水泥土搅拌桩复合地基设计的研究

庞 牧 华

(安徽省水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)



水泥土搅拌桩复合地基设计的研究

庞 牧 华

(安徽省水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000)

以水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值为研究对象，通过现场试验确定计算参数，分析得到了不同桩径和置换率条件下，水泥搅拌桩复合地基承载力特征值的变化规律，为水泥土搅拌桩加固软土地基的优化设计提供了依据。

水泥土搅拌桩，复合地基，承载力，桩径，置换率

0 引言

我国地域辽阔，各种成因的软土层分布较广，近年来随着各类水利工程建设项目的实施，经常需要在软土地基上进行建筑施工。因此，对软弱地基的加固，提高其承载力，已成为水利工程顺利实施的关键环节。水泥土搅拌桩是近年来使用的一项加固软弱地基的新技术，具有施工方便、成本低、无振动等优点，其工程应用日益广泛[1]。采用水泥土搅拌桩加固软土地基能较好地发挥地基土体和增强体两部分承担荷载的潜能，达到提高地基承载力和减小地基沉降的目的[2]。

基础上部竖向荷载由水泥土搅拌单桩和周围土体构成复合地基共同承担[3]，复合地基承载力是一个重要的设计依据[4]，在地基加固设计中确定复合地基承载力是设计工作的关键。复合地基的设计中，单桩竖向承载力和搅拌桩复合地基承载力应通过现场荷载试验确定，也可按公式计算[5]。本文依据水泥土搅拌桩复合地基载荷试验结果，确定该工程区单桩承载力发挥系数，在此基础上，分析研究面积置换率及桩径对复合地基承载力的影响，对水泥土搅拌桩复合地基设计提出一些建议。

1 复合地基承载力特征值的计算

设计阶段多数都是根据JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范[6]计算单桩竖向承载力特征值：

(1)

Ra=ηfcuAp

(2)

(3)

其中，up为桩的周长,m；qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值；li为桩长范围内第i层土的厚度；αp为桩端阻力发挥系数；qp为桩端阻力特征值；λ为单桩承载力发挥系数；m为面积置换率；Ap为桩的截面积；β为桩间土承载力发挥系数；fsk为处理后的桩间土承载力特征值。

较多水泥搅拌桩研究发现，实测的水泥搅拌桩承载力特征值比设计承载力特征值低，在实际工程中设计参数的选择和控制往往不尽合理[1,5,7,8]，因此计算公式中的系数选取尤为重要。下面通过现场荷载试验结果，优化理论计算，确定该地区复核地基承载力的计算。

2 试验概况及结果

本工程为节制闸建设，位于皖北平原，区域地层分布具有二元性：广泛出露的地层均为Q3沉积地层，沿河流两侧分布的Q4新近沉积地层。物探深度内，地层自上而下分为5层，分述如下：

①淤泥质粘土：灰色，湿，流塑状态，含大量腐殖质，局部为淤泥，高压缩性。

②中粉质壤土：灰色，湿，软塑状态，局部夹淤泥质粘土，高压缩性。

②-1粉砂：灰色，湿，松散状态，局部夹淤泥质粘土，高压缩性。

③轻粉质壤土：黄色，湿，中密状态，局部夹重粉质壤土薄层，中压缩性。

④重粉质壤土：灰黄色～黄色，湿，可塑～硬塑状态，含少量铁锰结核及钙质结核，局部夹轻粉质壤土薄层，中压缩性。

⑤粉质粘土：灰黄色～棕黄色，湿，硬塑状态，含少量钙质结核。

由于基础土层强度低，压缩性高，不宜采用天然地基，因此该节制闸工程采用水泥搅拌桩加固地基处理方法。水泥搅拌桩桩径为0.6 m，桩长为7 m，桩端土层设计复合地基承载力130 kPa。

为检验水泥搅拌桩复合地基承载力，现场抽取闸室段3根试桩进行复合地基承载力测试，测试成果见表1。

根据试验结果，项目区单桩承载力发挥系数λ=0.7时复核地基承载力计算值与试验值近似相等。确定项目区单桩承载力发挥系数后，下面对不同置换率和桩径情况下的复合地基承载力进行计算分析。

表1 水泥土搅拌桩复合地基荷载试验成果统计表

3 计算成果及分析

3.1 计算条件的确定

由试算可知，该区域单桩竖向承载力特征值由式(2)确定，则当置换率改变时，不同桩径计算得到的复合地基承载力特征值相等。文章分别选取相同桩长和置换率下0.3 m,0.4 m，0.5 m，0.6 m，0.7 m和0.8 m的桩径，采用式(3)计算其复合地基承载力特征值，以及相同桩长和桩径下10%，15%，20%，25%，30%，35%，40%，45%和50%的置换率，计算其复合地基承载力特征值。

3.2 计算成果

根据上述条件，计算复合地基承载力特征值见表2，表3，图1，图2。

表2 相同桩长和置换率不同桩径复合地基承载力特征值成果表

表3 相同桩长和桩径不同置换率复合地基承载力特征值成果表

由计算结果可知，相同桩长和置换率条件下，随着桩径的增加，复合地基承载力特征值增大，且变化较快，复合地基承载力特征值增加百分量呈直线变化。在设计工作中，对不同桩径可不必逐个计算，利用复合地基承载力特征值增加百分量呈直线变化的规律即可推知待求桩径复合地基承载力特征值。

相同桩长和桩径条件下，随着置换率增加，复合地基承载力特征值也增大，且呈直线变化。在设计工作中，对不同置换率也可不必逐个计算，利用复合地基承载力特征值呈直线变化的规律即可推知待求置换率条件下的复合地基承载力特征值。

4 结语

水泥搅拌桩复合地基承载力特征值的理论计算值常比实际值大，因此选择合适的系数是设计工作的关键，可根据类似工程或现场试验确定。水泥搅拌桩复合地基承载力特征值与桩径、置换率等有关，找出其中存在的规律，可减少计算量，提高设计工作效率。

[1] 黄春霞，韩爱民，隋志龙，等.水泥土搅拌桩复合地基承载力的确定[J].水文地质工程地质，2009(3)：99-102.

[2] 张伟丽，蔡 健，林奕禧，等.水泥土搅拌桩复合地基的试验和数值模拟分析[J].地质科技情报，2009(6)：136-139.

[3] 龚晓南.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[4] 黄春霞，张鸿儒，桂国庆.水泥土搅拌桩复合地基承载力公式中折减系数β取值的分析[J].工程地质学报，2003(4)：385-389.

[5] 何开胜.水泥土搅拌桩设计计算方法探讨[J].岩土工程学报，2003(1)：31-35.

[6] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].

[7] 马克生，梁仁旺，白晓红.水泥搅拌桩复合地基承载力的试验确定[J].岩石力学与工程学报，2004(15)：2652-2654.

[8] 李 飞，刘松玉.水泥土桩复合地基承载力确定的几个问题[J].东南大学学报，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

庞牧华(1985- )，男，助理工程师

TU472

A