振冲碎石桩复合地基承载力及变形分析

陈金

摘要：我国地域辽阔土类众多，其中占比较大的是松、软土类。然而这些土质恰恰是建造建构筑时所必须利用的。松、软土类具有强度低、压缩性大、承载力底、抗震性差的缺点。因土地资源紧张，我们不得不在这种不良的土质上建造建构筑物。改良松、软土质的地基处理方法有多种，换填、强夯、水泥土搅拌、振冲碎石等方法均能起到不错的效果。本文着重分析振冲碎石桩复合地基的作用原理及使用方法。

关键词：振冲碎石复合桩；承载力；变形；

目前，地基基础设计是根据《建筑地基处理技术规范》对振冲碎石桩复合地基进行设计、施工监测的。但由于各种条件的限制，无法对每处地基进行现场载荷试验。那么如何利用原位测试和室内土工试验所得出的原理对振冲碎石桩复合地基承载力、变形进行准确计算就成必须面对的现实问题[1]。

1、振冲碎石复合地基

采用一个管状的震动设备（振冲器），要求能够水平方向振动。在高压水流的作用下在软弱性土中边冲边振成孔。再于孔内分批装入碎石等硬度高的材料形成桩体。桩体与原软弱性土质组成了复合性地基。处理后的地基土具有承载力高、压缩性小等特点。它可适用在中、粗砂、粉土（液化）、人工填土等地基。

2、振冲碎石复合地基的受力元素

在一般情况下，当桩体打入持力层时。桩体的自身硬度要远大于粘性软弱的强度，因此通过基础传递给复合地基外的压力由于桩、土的变形逐渐集中到桩体上。从而使软土所承载的压力减轻。那么相对于原有地基，复合地基的承载力相对增高，压缩性减少。这就说明复合地基中桩体起到集中承载力的作用[2]。还有一种情况就是桩体打入不到地基持力层时，也就是说桩体与持力層未有根本的接触。那么复合地基就起到垫层的作用，垫层是将承载负荷进行扩散，可以让附加载荷均匀分布，从而可以减缓地基的沉降速度。

3、振冲碎石复合地基承载力及变形计算

3.1承载力标准值的计算方法

计算单桩侧向极限应力是计算单桩极限承载力的关键。Brauns理论是计算碎石桩的单桩极限承载力的基本理论。但它忽略了桩体自重、土体自重、桩体界面剪应力等诸多因素，所以计算出来的数据稍有偏差。土体在圆孔扩张的作用下，桩周围的土体由原来的弹性状态转变为塑性状态。随着载荷的增大土的塑性不断加强。到了极限状态时，圆孔扩张压力即为桩周侧向极限应力[3]。再通过公式的分析，试算。对不足的地方进行合理的修正。得出准确的单桩承载力。

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），应通过现场复合地基载荷试验来确定振冲桩复合地基承载力值。以单桩和处理后桩间土承载力进行初步设计进行计算。如下公式：

[fmp.k=mfD.K+（1-m）fs.k]

公式中：[fmp.k]指复合地基承载力标准值；[mfD.K]指桩体单位截面积承载力标准值；[fs.k]指桩间土承载力的标准值；m指面积置换率；

3.2面积置换率的计算方法

[m=d2de2]

公式中：[d]指桩体直径；[de]指等效影响圆直径；[m]指面积置换率

根据桩体的压缩性进行改进，对桩土容量差异及承受载荷时应力与变形深度具体分析。对影响系数计算公式做出相应的总结。从而方便快速进行有效精准计算，绘出计算简图。最后通过工程实例进行有效验证。

3.3总沉量的计算

松软土体在进行振冲碎石桩技术处理后，直接加固了松软土体，使土的密度增加，强度增大、压缩性减少、抗震性能增加，因而工程性能可以得到极大的改善。在松软土体中构建了刚度较软土大得多的碎石组成复合地基，共同承担其上部的荷载。在基础的整体变形下，通过桩、土的互相协调，大部分载荷传递给刚度大、强度高的碎石桩体。减少土体的负荷。使其沉降与不匀称沉降大为减少[4]。

地基土的受力情况和土的变形性质来取决地基沉降的大小。由此可以计算出准确的承载值，提高地基承载力减小地基沉降。这种复合地基的技术具有良好经济效益与社会效益，且得到了广泛的应用。因此不少学者结合自身的工程实践经验，提出了比较实用的降沉计算方法。如下公式：

[SF=SSP+SX]

公式中：[SF]指复合基地的总沉量；[SSP]指复合地基加固区压缩量；[SX]指下卧层压缩量

在估算振冲碎石桩复合地基沉降值之前，首先应该注意先确定建筑物能承受的沉降量限值，不匀称沉降的数值多少。对所有与沉降估算相关的土体参数信息进行汇总，如筛分、模量、PMT、CPT、SPT、全载荷测试、载荷板测试。对相关场地应力查明，如基础所在场地是否开挖过。其次，确认准确的基础尺寸和基础的载荷，确定是否适合振动加密。对基础载荷是重复加载还是原始载荷进行判定确认，查明总载荷是否接近极限破坏载荷。沉降计算值还是取决试验与观测值。

经过碎石桩的破坏模式和工作机理，向弹塑性力学中的半无限弹性体中，圆柱孔横向变形理论推出计算振冲碎石桩单桩的承载力公式。对公式进行试算中的不足进行分析，让计算值接近实际承载力。

4、面积置换率的确定

在对振冲碎石复合地基进行承载力检测时，因为面积置换率与桩体直径有着直接的关系。然而桩体直径往往与设计值有着很大的差异。对于面积置换率m的取值往往采用设计值或者整个场地的平均值这是不准确的。例如，太原某化工企业搬迁改造工程，桩径设计值为0.9m，开槽实测桩径却为1.0～1.2m。因为基础布置与上部结构的影响，以及场地上不一样的软硬程度。桩间距离与桩体本身直径就会存在很大的差异。所以置换率就会有不一样的数值。但如果面积置换率采用的设计值，或整个场地的平均值。就会造成实际值的不准确，人为使检测结果不准确。所以用实测桩体直径和桩间距离来计算桩的面积置换率，以保证测验实际值准确性。

5、结束语：

各种振冲复合地基承载力及变形的计算都需要收集足够的土工参数和测量数据来修正计算模型。在振冲设备与施工工艺两方面大大的影响地基的承载力和后期沉降。对复合地基承载力特征值计算公式进行分析，从桩土应力分配角度和施工工艺两方面因素。对复合地基承载力计算方法进行修正，应优先采用载荷试验的方法对复合地基承载力进行检测。若是受到条件限制，应同时对桩体和桩间土进行检测。运用原位测试和室内土工试验相结合的办法对桩间土进行检测，采用重型动力触探对桩体进行检测，计算出地基承载力及压缩模量。

参考文献：

[1]黄小军. 振冲碎石桩复合地基承载力与沉降计算研究[D]. 吉林大学， 2007.

[2]张文勇， 胡晓锋. 振冲碎石桩加固软弱地基的承载力与沉降计算探讨[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2013（22）：63-64.

[3]贾丽华. 振冲碎石桩加固软弱地基的承载力与沉降计算探讨[J]. 科技情报开发与经济， 1999（4）：63-64.

[4]王作安. 振冲碎石桩复合地基容许承载力的计算[J]. 山东煤炭科技， 1990（1）：35-38.