CFG桩复合地基承载力分析及试验研究

１３０·　全国中文核心期刊　路基工程　２００８年第３期（总第１３８期）　ＣＦＧ桩复合地基承载力分析及试验研究　舒海明　李　亮　（中南大学土木工程与建筑学院湖南长沙４１００７５）　摘要讨论ＣＦＧ桩复合地基承载力的影响因素，以及复合地基静载试验过程中需要注意的几　个问题。并对试验结果与复合地基承载力修正公式进行分析对比，结果表明该修正公式是合理可　行的。　关键词复合地基承载力　边载褥垫层　１　引言　ＣＦＧ桩吸取了碎石桩和水泥搅拌桩的优点，施工　速度快、工期短、质量容易控制、造价低，经济效益　和社会效益显著，适合加固软弱土地基。鉴于ＣＦＧ　桩的综合优势，高速铁路设计一般采用ＣＦＧ桩进行　松软土地基的加固处理，使之能够满足无碴轨道结构　对路基工后沉降的要求。因此，ＣＦＧ桩质量直接关系　到路基工程的成败。　本文结合复合地基静载试验，提出静载试验过程　中需要注意的几个问题。并通过试验验证了承载力修　正公式。　２　复合地基承载力的计算方法　桩体复合地基承载力计算思路是先分别确定桩体　承载力和桩问土承载力，再根据一定的原则叠加这两　部分承载力得到复合地基承载力。　。　桩体复合地基的极限承载力ｐ　可由（１）式表示　Ｐ　ｆ＝ＫｌＡｌｍｐ。ｆ＋Ｋ２Ａ　２（１一，ｒｉ）Ｐ　ｆ　（１）　式中ｐ。　为单桩极限承载力，ｋＰａ；Ｐ　为天然地　基极限承载力，ｋＰａ；Ｋ．为反映复合地基中桩体实际　极限承载力与单桩极限承载力不同的修正系数；Ｋ，　为反映复合地基中桩间土实际极限承载力与地基极限　承载力不同的修正系数；Ａ，为复合地基破坏时，桩　体发挥其极限强度的比例；Ａ：为复合地基破坏时，　桩问土发挥其极限强度的比例。　式中　主要反映复合地基中桩体实际极限承载　力与自由单桩荷载试验测得的区别。复合地基中桩体　实际极限承载力比由单桩荷载试验测得的更大，其机　理分析如下　。　图ｌ（ａ）为自由单桩受力图，桩顶应力ｏｒ　桩　间土应力ｏｒ　＝０。图ｌ（ｂ）为复合地基中单桩受力示　意图，除桩顶ｏｒ　作用外，桩间土表面作用的应力为　ｒｏ。，ｏｒ　必然在桩侧产生附加应力Ａｏｒ　。桩身则受到正　向的增量ｋｏＡｏｒ　（ｋ。为静止土压力系数），导致桩的　侧阻增加；另外，在桩端产生了附加应力增量，形成　桩端边载效应，减少了主应力差，增加了桩的端阻　力。因此，复合地基中单桩承载力要比自由单桩承载　力大。　式中　主要反映了复合地基中桩间土实际极限　承载力与地基极限承载力的区别，　的影响因素　舒海明，男，硕士研究生。　０　（ａ）自南单桩　（ｂ）复合地基的单桩　图１　复合地基中单桩与自由单桩的受力对比图　很多：　（１）桩在设置过程中对桩问土结构造成扰动，　从而降低桩间土的承载力。　（２）在挤密良好的土层中成桩，基础荷载通过　褥垫层作用在桩间土上，使桩间土竖向附加应力ｏｒ，　增加，导致ｏｒ　桩问土水平附加应力也增加。达到挤　密桩问土的效果，同时桩体还会对桩间土起到侧限作　用。这都能提高桩问土强度。　（３）边载对桩间土承载力具有明显的提高作用。　文献［５］通过将复合地基桩间土在有、无边载条件　下的桩间土应力与桩间土沉降关系曲线进行对比，可　以得到有边载条件下ＣＦＧ桩复合地基桩间土的承载　力增加明显；同一荷载作用下，有边载条件下的沉降　量小于无边载条件下的沉降量。这是因为边载限制了　土的侧向变形，提高了桩间土的变形模量。　至于式中的Ａ。与Ａ　，取决于工程地质情况、桩　体设置方式、桩土应力比等。一般认为ＣＦＧ桩复合　地基桩体强度远高于桩间土强度，破坏时均以桩体先　达到极限强度而引起复合地基的破坏，因此，可取　Ａ。：１．０，并通常认为在此情况下，Ａ　取０．４～１．０　之间。　采用承载力特征值表示，可以得出类似式（１）　复合地基的承载力特征值公式。在考虑诸多情况下，　文献［２］建议对该公式进行修正，得出考虑边载影　响的承载力特征值修正公式　Ｒ。　ｋ　＝，ｎ—　＋Ａｑ　（１一，ｒｉ）ｋ　（２）　＾ｐ　式中　为复合地基承载力标准值，ｋＰａ；Ｒ　为ＣＦＧ　维普资讯 http://www.cqvip.com 舒海明等：ＣＦＧ桩复合地基承载力分析及试验研究　·ｌ３ｌ·　桩单桩承载力标准值，ｋＰａ；ｋ　ｆ为天然地基承载力标　准值，ｋＰａ；Ａ。为ＣＦＧ桩单桩面积；ｍ为面积置换　率；ｏＬ为桩间土的强度提高系数；　为桩间土强度发　挥系数，根据地区经验取值，无经验时可取　＝０．７５　０．９５；Ａ为边载修正系数，建议取Ａ＝１．０～１．２。　