本不變，趨于穩(wěn)定。整個(gè)試驗(yàn)期間，樁體所分擔(dān)的荷載最大值為166.3 kPa，樁間土承擔(dān)最大荷載為69.3 kPa。

在路堤填筑初期，上部荷載通過(guò)墊層均勻地傳遞到樁體和樁間土上，樁體、樁間土分擔(dān)的荷載都較小，且差別不大，基本同步增大。隨著路堤填筑高度的增加，樁體剛性大的優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮，分擔(dān)的荷載量增大，應(yīng)力逐漸向樁體集中。

4.1.2不同二灰摻量下樁頂、樁間土應(yīng)力隨路堤填筑高度的變化

二灰摻量分別為12%、16%，不同里程斷面樁頂、樁間土應(yīng)力隨路堤填筑高度的變化如圖4所示。

由圖4可以看出，不同的里程斷面處，路堤的填筑高度隨時(shí)間的變化不同，對(duì)應(yīng)的樁頂、樁間土平均應(yīng)力隨時(shí)間變化也不同。二灰摻量16%的復(fù)合地基中最大樁頂應(yīng)力272.5 kPa，對(duì)應(yīng)樁間土應(yīng)力45.5 kPa。二灰摻量12%的最大樁頂應(yīng)力166.3 kPa，對(duì)應(yīng)樁間土應(yīng)力為69.3 kPa。可見(jiàn)，二灰摻量16%的復(fù)合地基中最大樁頂應(yīng)力是二灰摻量12%的1.64倍，這是由于不同二灰摻量下的水泥土攪拌樁強(qiáng)度、剛度不同造成的。

圖4　不同二灰摻量下樁頂及樁間土平均應(yīng)力與路堤填筑高度的關(guān)系

采用與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段相同的原位土、水泥、粉煤灰做室內(nèi)水泥粉煤灰攪拌土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，二灰摻量16%的水泥土試塊90 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.19 MPa，是二灰摻量12%的1.34倍[16]。

分析以上實(shí)測(cè)結(jié)果可知，水泥土攪拌樁復(fù)合地基中由樁體和樁間土共同承擔(dān)上部荷載；由于樁體的強(qiáng)度、剛度均大于樁間土的，所以樁體分擔(dān)的荷載也明顯大于樁間土分擔(dān)的荷載。二灰摻量增加，水泥土攪拌樁強(qiáng)度、剛度增大，樁頂應(yīng)力集中表現(xiàn)的越明顯，樁體分擔(dān)的荷載增加，樁間土分擔(dān)的荷載減小。

4.2路堤荷載下樁土應(yīng)力比的分析

水泥攪拌飽和黃土復(fù)合地基，受力情況復(fù)雜，影響因素多，理論計(jì)算難度大，因此，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)來(lái)分析水泥攪拌飽和黃土復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比的變化規(guī)律。不同二灰摻量下樁土應(yīng)力比隨路堤填筑高度的變化規(guī)律如圖5所示。

由圖5可以看出， 二灰摻量16%的復(fù)合地基，在路堤填筑初期，樁土承擔(dān)的荷載相差不大，樁土應(yīng)力比較??；隨著填土荷載增大，樁土應(yīng)力比增大。2014年12月11日，路堤填筑完成，此時(shí)樁土應(yīng)力比為4.93，2014年12月12日到2015年6月8日，路堤處于固結(jié)沉降階段，樁土應(yīng)力比緩慢增加，最后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定值為5.99。樁土應(yīng)力比的穩(wěn)定值范圍為4.93～5.99，平均值為5.46，說(shuō)明該場(chǎng)地中樁、土能夠較好的配合，達(dá)到復(fù)合地基中共同承擔(dān)上部荷載的目的。蘭州到中川機(jī)場(chǎng)鐵路工程采用二灰摻量為16%加固飽和黃土地基，有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

