深層攪拌樁復合地基現場直剪試驗方法探討

韓淵明

摘 要：在大型邊坡和深厚基坑工程中，復合地基作為其支護結構常常出現。但現行規范對復合地基的現場直剪試驗無明確規定，檢測機構進行該項試驗時無章可循，本文以深層攪拌樁為例，對該項試驗方法進行探討，基本保持巖土原來的結構、濕度和應力狀態，對深層攪拌樁豎向增強體和樁間土進行試驗，試樣尺寸大，人為擾動也小于室內試驗的樣本，能更真實地反映復合地基的實際抗剪特性。

關鍵詞：深層攪拌樁復合地基；豎向增強體；現場直剪試驗

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0134-03

0 前言

現場直剪切試驗[1]是在工地現場對確定的巖土層，基本保持巖土原來的結構、濕度和應力狀態，施加垂直及水平方向的荷載，以測定巖土或其沿某軟弱面的抗剪強度的原位試驗。本文以深層攪拌樁為例，基本保持其原來的結構、濕度和應力狀態，對深層攪拌樁豎向增強體和樁間土進行試驗，測定復合地基的實際抗剪特性。

試驗原理：根據庫侖定律（1776）

τf=c+σTanφ 式（0）

依據試驗測得的抗剪強度τf和試驗時施加的垂直應力σ，圖解得到相對應的黏聚力c、內摩擦角φ值。

深層攪拌樁復合地基直剪試驗原理示意圖見圖1。

1 試驗方法概述

1.1 試驗場地地質條件

試驗場地地基土分布有：（1-2）素填土，（1-3）淤泥質黏土（Ql），（2-1）粉質黏土（Q4al+pl），（2-2）粉質黏土（Q4al+pl）。

1.2 深層攪拌樁復合地基設計參數[2]

深層攪拌機施工，樁長13.0m，樁徑φ=0.60m，樁間距1.50m，正方形布置；采用42.5普通硅酸鹽水泥，設計水泥摻灰比0.15，漿液水灰比0.6，28天強度大于0.45MPa。

1.3 深層攪拌樁復合地基直剪試驗[1]

1.3.1 試件制備

（1）試件尺寸：1500mm×1500mm×300mm（長×寬×高）；每組試件5個試樣。（2）根據業主要求，現場監理工程師指定試驗地點，開挖4500mm×3000mm的工作面。（3）以豎向增強體為中心，削制邊長為1500mm的正方形土柱，土柱側壁與剪切面基本垂直。（4）將剪力盒平穩安放在土柱上，用平口鐵鍬小心削土柱，直至下剪力盒達到預定深度，鋪中砂找平試樣頂面，試樣與剪力盒之間空隙以中砂填充并人工壓實。

1.3.2 試件安裝

試驗設備：剪力盒1500mm×1500mm，千斤頂若干，百分表若干。按相關規范要求安裝好垂直荷載系統、水平荷載系統和荷載量測系統，且千斤頂、油壓表和百分表均由法定檢定單位進行了有效檢定。

1.3.3 試驗步驟

（1）每組試樣分5個垂直荷載級進行，其垂直荷載分別為100kPa，200kPa，300kPa，400kPa，500kPa。（2）采用快剪法，一次性加完垂直荷載，立即施加水平推力。（3）每級垂直荷載均宜預估最大水平荷載，分10級施加。（4）連續、均勻施加每級水平荷載，每分鐘測讀油壓表和百分表，變形相對趨于平穩時，即施加下一級荷載，直至剪切破壞。（5）當剪切變形急劇增長，壓力表壓力值下降或水平位移與試樣寬度比達到1：10時即為剪切破壞。（6）試驗過程中，隨時觀察試樣及其周圍土體的異常現象，做好記錄。

1.4 豎向增強體和樁間土直剪試驗[1][2]

1.4.1 試件制備

（1）試件尺寸：

豎向增強體：φ600mm×300mm（直徑×高）；每組試件5個試樣；

樁間土：707mm×707mm×300mm（長×寬×高）；每組試件5個試樣。

（2）根據業主要求，現場監理工程師指定試驗地點，開挖3000mm×1500mm的工作面。

（3）增強體的試樣以豎向增強體為中心，削制直徑為600mm的圓形樁柱，樁柱側壁與剪切面基本垂直；樁間土的試驗削制邊長為707mm的正方形土柱，土柱側壁與剪切面基本垂直。

