粉噴樁單樁承載力時間效應試驗研究

顏慶智 閆相禎

試驗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，特別適合于用粉噴樁復合地基進行加固處理。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性質指標見表1。場區按地下水的含量可劃分為A，B兩區，A區由于下水管道的滲漏，使地下水局部富集，含水量偏高，土質相對較軟，地下水埋深為1.70 m，B區未見地下水。

表1 主要土層物理力學指標統計表

1 理論依據

時間效應產生的機理:在成樁過程中，水泥與土中粘粒和水的物理化學反應及水化作用，樁身強度不斷增長，攪拌時對周圍樁周土的擾動，土體的再固結及強度恢復[1，2］。

在飽和軟土中，在單樁承載力標準值應力水平時，樁端阻力為零，樁周土處于彈性狀態。

當r≤rsu時

其中，τ為樁側摩阻力，kPa;τu為樁側摩阻力極限值，kPa;rs為樁、土相對位移，m;rsu為對應于τu的rs值，m;k為樁與樁周土的彈性摩擦系數。在樁頂荷載P的作用下，樁頂下x處樁身截面的內力為N，并設樁端土受力為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，其內力變化為dN，根據力的平衡關系:

根據變形協調關系，樁身的微應變為ε=dx/x時:

根據樁身變形服從虎克定律ε=－N/(ApE)整理得出:

經一系列變換建立樁頂荷載與位移、樁周土的性狀及樁身強度之間的關系式:

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

2 水泥土室內強度試驗

在成樁后 7 d，14 d，28 d，60 d，90 d，采用壓力試驗機分別做樁身試塊(70．7×70．7×70．7)mm的無側限抗壓強度試驗，試驗共4組，每組5個試件。水泥土抗壓強度按式(5)計算:

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

試驗采用的壓力試驗機，其示值的相對誤差不應大于2%，量程應能使試件的預計破壞荷載不小于全量程的20%，也不應大于全量程的80%。

表2 無側限抗壓強度試驗結果

3 試驗成果分析

試驗測得水泥土無側限抗壓強度值見表2，樁身無側限抗壓強度平均值(fcu)與時間(t)的關系見圖1。

圖1 A，B區樁身無側限抗壓強度與時間的關系

圖2 單樁承載力時間效應曲線

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

本次試驗得出7 d，14 d，28 d，60 d和90 d齡期的無側限抗壓強度平均值為:

fcu7=0．74 MPa，fcu14=1．10 MPa，fcu28=1．38 MPa，fcu60=1．74 MPa，fcu90=1．93 MPa滿足經驗公式。

某個齡期(T)的無側限抗壓強度fcuT與28 d齡期的無側限抗壓強度fcu28的比值fcuT/fcu28與齡期T的關系式如下:

在其他條件相同的前提下，兩個不同齡期的水泥土無側限抗壓強度之比隨齡期之比的增大而增大。其經驗方程式為:

4 不同齡期的單樁載荷試驗

不同齡期單樁載荷試驗共4組，A，B區各2組，分別做14 d，28 d，60 d，90 d齡期平板載荷試驗。粉噴樁單樁的靜載荷試驗采用慢速維持荷載法，按“單樁豎向抗壓靜載荷試驗”進行[4］;粉噴樁復合地基靜載荷采用載荷板加載試驗的慢速維持荷載法，按“復合地基載荷試驗要點”進行[5］。試驗成果見表3，單樁承載力時間效應曲線見圖2。由表3載荷試驗結果及圖2單樁承載力時間效應曲線得出，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%，具有明顯的時間效應。場區由于地下水的影響，增加了水泥土的硬凝時間，并減小了樁側摩阻力，從而使場區A，B單樁承載力時間效應有較大的差異。

表3 載荷試驗中各單樁承載力值

5 結語

粉噴樁單樁承載力具有明顯的時間效應，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，在成樁后28 d內，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效分析[J］．巖石力學與工程學報，2002(4):586-589．

[2]葉 彬，蔣 軍．預應力管樁單樁極限承載力時效性研究[J］．低溫建筑技術，2005(10):2．

[3]胡 琦，蔣 軍．回歸法分析預應力管樁單樁極限承載力時效性[J］．哈爾濱工業大學學報，2006(21):4．

[4]JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S］．

[5]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范[S］．