圖5　不同二灰摻量下樁土應(yīng)力比隨路堤填筑高度的變化

二灰摻量為12%的復(fù)合地基，路堤填筑完成時(shí)樁土應(yīng)力比為2.28；路基固結(jié)沉降階段，樁土應(yīng)力比緩慢增加，最終趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定值為2.39，明顯小于二灰摻量16%的復(fù)合地基。這是因?yàn)殡S著二灰摻量的增加，水泥土攪拌樁強(qiáng)度及剛度增加，樁體分擔(dān)的上部荷載增大，而樁間土分擔(dān)的上部荷載逐漸減小，樁土應(yīng)力比逐漸增大。樁土應(yīng)力比為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)所得，其值受不同斷面土質(zhì)、含水率、樁體模量等各種因素的影響。

4.3柔、剛性基礎(chǔ)下樁土應(yīng)力比分析

為了對(duì)比探討不同基礎(chǔ)剛度下樁土應(yīng)力比隨荷載的變化規(guī)律，在試驗(yàn)段附近選取工點(diǎn)進(jìn)行單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)。采取與路堤荷載下相同的方式埋設(shè)土壓力盒，測(cè)試樁頂、樁間土應(yīng)力，從而計(jì)算出樁土應(yīng)力比，以二灰摻量12%為例，分析樁土應(yīng)力比隨荷載的變化規(guī)律，如圖6所示。

圖6　剛性載荷板下樁土應(yīng)力比與荷載的關(guān)系

由圖6可以看出，二灰摻量12%的水泥土攪拌樁復(fù)合地基，樁土應(yīng)力比隨著荷載的增加而增大，達(dá)到峰值荷載后，樁土應(yīng)力比開(kāi)始減小，峰值荷載為400 kPa，對(duì)應(yīng)樁土應(yīng)力比為12.15。

對(duì)比路堤荷載下二灰摻量為12%的復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比與荷載的關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)：路堤填筑初期，高度為1.25 m，對(duì)應(yīng)荷載為25 kPa時(shí)，路堤下復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比為0.95，而靜載荷試驗(yàn)中樁土應(yīng)力比達(dá)到2.86?？梢?jiàn)，荷載較小時(shí)，柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中樁體、樁間土荷載分擔(dān)差異不大，樁土應(yīng)力比接近于1。路堤填筑完成時(shí)高度達(dá)到6.5 m，對(duì)應(yīng)荷載為130 kPa，路堤下復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比為2.39，而靜載荷試驗(yàn)中樁土應(yīng)力比達(dá)到7.08。可見(jiàn)，相同荷載下，靜載荷試驗(yàn)中樁土應(yīng)力比明顯大于路堤荷載下復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比。

路堤荷載作用下和剛性承載板下的樁土應(yīng)力比與荷載的關(guān)系曲線(xiàn)有明顯的不同，分析其差異產(chǎn)生的原因如下。①基礎(chǔ)剛度的影響：?jiǎn)螛稄?fù)合地基靜荷載試驗(yàn)中，剛性承載板迫使樁頂與樁間土發(fā)生相同的沉降，大部分荷載向樁頂集中，隨著荷載的增大，樁體分擔(dān)的荷載增大，達(dá)到峰值荷載后繼續(xù)增大荷載，樁頭開(kāi)始破壞，承載力降低，荷載向樁間土轉(zhuǎn)移，曲線(xiàn)呈現(xiàn)出凸單峰曲線(xiàn)。柔性基礎(chǔ)下樁頂有向上刺入的余地，樁間土相對(duì)樁體有向下的位移，產(chǎn)生負(fù)摩阻力，樁體與樁間土之間存在差異沉降，上部荷載需要通過(guò)一定的時(shí)間才能轉(zhuǎn)移到樁間土。②荷載大小的影響：在剛性承載板下，荷載較小時(shí)，基底應(yīng)力分布接近于彈性理論解，隨著荷載的增大，基底應(yīng)力呈現(xiàn)出馬鞍形。路堤荷載下，基礎(chǔ)可以適應(yīng)地基的變形，基底應(yīng)力的分布與作用在基礎(chǔ)上的荷載分布完全一致，可認(rèn)為是與路堤的外形輪廓相同，其大小等于各點(diǎn)以上的土柱重力。

4.4樁體的應(yīng)力集中系數(shù)與樁間土的應(yīng)力減小系數(shù)