（4）將剪力盒平穩安放在土柱上，用平口鐵鍬小心削土柱，直至下剪力盒達到預定深度，鋪中砂找平試樣頂面，試樣與剪力盒之間空隙以中砂填充并人工壓實。

1.4.2 試件安裝同1.3.2

1.4.3 試驗步驟同1.3.3

1.5 室內試驗

采用XY-100A型工程鉆機進行豎向增強體的鉆取芯樣工作，雙管單動抽芯管，泥漿護壁鉆進。取得芯樣進行了室內無側限抗壓強度和抗剪試驗，試驗設備為微機控制應變伺服式多功能材料試驗機，該設備由法定檢定單位進行了有效檢定。

2 試驗結果計算與分析

2.1 試驗結果

（1）深層攪拌樁復合地基直剪試驗。深層攪拌樁復合地基直剪試驗結果如圖2所示。

（2）豎向增強體直剪試驗。豎向增強體直剪試驗結果如圖3所示。

（3）樁間土直剪試驗。樁間土直剪試驗結果如圖4所示。

2.2 試驗結果匯總統計

（1）深層攪拌樁復合地基、豎向增強體和樁間土各進行3組直剪試驗，采用圖解法確定試驗結果。3組試驗的平均值見表1。

（2）室內試驗結果見表2。

（3）參照《復合地基技術規范》（GB/T50783-2012）5.2.1，計算復合地基的直剪試驗強度[2]

m====0.1253

式（2.2.3-1）

csk=βpmc樁+kpλp（1-m）c土=43.1kPa

式（2.2.3-2）

φsk=βpmφ樁+ksλs（1-m）φ土=17.34

式（2.2.3-3）

式中：kp—復合地基中豎向增強體的實際抗剪強度修正系數，因暫無地區經驗值，現取值1.0。

ks—復合地基中樁間土地基實際抗剪強度的修正系數，因暫無地區經驗值，現取值1.0。

λp—豎向增強體抗剪強度的發揮系數，因暫無地區經驗值，現取值1.0。

λs—樁間土地基抗剪強度的發揮系數，因暫無地區經驗值，現取值1.0。

2.3 試驗結果分析

（1）圖2和圖3為攪拌樁復合地基和豎向增強體現場直剪試驗，結果出現峰值，取峰值強度為試驗結果，分別為C=83.5kPa，φ=22.7°和C=126.2kPa，φ=29.5°。

（2）圖4為樁間土現場直剪試驗，結果未出現峰值，參照《冶金工業巖土勘察原位測試規范》（GB/T 50480-2008） 12.3.1.5（3），“橫向位移與試樣寬度之比達到1/10時即為剪切破壞”[1]，試驗結果為C=31.2kPa，φ=15.6°。

（3）表2中，豎向增強體芯樣的無側限抗壓強度qu= 0.9MPa，室內抗剪試驗黏聚力c=83.6kPa，c：qu=1：10.8。

（4）對比表1和表2，豎向增強體現場直剪試驗C=126.2kPa，φ=29.5°，室內直剪試驗C=83.6kPa，φ=24.9°，后者的黏聚力和內摩擦角均小于現場試驗結果。

（5）攪拌樁復合地基實測抗剪強度C=83.5kPa，φ=22.7°，公式計算結果C=43.1kPa，φ=17.3°，說明復合地基抵抗水平剪切力主要由豎向增強度承擔，樁間土分擔比例小。原因是：1）樁間土的強度遠小于豎向增強度，在試驗初期樁間土即開始出現剪切破壞，兩者不能有效同步抵抗水平荷載；2）因暫無地區經驗值，各修正系數取值均為1.0，對計算結果也有較大影響。

3 結論及需要進一步解決的問題

3.1 結論

（1）深層攪拌樁復合地基的現場直剪試驗可以順利進行，且千斤頂、油壓表和百分表均由法定檢定單位進行了檢定，滿足計量溯源要求；試驗結果滿足設計要求，方法可行。

（2）現場直剪試驗基本保持巖土原來的結構、濕度和應力狀態，對豎向增強體和樁間土進行試驗；與室內試驗比較，試驗尺寸大，人為擾動也小，能更真實地反映攪拌樁復合地基的實際抗剪特性，試驗真實有效。

（3）復合地基的抗剪強度主要由豎向增強度承擔，樁間土分擔比例小。

3.2 需要進一步解決的問題

（1）現行規范對復合地基的現場直剪試驗無明確規定，檢測機構進行該項試驗時無章可循，試驗方法需要規范化，建議在相關規范修編時加入該項內容。

（2）本次試驗樣本不多，不能從混凝土強度的角度考慮黏聚力和內摩擦角的影響；強度計算公式參數也需要大量試驗來總結得到，希望在今后的生產工作中多積累經驗。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T 50480-2008，冶金工業巖土勘察原位測試規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T50783-2012，復合地基技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.