懸浮水泥攪拌樁βp與βs參數取值靜載試驗研究

張兆光

(珠海情侶海岸建設有限公司，廣東 珠海 519000)

1 引言

珠江三角洲地區普遍分布有深厚軟土層，軟土主要由淤泥和淤泥質土組成，其具有含水量高、孔隙比大、壓縮性大、強度低、流變觸變等特征，是導致出現工程問題的主因[1-3]。水泥攪拌樁具有施工工藝成熟、工程造價較低、施工速度快等優點，普遍用于深厚軟土處置工程中[4-5]。水泥攪拌樁的設計計算是工程界討論的熱點問題之一，由于巖土成因的復雜性，不同區域采用水泥攪拌樁加固時參數取值具有明顯的差異性。國內不同規范對水泥攪拌樁復合地基承載力計算時的樁體豎向抗壓承載力修正系數βp和樁間土地基承載力修正系數βs的取值存在差別，其中GB/T 50783—2012《復合地基技術規范》[6]中規定βp宜按當地經驗取值，無經驗時可取0.85～1.0，設置墊層時應取低值；βs宜按當地經驗取值，當樁端土未經修正的承載力特征值大于樁周土地基承載力特征值的平均值時，可取0.10～0.40，差值大時應取低值；當樁端土未經修正的承載力特征值小于或等于樁周土地基承載力特征值的平均值時，可取0.50～0.95，差值大時或填土路堤和柔性面層堆場及設置墊層時應取高值。JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》[7]中βp可取1.0；βs對于淤泥、淤泥質土和流塑狀軟土等處理土層，可取0.1～0.4，對其他土層可取0.4～0.8。JTG/T D31-02—2013《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》[8]默認βp取1.0；βs當樁端土未經修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.1～0.4，差值大時應取低值；當樁端土未經修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值的平均值時，可取0.50～0.9，差值大時或設置墊層時應取高值。廣東省標準DBJ/T 15-38—2019《建筑地基處理技術規范》[9]中βp可取1.0；βs對于淤泥和淤泥質土可取0.1～0.4，當樁端土未經修正的承載力特征值小于或等于樁周土的承載力特征值平均值時，可取0.5～0.8。GDJTG/T E01—2011《廣東省公路軟土地基設計與施工技術規定》[10]默認βp取1.0；βs如無經驗時可取0.65～0.95，樁長度大、設置褥墊層時取高值。

目前，單軸攪拌樁的設備施工最大樁長不大于25 m，對于軟土層厚度大于25 m 的情況，且工程對工后沉降要求不高時，往往采用懸浮水泥攪拌樁，規范中并未針對懸浮水泥攪拌樁的設計計算參數做出規定，因此，研究懸浮水泥攪拌樁的βp和βs取值具有很好的工程意義。本文依托珠海地區深厚軟土路基項目，對已完工的水泥攪拌樁進行單樁承載力和復合地基承載力靜載試驗，通過靜載試驗的荷載與沉降曲線，研究試驗樁的βp和βs取值。

2 工程概況

2.1 項目概況

擬建道路等級為城市支路，紅線寬度18 m，雙向2 車道，設計車速為30 km/h。軟土路基采用水泥攪拌樁處理，設計樁徑800 mm，樁間距1.9 m，矩形布置，樁頂標高1.5 m，水泥摻入量18%，施工工藝為四攪四噴，設計樁長25 m。試樁位于ZK06 附近，根據典型地質剖面圖可知，該處攪拌樁未打穿淤泥層，為懸浮水泥攪拌樁。

2.2 工程地質條件

根據勘察報告，本項目地層自上而下分別為：

1）雜填土，土黃、土灰色，主要由花崗巖風化土堆填而成，巖芯呈松散狀，濕～ 飽和，欠壓實，局部含花崗巖碎塊石，以及少量建筑物垃圾，堆填時間為10年以上，厚度4.50～10.50 m，平均厚度7.18 m。

2）淤泥，灰黑色，具腐臭味，質較純，含有機質，手拈滑膩，底部含砂量較高，飽和，流塑。厚度15.90～24.90 m，平均厚度20.16 m。

4）全風化花崗巖，土黃色，巖芯土柱狀，原巖結構隱約可辨，組分主要為黏土、石英及少量長石碎屑，很濕，硬塑。巖石堅硬程度為極軟巖，巖體完整程度極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類。厚度4.80～8.50 m，平均揭露厚度5.95 m。

典型地質剖面圖如圖1所示，巖土參數指標如表1所列。

表1 巖土參數指標

3）砂質黏性土，土黃色，巖芯呈土柱狀，為花崗巖風化土殘積而成，原巖結構已破壞，主要由黏性土和石英砂組成，很濕，硬塑。厚度7.50～12.70 m，平均揭露厚度10.18 m。

3 現場靜載試驗

現場按照設計要求進行了試樁，齡期達到28 d 后，進行了單樁承載力和單樁復合地基承載力靜載試驗，其中單樁復合地基靜載試驗壓板尺寸為3.61 m2，獲得了單樁靜載試驗的荷載與沉降曲線如圖2所示，單樁復合地基靜載試驗的荷載與沉降曲線如圖3所示。

1）由圖2可知：攪拌樁在試驗荷載420 kN 作用下壓力穩定，樁頂沉降量累計為29.27 mm，加載至480 kN 時，沉降量進一步增大，樁頂沉降量累計為48.19 mm，隨后加載至540 kN，樁頂沉降量累計為80.54 mm，終止加載，曲線無回彈，Q-s 曲線呈緩變形特征，根據DBJ/T 15-60—2019《建筑地基基礎檢測規范》規定，可取s=40 mm 所對應的荷載為該樁的單樁豎向抗壓極限承載力，即Qu＝454 kN，則單樁承載力特征值為227 kN。

2）由圖3可知：試驗加載到722 kN 時，總沉降為10.99 mm，沉降量不大，而且Q-s 曲線平緩，無明顯陡降段，最大沉降量10.99 mm，最大回彈量5.15 mm，回彈率46.86%，根據DBJ/T 15-60—2019《建筑地基基礎檢測規范》規定，可取最大加載量荷載為復合地基承載力極限值722/3.61=200 kPa，則單樁復合地基承載力特征值為100 kPa。

3）將單樁靜載和單樁復合地基荷載與沉降曲線進行對比分析，由圖4可知，復合地基靜載試驗曲線沉降較小，單樁靜載試驗曲線沉降較大，在復合地基承載力特征值100 kPa 對應的沉降值為10.99/2=5.495 mm，對應的單樁承載力=180+(5.495-5.11）/(7.82-5.11）×(240-180）=188 kN。

4 βp 和βs 值計算

4.1 βp 計算

根據復合地基靜載試驗沉降對應的單樁承載力為188 kN，單樁靜載確定的單樁承載力特征值為227 kN，因此，βp=188/227=0.828。

4.2 βs 計算

根據復合地基承載力公式計算如下：

式中，fspk為復合地基承載力特征值，kPa；m 為復合地基置換率；Ra為單樁豎向抗壓承載力特征值，kN；Ap為單樁截面積，m2；fsk為樁間土地基承載力特征值，kPa。

5 結論

當采用懸浮水泥攪拌樁設計時，由于樁端未進入良好持力層，樁與地基土共同承載、協調沉降。單樁承載力不能完全發揮，樁體豎向抗壓承載力修正系數βp＜1.0，本項目計算得到βp=0.828。從計算結果可知βs≈1.0，說明樁間土承載力能夠完全發揮，與現有規范規定的系數有較大的出入，因此，設計估算承載力時應合理取值。