探析用于高层建筑的新型桩基的机械性能

黄波

摘 要：水泥性能的优劣直接影响桩基的机械性能，本文对加入纤维的水泥的抗压强度和抗疲劳特性进行了研究，结果表明，加入纤维后可以提高水泥的抗压强度，改善抗疲劳特性，玄武岩纤维改善桩基机械性能的效果优于聚丙烯酸。

关键词：桩基；水泥；纤维材料；抗压强度；抗疲劳

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.107

1 引言

由于高層建筑的特殊要求，在建设过程中对桩基的各项性能要求较高[1]。桩基施工中多需要注入水泥，而加入纤维的水泥会使各项性能得到提升[2-4]。本文对这种采用纤维水泥的新型桩基的抗压强度和抗疲劳特性进行了研究。

2 实验方法

将水泥试样制成直径50mm，高100mm的圆柱形，水泥的掺入量分别为15%、17%、19%和21%，纤维材料采用聚丙烯酸和玄武岩，纤维掺入量为纤维质量与天然土质量的百分比。表1所示为纤维材料的各项参数。侧面无限制抗压强度的测试采用CBR试验仪，疲劳试验采用RMT-150C型（武汉）岩石压力试验机。

3 结果分析

3.1 抗压强度

经过侧面无限制抗压强度实验后，无纤维掺入的水泥块试样被整体压碎，在压力逐渐增大的过程中，试样的竖直方向出现宽大裂纹且长度较长，没有掺入纤维的水泥块试样主要的为双剪型破坏，实验结束时以剪切型为最终破坏方式，但仍以张破裂为主要破坏机制；掺入玄武岩作为纤维的水泥块试样整体基本完整，随着压力的逐渐增大出现细小裂纹，几乎没有贯穿整体的裂纹，这表明加入纤维后水泥的脆性得到了降低。

表2为不掺入纤维和掺入纤维（聚丙烯）条件下水泥试块的抗压强度，从表2的数据可以看出掺入纤维后水泥块试样的抗压强度得到了提高。

图1为不掺入纤维、掺入聚丙烯纤维和掺入玄武岩纤维时水泥块试样在侧面无限制抗压强度实验时的抗压强度，从图中可以看出水泥产量越大，试样的抗压强度越大，随着纤维掺入量（A1和A2）的逐渐增大，水泥块试样的抗压强度增强，当纤维掺入量到达一定程度时，水泥块试样的抗压强度增幅趋于平缓，说明掺入过量的纤维并不能使水泥块的抗压强度得到进一步的提高。同时根据图1中的数据可以看出玄武岩作为纤维材料提高水泥的抗压强度的效果要好于聚丙烯。

3.2 抗疲劳特性

对水泥试块进行疲劳试验，发现当载荷循环施加时，水泥块试样会在低于抗压强度的状态下发生破坏，这是由于反复施加载荷使得试块的变形发生积累，当到达一定程度时就会发生疲劳破坏。试块的变形情况与循环载荷的最大值有关。

表3为不掺入纤维和掺入纤维条件下水泥试块的循环破坏周数，采用的试样水泥掺入量为17%，加入的纤维为聚丙烯，从表3可以看出，正弦载荷最大值相同时，加入纤维可以提高水泥试块的循环破坏周数，纤维掺入量越大，破坏周数也越大；随之正弦载荷最大值的增大，水泥试块的循环破坏周数逐渐减小。

图2为不掺入纤维、掺入聚丙烯纤维和掺入玄武岩纤维时水泥块试样在循环载荷作用下的破坏周数变化。从图中可以看出，在一定范围内加入纤维可以提高水泥块试样发生破坏的周数，加入过量的纤维后，破坏周数的提高幅度变缓。此外采用玄武岩作为纤维材料，水泥块试样循环破坏周数的提升效果要好于聚丙烯纤维材料。

4 结论

综上所述，在水泥试样中加入纤维材料后可以提高水泥的抗压强度和抗疲劳性，玄武岩作为纤维材料对水泥性能的改善要优于聚丙烯酸。

参考文献：

[1]宋义仲，程海涛，卜发东等.管桩水泥土复合基桩工程应用研究[J].施工技术，2011，41（05）：89-99.

[2]李云峰，李志国，郑刚.纤维水泥土力学性能试验研究[J].建筑科学，2014，20（06）：56-58.

[3]简文彬，黄春香，吴维青等.水泥土的疲劳试验研究[J].岩石力学与工程学报，2004，23（11）：1949-1953.

[4]袁玉卿，李伟，孙兴亚等.纤维水泥稳定土的无侧限抗压强度试验研究[J].河南大学学报（自然科学版），2012，42（01）：106-108.