旋噴樁復合地基承載力的確定

宋興海，劉振京，張 云，路 維，孫蓮閣

（1.河北工程技術高等專科學校土木工程系，河北滄州 061001；2.滄州醫學高等專科學校招生辦，河北滄州 061001）

旋噴樁復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.河北工程技術高等專科學校土木工程系，河北滄州 061001；2.滄州醫學高等專科學校招生辦，河北滄州 061001）

介紹了旋噴樁復合地基承載力確定的方法。結合深圳地區某旋噴樁復合地基現場靜載試驗對復合地基承載力的確定做了探討，認為利用公式估算復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%的復合地基如何確定承載力特征值進行探討，引進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合地基承載力換算成實際基礎面積下的復合地基承載力的換算方法。

旋噴樁；復合地基；承載力

復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，由增強體和其周圍地基土共同承擔上部荷載并協調變形的人工地基［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合地基。旋噴樁最早于20世紀60年代末期應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高壓噴射注漿法較早、應用范圍較廣的國家。高壓噴射注漿法具有施工設備簡單、輕便、噪聲和振動小、施工速度快、機械化程度高、成本低、用途廣等優點，在國內外應用比較廣泛。

旋噴樁復合地基承載力特征值應該由現場載荷試驗來確定。設計時可由公式法來初步估算，復合地基施工結束并達到一定強度后，由檢測單位進行靜載荷試驗，檢驗地基承載力。

1 理論計算

《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79－2002）［2］規定旋噴樁復合地基承載力特征值應由載荷試驗來確定，設計時可按式（1）初步估算：

式中：f spk為復合地基承載力特征值（k Pa）；m為復合地基面積置換率；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，可由試驗或工程經驗確定，當沒有試驗數據或經驗時，可取0～0.5，承載力較低時取較低數值；f sk為處理后的樁間土的承載力特征值（k Pa），應按當地情況取值，若沒有經驗，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加固土試塊（邊長為70.7 mm的立方體）在標準養護條件下28 d齡期的立方體抗壓強度平均值（k Pa）；η為樁身強度折減系數，可取0.33；li為樁周第i層土的厚度（m）；qsi為樁周第i層土的側面阻力特征值（k Pa），可由《建筑地基基礎設計規范》（GB 5007—2002）相關規定或地區經驗來確定；qp為樁端地基土未經修正的承載力特征值（k Pa），可由《建筑地基基礎設計規范》（GB 5007—2002）相關規定或地區經驗來確定。

在沒有試驗數據的情況時，可按式（1）初步估算復合地基承載力，但也應結合當地工程經驗，來合理地確定Ra，fsk，β。考慮到對工程保持有足夠安全度，公式計算結果不宜大于載荷試驗結果［3］。

2 現場試驗

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

當前，靜載荷試驗是最具權威的載荷試驗方法，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齡期后進行，通過p-s曲線確定復合地基承載力。

2.1 承載力特征值試驗值的確定

《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79－2002）規定：

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

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

2.2 承載力特征值試驗值的統計計算

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79－2002），對于復合地基，當需要進行靜載試驗時，試驗點的數量不應少于3點，當滿足其極差不超過平均值的30%時，可以取其平均值為復合地基承載力特征值，然而對于極差大于平均值30%的復合地基，如何確定其承載力特征值，規范未作進一步明確規定。筆者建議按照《巖土工程勘察規范》（GB 50021－2001）［4］第14.2.4條確定巖土參數標準值的統計方法，對極差大于平均值30%的復合地基承載力試驗值進行統計計算，即

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

2.3 不同壓板面積載荷試驗確定的承載力與實際基礎作用下承載力之間的換算

進行復合地基載荷試驗時，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相同，則由載荷試驗確定的復合地基承載力就等于實際的復合地基承載力。如果壓板面積作用下的樁土置換率與實際基礎不同，則由載荷試驗確定的復合地基承載力就不等于實際的復合地基承載力。此時建議通過式（6）－式（8）將不同壓板面積作用下的復合地基承載力換算成實際基礎面積作用下的復合地基承載力。

