对水泥土搅拌桩复合地基载荷试验的探讨

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【摘 要】随着工程建设事业的蓬勃发展，各种地基处理方法被大量采用。由于造价及功效的驱使，水泥土搅拌桩复合地基近年来备受青睐，被广泛采用。载荷试验是目前研究水泥土搅拌桩复合地基承载力的重要手段。本文是笔者结合某工程实例对软基处理区开展的单桩与多桩复合地基载荷试验，以及水泥土搅拌桩静载试验中存在的尺寸效应进行了深入的分析与探讨，揭示了复合地基载荷试验获得的复合地基承载力特征值、沉降量与其对应载荷板尺寸之间的相互关系。

【关键词】水泥土搅拌桩；复合地基承载力；尺寸效应；载荷试验

前言

水泥土搅拌桩在桩体质量及其复合地基承载力确定等方面仍存在许多问题，诸如桩体早期强度低、载荷板尺寸效应引起的复合地基承载力下降等。在现在的工程建设中，建筑场地的天然地基绝大部分都不能满足上部建筑结构的设计要求，均需要对地基进行处理。能否准确、科学地对地基处理工程进行检测，关系到工程建设的进度与造价，对建筑工程的安全起着至关重要的作用。

1.工程概况

广东某工程实例，地形起伏较大，挖填土石方总量为1617.85万m3，其中挖方887.26万m3，填方730.59万m3，中心区最大填方高度50m。浅层地基构成及各层地基土的简要物理力学性质见表1。主要地基土为粉质粘土、全风化和强风化的玄武岩，其特点是结构松散，大孔隙比、高液限、高含水量、高压缩性、低承载力，如不对其进行适当处理，将会影响高填方地基的承载能力。

针对该工程地质情况，建设单位、设计及其他相关部门通过多方案比选和必要的现场试验，最后确定采用综合地基处理方法：包括碎石桩、冲击碾压、强夯置换和水泥土搅拌桩处理。

2.试验方案与过程

2.1水泥土搅拌桩处理技术要求

对水泥土搅拌桩，要求处理后复合地基承载力特征值fspk≥140kPa。

水泥土搅拌桩采用两喷四搅工艺，钻进速度为0.8m/min，提升速度为0.6m/min，桩长采用15m，桩径500mm，桩间距0.8m，正方形布置，湿法成桩，水灰比0.5，水泥掺入量20%；其桩端潜入持力层50cm以上，以保证处理的效果。

2.2载荷试验方案

载荷试验参照《地基处理技术规范》中的复合地基载荷试验要点[1]进行，反力由堆载（砂包）提供。手动油泵和液压千斤顶加载，荷重传感器和数字测力仪测读和控制荷载，百分表测压板沉降的方法。在各桩的龄期均超过28d以后，对上述水泥土搅拌桩分别进行单桩复合载荷试验、两桩复合地基与四桩复合地基载荷试验。具体载荷试验方案见表2。

（1）加荷分级加载等级可分为8～12级。最大加载量不小于预估承载力特征值的2倍，或者到破坏为止。

（2）加荷方法采用慢速维持荷载法，即每施加1级荷载在加荷前后各测读1次压板沉降值，以后每30min测读1次，当1h内沉降增量

（3）试验终止条件沉降急剧增大，土被挤出或载荷板周围出现明显的隆起；载荷板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6%；当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的2倍。

（4）卸荷每级的卸载量为加载等级的2倍。

2.3复合地基承载力特征值的确定

（1）当压力～沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的两倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的两倍时，可取极限荷载的一半；

（2）当压力～沉降曲线是平缓光滑曲线时，可按相对变形值确定。对于水泥土搅拌桩，取沉降比s/d或s/b等于0.006（s为载荷试验载荷板的沉降量；b和d分别为载荷板宽度和直径，当其值大于2m时，按2m计算）。