復(fù)合地基中，樁體的存在使得樁間土平均應(yīng)力減小，為了反應(yīng)樁間土的應(yīng)力減小程度，用樁間土應(yīng)力減小系數(shù)μs或樁體應(yīng)力集中系數(shù)μp來(lái)描述。該系數(shù)是采用樁身模量法或應(yīng)力修正法計(jì)算復(fù)合地基沉降的重要指標(biāo)。樁間土平均應(yīng)力σs與復(fù)合地基平均應(yīng)力σ之比稱(chēng)為樁間土應(yīng)力減小系數(shù)，即μs=σs/σ。樁頂平均應(yīng)力σp與復(fù)合地基平均應(yīng)力σ之比稱(chēng)為樁頂應(yīng)力集中系數(shù)μp，即μp=σp/σ。以二灰摻量16%的2號(hào)斷面為例，將路堤填土高度換算為荷載，繪制路堤下復(fù)合地基中樁體應(yīng)力集中系數(shù)和樁間土應(yīng)力減小系數(shù)與荷載的關(guān)系曲線(xiàn)如圖7、圖8所示。

圖7　樁體應(yīng)力集中系數(shù)與荷載的關(guān)系

圖8　樁間土應(yīng)力減小系數(shù)與荷載的關(guān)系

圖7、圖8可以看出，隨著荷載的增加，樁體應(yīng)力集中系數(shù)μp的值逐漸增大，路堤填筑完成時(shí)荷載達(dá)到130 kPa，樁體應(yīng)力集中系數(shù)為2.81。樁間土應(yīng)力減小系數(shù)μs的變化規(guī)律與樁體應(yīng)力集中系數(shù)的變化規(guī)律相反，隨著荷載的增大逐漸減小，路堤達(dá)到填筑高度時(shí)最小值為0.72。上述過(guò)程說(shuō)明復(fù)合地基的荷載逐漸向樁體轉(zhuǎn)移，體現(xiàn)了水泥土攪拌樁的作用。

5結(jié)論

(1)水泥攪拌飽和黃土復(fù)合地基在路堤填筑過(guò)程中，隨著路堤填筑高度及時(shí)間的增加，樁體、樁間土的應(yīng)力都增大，樁體分擔(dān)的應(yīng)力大于樁間土分擔(dān)的應(yīng)力。二灰摻量12%時(shí)，路堤達(dá)到填筑高度時(shí)，樁體所分擔(dān)的荷載最大值為166.3 kPa，樁間土承擔(dān)最大荷載為69.3 kPa。

(2)在相同的路堤填土荷載下，不同二灰摻量的水泥土攪拌樁復(fù)合地基中樁體、樁間土分擔(dān)的應(yīng)力是不同的。二灰摻量16%的復(fù)合地基中最大樁頂應(yīng)力272.5 kPa，對(duì)應(yīng)樁間土應(yīng)力45.5 kPa；是二灰摻量12%的最大樁頂應(yīng)力的1.64倍，對(duì)應(yīng)樁間土應(yīng)力的0.65倍。

(3)隨著二灰摻入量的增加，水泥土攪拌樁的強(qiáng)度、剛度增大，路堤荷載下水泥土攪拌樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比增大。二灰摻量16%時(shí)的最大樁土應(yīng)力比為5.99，二灰摻量12%時(shí)的最大樁土應(yīng)力比為2.39。

(4)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)表明，剛性基礎(chǔ)下水泥土攪拌樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比與荷載的變化關(guān)系呈現(xiàn)出凸單峰曲線(xiàn)。峰值荷載以前，樁土應(yīng)力比隨著荷載的增加而增大，達(dá)到峰值荷載后，繼續(xù)增加荷載，樁土應(yīng)力比減小。

(5)隨著荷載的增加，樁體應(yīng)力集中系數(shù)μp逐漸增大，樁間土應(yīng)力減小系數(shù)μs逐漸減小。路堤填筑完成時(shí)荷載達(dá)到130 kPa，樁體應(yīng)力集中系數(shù)為2.81，樁間土應(yīng)力減小系數(shù)μs為0.72。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁國(guó)新，白明洲，許兆義，等.西安地區(qū)飽和黃土工程地質(zhì)特征研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，14(2):196-199.

[2]林杜軍.淺談近期飽和黃土的工程特征[J].西北地質(zhì)，1994，15(3)：51-65.