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

①公路橋梁養護及加固是其施工管理的重要組成部分，確保較高質量的公路養護和加固技術應用，對于工程建設質量提升，和道路運行安全具有重大影響，其能確保公路橋梁社會服務職能的充分發揮。②對于建設企業而言，公路橋梁養護和加固技術的應用，有助于其施工工藝的不斷成熟，從而在提升自身技術競爭優勢的同時，實現工程質量效益、經濟效益和社會效益的有效獲得。③從社會發展的角度來看，公路橋梁工程服務于區域的社會生產實踐，通過養護及加固技術應用，確保其建設的質量化，對于區域經濟發展和社會進步具有重大影響。由此可見，在公路橋梁工程建設中，確保養護及加固技術的深層次應用勢在必行。

復合地基中樁的強度往往能得到充分發揮，樁間土則不然，式中用折減系數來反應。則實際基礎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，故聯立式（6）和式（7）得

3 工程實例

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

該里程線路為平原區，河流縱橫，地形平坦，多為農田及水塘，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個實驗點進行復合地基載荷試驗，載荷板尺寸為1.41 m×1.41 m，p-s曲線見圖1，設計復合地基承 載 力 特 征 值 為 150 k Pa；對 9-14＃，40-4＃，46-8＃3個實驗點進行單樁豎向抗壓載荷試驗，p－s曲線見圖2，設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，滿足設計要求。由《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106－2003）［5］第4.4節知單樁豎向抗壓承載力特征值為Ra＝130 k N。故復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 承載力的現場試驗確定

由圖1可知5-17＃復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，滿足設計要求。13-17＃，34-2＃和46-2＃沒有按預定最大試驗加載量完成試驗，p-s曲線提前出現明顯拐點，承載力均不滿足設計要求。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79－2002）第A.0.9條確定各試驗點承載力特征值見表2，顯然極差大于平均值的30%。

表2 復合地基載荷試驗結果Tab.2 Load test results of composite foundation

根據復合地基載荷試驗結果計算復合地基承載力試驗結果平均值為

3.3 結果分析

從計算結果可以看出，承載力理論值小于現場載荷試驗值，主要是因為以下2點。

由于本實例只是對由按照設計要求施工的工程樁構成的復合地基的承載力是否能達到設計要求進行檢驗，所以，試驗的最大加載量可只加到設計載荷的2倍［6］。在加載過程中沒有出現極限載荷，并且相應沉降很小，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。

由于復合地基中樁間土應力在樁側產生附加應力，導致樁的側向阻力增加，同時在樁端產生的附加應力形成邊梢效應，增加了樁端阻力，所以，復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果估算的承載力偏安全一些。

2）fsk的取值偏小

由于復合地基中樁的存在，使得樁間土的側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，由統計結果可知，按照《巖土工程勘察規范》（GB 50021－2001）第14.2.4條確定巖土參數標準值的統計方法得到的復合地基承載力統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，以統計方法得到的復合地基承載力統計值作為該復合地基承載力特征值是比較合適的。

4 結 論

通過以上分析，可以得出如下結論。

1）可按式（1）初步估算復合地基承載力特征值，同時也要考慮當地經驗，合理確定Ra，f sk，β。

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

3）用現場載荷試驗確定復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。但要做到這一點是很困難的，因此，可先采用標準的壓板面積進行載荷試驗，再按本文換算公式進行換算，進而得到相對合理的結果。

［1］趙明華.土力學與基礎工程［M］.武漢：武漢理工大學出版社，2003.

［2］JGJ 79—2002，建筑地基處理技術規范［S］.

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

［4］GB 50021—2001，巖土工程勘察規范［S］.

［5］JGJ 106—2003，建筑基樁檢測技術規范［S］.

［6］馬克生，梁仁旺，白曉紅.水泥攪拌樁復合地基承載力的試驗確定［J］.巖石力學與工程學報（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；責任編輯：馮 民

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