水泥土攪拌樁復合地基設計的研究

龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000)

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水泥土攪拌樁復合地基設計的研究

龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000)

以水泥土攪拌樁復合地基承載力特征值為研究對象，通過現場試驗確定計算參數，分析得到了不同樁徑和置換率條件下，水泥攪拌樁復合地基承載力特征值的變化規律，為水泥土攪拌樁加固軟土地基的優化設計提供了依據。

水泥土攪拌樁，復合地基，承載力，樁徑，置換率

0 引言

我國地域遼闊，各種成因的軟土層分布較廣，近年來隨著各類水利工程建設項目的實施，經常需要在軟土地基上進行建筑施工。因此，對軟弱地基的加固，提高其承載力，已成為水利工程順利實施的關鍵環節。水泥土攪拌樁是近年來使用的一項加固軟弱地基的新技術，具有施工方便、成本低、無振動等優點，其工程應用日益廣泛[1]。采用水泥土攪拌樁加固軟土地基能較好地發揮地基土體和增強體兩部分承擔荷載的潛能，達到提高地基承載力和減小地基沉降的目的[2]。

基礎上部豎向荷載由水泥土攪拌單樁和周圍土體構成復合地基共同承擔[3]，復合地基承載力是一個重要的設計依據[4]，在地基加固設計中確定復合地基承載力是設計工作的關鍵。復合地基的設計中，單樁豎向承載力和攪拌樁復合地基承載力應通過現場荷載試驗確定，也可按公式計算[5]。本文依據水泥土攪拌樁復合地基載荷試驗結果，確定該工程區單樁承載力發揮系數，在此基礎上，分析研究面積置換率及樁徑對復合地基承載力的影響，對水泥土攪拌樁復合地基設計提出一些建議。

1 復合地基承載力特征值的計算

設計階段多數都是根據JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范[6]計算單樁豎向承載力特征值：

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

(3)

其中，up為樁的周長,m；qsi為樁周第i層土的側阻力特征值；li為樁長范圍內第i層土的厚度；αp為樁端阻力發揮系數；qp為樁端阻力特征值；λ為單樁承載力發揮系數；m為面積置換率；Ap為樁的截面積；β為樁間土承載力發揮系數；fsk為處理后的樁間土承載力特征值。

較多水泥攪拌樁研究發現，實測的水泥攪拌樁承載力特征值比設計承載力特征值低，在實際工程中設計參數的選擇和控制往往不盡合理[1,5,7,8]，因此計算公式中的系數選取尤為重要。下面通過現場荷載試驗結果，優化理論計算，確定該地區復核地基承載力的計算。

2 試驗概況及結果

本工程為節制閘建設，位于皖北平原，區域地層分布具有二元性：廣泛出露的地層均為Q3沉積地層，沿河流兩側分布的Q4新近沉積地層。物探深度內，地層自上而下分為5層，分述如下：

①淤泥質粘土：灰色，濕，流塑狀態，含大量腐殖質，局部為淤泥，高壓縮性。

②中粉質壤土：灰色，濕，軟塑狀態，局部夾淤泥質粘土，高壓縮性。

②-1粉砂：灰色，濕，松散狀態，局部夾淤泥質粘土，高壓縮性。

③輕粉質壤土：黃色，濕，中密狀態，局部夾重粉質壤土薄層，中壓縮性。

④重粉質壤土：灰黃色～黃色，濕，可塑～硬塑狀態，含少量鐵錳結核及鈣質結核，局部夾輕粉質壤土薄層，中壓縮性。

⑤粉質粘土：灰黃色～棕黃色，濕，硬塑狀態，含少量鈣質結核。

由于基礎土層強度低，壓縮性高，不宜采用天然地基，因此該節制閘工程采用水泥攪拌樁加固地基處理方法。水泥攪拌樁樁徑為0.6 m，樁長為7 m，樁端土層設計復合地基承載力130 kPa。

為檢驗水泥攪拌樁復合地基承載力，現場抽取閘室段3根試樁進行復合地基承載力測試，測試成果見表1。

根據試驗結果，項目區單樁承載力發揮系數λ=0.7時復核地基承載力計算值與試驗值近似相等。確定項目區單樁承載力發揮系數后，下面對不同置換率和樁徑情況下的復合地基承載力進行計算分析。

表1 水泥土攪拌樁復合地基荷載試驗成果統計表

3 計算成果及分析

3.1 計算條件的確定

由試算可知，該區域單樁豎向承載力特征值由式(2)確定，則當置換率改變時，不同樁徑計算得到的復合地基承載力特征值相等。文章分別選取相同樁長和置換率下0.3 m,0.4 m，0.5 m，0.6 m，0.7 m和0.8 m的樁徑，采用式(3)計算其復合地基承載力特征值，以及相同樁長和樁徑下10%，15%，20%，25%，30%，35%，40%，45%和50%的置換率，計算其復合地基承載力特征值。

3.2 計算成果

根據上述條件，計算復合地基承載力特征值見表2，表3，圖1，圖2。

表2 相同樁長和置換率不同樁徑復合地基承載力特征值成果表

表3 相同樁長和樁徑不同置換率復合地基承載力特征值成果表

由計算結果可知，相同樁長和置換率條件下，隨著樁徑的增加，復合地基承載力特征值增大，且變化較快，復合地基承載力特征值增加百分量呈直線變化。在設計工作中，對不同樁徑可不必逐個計算，利用復合地基承載力特征值增加百分量呈直線變化的規律即可推知待求樁徑復合地基承載力特征值。

相同樁長和樁徑條件下，隨著置換率增加，復合地基承載力特征值也增大，且呈直線變化。在設計工作中，對不同置換率也可不必逐個計算，利用復合地基承載力特征值呈直線變化的規律即可推知待求置換率條件下的復合地基承載力特征值。

4 結語

水泥攪拌樁復合地基承載力特征值的理論計算值常比實際值大，因此選擇合適的系數是設計工作的關鍵，可根據類似工程或現場試驗確定。水泥攪拌樁復合地基承載力特征值與樁徑、置換率等有關，找出其中存在的規律，可減少計算量，提高設計工作效率。

[1] 黃春霞，韓愛民，隋志龍，等.水泥土攪拌樁復合地基承載力的確定[J].水文地質工程地質，2009(3)：99-102.

[2] 張偉麗，蔡 健，林奕禧，等.水泥土攪拌樁復合地基的試驗和數值模擬分析[J].地質科技情報，2009(6)：136-139.

[3] 龔曉南.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[4] 黃春霞，張鴻儒，桂國慶.水泥土攪拌樁復合地基承載力公式中折減系數β取值的分析[J].工程地質學報，2003(4)：385-389.

[5] 何開勝.水泥土攪拌樁設計計算方法探討[J].巖土工程學報，2003(1)：31-35.

[6] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規范[S].

[7] 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，2004(15)：2652-2654.

[8] 李 飛，劉松玉.水泥土樁復合地基承載力確定的幾個問題[J].東南大學學報，1999(S1)：94-98.

Research on design of composite foundation of cement-soil mixing piles

Pang Muhua

(Anhui & Huaihe River Institute of Hydraulic Research， Bengbu 233000， China)

The article studied on the composite foundation of cement-soil mixing piles’ bearing capacity, determination of calculation parameter by field test, found the regulation of bearing capacity on different pile diameter and replacement ratio， the result obtained herein can provide references for optimization design.

cement-soil mixing piles, composite foundation, bearing capacity, pile diameter, replacement ratio

1009-6825(2017)16-0091-02

2017-03-10

龐牧華(1985- )，男，助理工程師

TU472

A