[3]高峰.淺談大同地區(qū)飽和黃土的工程特征[J].鐵道勘察，2008，33(1):40-41.

[4]徐至鈞，曹名葆.水泥土攪拌法處理地基[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[5]秦建慶，葉觀寶，費(fèi)涵昌.水泥土樁復(fù)合地基樁土分擔(dān)荷載的試驗(yàn)研究[J].工程勘察，2000(1):32-34.

[6]王樹(shù)強(qiáng).確定樁土應(yīng)力比n值的探討[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 1993(3):40-45.

[7]段繼偉，龔曉南，曾國(guó)熙.水泥攪拌樁的荷載傳遞規(guī)律[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1994，16(4):1-7.

[8]秦然，陳征宇，董平.水泥土復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的一種解析算法[J].巖土力學(xué)， 2001，22(1):96-98.

[9]池躍君，宋二祥，陳肇元.剛性樁復(fù)合地基在不同荷載下的樁土分擔(dān)特性[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，36(3):359-363.

[10]李時(shí)亮，鄭俊杰.柔性基礎(chǔ)下水泥攪拌樁復(fù)合地基分析與設(shè)計(jì)[J].巖土力學(xué)，2002，23(S):103-105.

[11]劉吉福.路堤下復(fù)合地基樁、土應(yīng)力比分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22(4):674-677.

[12]徐超，葉觀寶.水泥土攪拌樁復(fù)合地基的變形特性與承載力[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27(5)：600-603.

[13]馬時(shí)冬.水泥攪拌樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比測(cè)試研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2002，35(2):48-51.

[14]龔曉南，褚航.基礎(chǔ)剛度對(duì)復(fù)合地基性狀的影響[J].工程力學(xué)，2003，20(4):63-73.

[15]薛林華，李小青.三維狀態(tài)下復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的數(shù)值分析研究[J].地質(zhì)與勘探，2003，39(1):81-85.

[16]安芃芃，劉文曉，楊有海.水泥粉煤灰攪拌飽和黃土強(qiáng)度影響因素試驗(yàn)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014，58(12):59-62.

Research on Load Share among Piles and Soil of Cement-soil Mixed Saturated Loess Composite Foundation

MENG Qing-hong

(Zhongchuan Railway Co.， Ltd.， Lanzhou 730000, China)

Abstract：Most sections along the Lanzhou-Zhongchuan Intercity Railway are located in saturated loess with low bearing capacity and high compressibility， which can hardly meet the design requirements. Soil-cement mixed pile composite foundation is applied and site tests are carried out to measure the embankment load and the stress of the pile and soil in soil-cement mixing pile composite foundation under the rigid load plate and to analyze the situation of load share among piles and soil. The results show that: with the increase of embankment filling height and time， the stress of pile and soil between piles increases， the stress of the pile is greater than that of the soil between them; under the same embankment fill load， the maximum pile stress of the composite foundation is 272.5 kPa with 16% admixture of two ashes and 45.5 kPa corresponding soil stress between piles; the maximum pile top stress of the composite foundation is 166.3 kPa with 12% admixture of two ashes and 69.3 kPa corresponding soil stress between piles. With the increase of two ashes， the pile soil stress ratio of soil-cement mixed pile composite foundation under the embankment load increases， when the two ashes admixture reaches 16%， the maximum pile-soil stress ratio is 5.57， which is 2.34 times of 12% two ashes admixture. Pile-soil stress ratio under rigid foundation presents a convex unimodal curve along with the change of load. The value of the pile stress concentration factor of the composite foundation increases with the increase of load， and the soil stress (between piles) reduction coefficient decreases with the increase of load．

Key words：Soil-cement mixing pile; Saturated loess; Embankment load; In-situ test; Pile soil stress ratio

文章編號(hào)：1004-2954(2016)05-0005-06

收稿日期：2015-07-23； 修回日期：2015-10-31

基金項(xiàng)目：中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題(2013G009-N)

作者簡(jiǎn)介：孟慶宏(1964—)，男，高級(jí)工程師，E-mail：yangyh@mail.lzjtu.cn。

中圖分類(lèi)號(hào)：U213.1+5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.05.002