3.载荷试验结果

水泥土搅拌桩复合地基载荷试验严格按照规范[1]要求进行，获得的单桩复合地基载荷试验、两桩复合地基载荷试验、四桩复合地基载荷试验的荷载-沉降p～s曲线见图1。

从图1可以看出，单桩、两桩复合地基载荷试验的p～s曲线的形态均是比较平缓的光滑曲线，没有明显的拐点，相邻两级载荷所对应的沉降量之比亦无一定的规律，并且p～s曲线上无明显的比例极限，即从p～s曲线上无法确定其极限值。因此，可按相对变形值确定复合地基承载力特征值。取s/b=0.006所对应的荷载值为其复合地基承载力特征值，则单桩复合地基承载力特征值为169.8kPa；两桩复合地基承载力特征值为151.5kPa。四桩复合地基载荷试验p～s曲线为突降型，在282kPa处有较明显的极限拐点（在加载至282kPa时，压板周围土体出现明显的裂缝），说明四桩复合地基已破坏，达到了极限状态，取其极限荷载的一半即141kPa为该试验点处的复合地基承载力特征值。

4.尺寸效应

从试验结果可以看出，随着载荷板尺寸的增加，该场地复合地基承载力特征值呈下降趋势，两桩复合地基承载力特征值约是单桩复合地基承载力特征值的89%，四桩复合地基承载力特征值约是单桩复合地基承载力特征值的83%。这表明当载荷板面积满足规范要求时，仍然存在尺寸效应，即地基的实际情况和载荷试验时的尺寸比较而产生的差异，特别是地基处理后采用桩筏、条形和满堂红基础形式时，载荷板的尺寸效应尤为明显。

这一现象主要是因为复合地基载荷试验存在偏于不安全的尺寸效应。从图2可看出：相同载荷强度下，载荷板越大，在复合地基中的应力越大，载荷板的沉降量就越大。显然，这是因为小尺寸载荷板载荷试验只反映了加固区的承载力[2]应力扩散影响深度范围小，承载力试验结果偏大。而相对大尺寸载荷板，载荷试验可反映至未加固的相对软弱层，应力扩散影响深度范围大。由此看来，大尺寸载荷板载荷试验更能反映建筑物的真实情况。

为了尽可能减小尺寸效应的不利影响，可以使用大载荷板下的多桩复合地基试验。然而技术和经济的原因使得载荷板尺寸不可能做得很大，这时就可以考虑提高载荷试验的吨位来反映加固层下部直至未加固层的强度特性。因为载荷越大，同一深度处的轴向应力也越大，应力影响范围因而也越大。若采用较大载荷所对应的大沉降量，同时取用相应的折减系数[3]，就可能达到减小尺寸效应的作用。

5.结束语

（1）复合地基承载力需以多桩复合地基载荷试验为准，而不宜仅仅只做单桩复合地基载荷试验，否则会过高评价场地的复合地基承载力，过低评价场地复合地基的沉降量，造成不安全因素，给工程带来潜在的安全隐患。

（2）相对实际情况而言，复合地基载荷板的尺寸较小，其影响深度为（2～2.5）b，小于复合地基的加固深度。因此，试验的最大荷载应不小于2倍的承载力设计值，且在置换率不变情况下尽可能采用大载荷板进行试验，使载荷试验的结果尽可能与实际工作荷载作用情况接近。

（3）复合地基沉降量随载荷试验载荷板的增大而增加。当以单桩复合地基载荷试验结果进行变形控制设计时，一定要把握好单桩及多桩复合地基载荷试验沉降特性与实际复合地基沉降特性之间的变化规律。

参考文献：

[1]叶为民，唐益群，杨林德.水泥土搅拌法复合地基测试方法探讨[J].工程勘察，1998，（1）：18～20.

[2]秦然，董平.静载试验能反映复合地基承载力的真实情况吗？[J].岩土工程技术，2002，（1）：22～24.

[3]贺为民，李松岭，吕芝全等.粉喷桩单桩与多桩复合地基载荷试验对比分析[J].工程勘察，2002，（3）：33～35.

[4] 建筑地基处理技术规范 JGJ79-2002