３　ＣＦＧ桩复合地基承载力静载试验研究　３．１试验注意事项　３．１．１承压板的铺设方法　载荷试验规范规定复合地基静载试验承压板面积　为１根桩承担的处理面积，并必须具备足够的刚度。　复合地基载荷试验尚无范本，大多依据单桩静载　试验。各类桩基检测规范对每级加载的沉降测读间隔　时间有所区别，这是由于建筑物类型与地质资料的不　同所决定的。有的规范要求并不严谨，比如《建筑地　基处理技术规范》（ＪＧｊ『７９—２００２）规定：“每加一级　荷载前后均应各读承压板沉降量一次”。这种规定违　背常理。因为在刚加载完毕时，沉降最快，仪表指针　转动也最快，根本无法准确读数。所以在观测过程中　既要按照现有规范，又要考虑具体情况。必须注意的　是，最终沉降量虽然是反映复合地基承载力特征值的　个因素，但在数据整理中各级加载沉降量显得更为　若刚度太小很容易使承压板发生弯曲变形。从而部分　桩间土在静载试验过程中没有发挥作用，使其测得的　沉降偏大，以此计算的复合地基承载力偏小。厚度不　够必须在承压板上加肋或者重叠其他板以增加荷载板　刚度。　３．１．２褥垫层厚度与铺设方法　褥垫层技术是复合地基的核心技术，褥垫层起到　调节桩与桩间土之间竖向荷载分担的比例，减小基础　地面的应力集中，降低桩对基础的冲剪破坏作用。所　以在复合地基静载试验中必须在承压板与ＣＦＧ桩间　铺设褥垫层。褥垫层应该具备一定的刚度。一般为级　配良好的中粗砂。　褥垫层太薄，会导致桩顶应力集中，桩间土承载　力不能充分发挥。应该由桩间土承担的荷载转移到桩　上，容易发生桩头压碎或桩过早达到单桩极限承载　力；褥垫层太厚，土承担的荷载太多，桩的承载力又　没有完全发挥出来。所以在试验中褥垫层必须有合理　的厚度。《建筑地基处理技术规范》（ＪＧＪ７９—２００２）　规定，ＣＦＧ桩复合地基载荷试验褥垫层厚度可取１５０　ｍｍ。试验中同时也要考虑到实际设计的垫层厚度进　行铺设，这样才能测试到复合地基在使用中真正发挥　的承载力。　在褥垫层铺设时，应该根据设计要求挖一与承压　板面积一样大的试坑，深度与褥垫厚度相同。褥垫层　周围要预留原状土约束形成侧限条件。放置承载板之　前，褥垫层要压实。以免由于褥垫层压缩量占复合地　基总沉降量比例过大，以至按沉降比确定的承载力　偏低。　３．１．３基准桩桩位的布置　基准桩是用来支承基准梁，固定百分表，使其在　试验过程中测量压板竖向变形时不受影响发生竖向变　位，保证试验结果的客观准确性。在试验过程中，操　作人员大多重视固定基准梁，防止扰动引起的竖向变　形。但是很容易忽略基准桩距试桩、压重平台支堆必　须具有足够的距离。因为只有足够的距离才能保证避　免试桩或压重平台支堆在荷载作用下发生沉降，引起　基准桩产生相应的附加变形而使测到的复合地基沉降　偏小，从而导致计算得到的地基承载力偏大。根据大　量工程经验，对软土复合地基载荷试验，基准桩与试　桩或压重平台距离一般应大于３Ｄ（Ｄ为压板宽度或　直径），一般不小于３．０　ｍ。　３．１．４沉降观测　重要，所以每级加载一定要达到规范的沉降稳定要　求。在测试过程中，不仅要及时记录数据，还要绘制　出Ｐ—Ｓ、Ｓ—ｔ草图，以便在加载过程中发现问题并　及时纠正。　３．２试验成果分析　在武广客运专线ＤＫ１４１２＋３５０～＋４００　ＣＦＧ桩加　固地基段抽取３根ＣＦＧ桩进行单桩复合地基静载试　验。该处ＣＦＧ桩场地表层换填０．３～２．３　ｍ碎石土。　表层以下为１．３～４．８　ｍ粉质黏土，局部加少量碎石，　粉质黏土以下有约１．０～１．１　ｍ泥质板岩，强风化。　单桩桩身采用Ｃ１５素混凝土，单桩承载力标准值为　４２５　ｋＮ。桩径０．５　ｍ，采用梅花形布桩形式，桩距　１．７　ｍ，由此计算承压板尺寸为１．５８　ｍ　ｘ　１．５８　ｍ。桩　间土天然地基承载力为Ｐ　：１５０　ｋＰａ，复合地基设计　值为２７５　ｋＰａ。由于ＣＦＧ桩位于路基底层，考虑到埋　深，存在边载效应，相应经验公式中取Ａ＝１．１，计　算得到的承载力标准值达到２８０～３１０　ｋＰａ之间。　复合地基单桩静载试验Ｑ—ｓ曲线见图２。　ＱＩｋＮ　６ｏ０　８ｏ０　ｌＯｏ０　ｌ２ｏ０　ｌ４ｏ０　ｌ６０ｏ　Ｏ　２　４　６　８　ｌＯ　ｌ２　ｌ　ｌ４　１６　１８　２０　图２静载试验Ｑ．　曲线图　从图２看出：１号、２号、３号三根桩在最大试验　荷载１　４３４　ｋＮ下最终沉降分别为１５．６７　ｍｍ、１２．５４　ｍｍ、１９．２８　ｍｍ。Ｑ—ｓ曲线均未出现陡降，都是平缓　的光滑曲线。按照《建筑地基处理技术规范》（ＪＧＪ７９　２００２）规定，可按相对变形值确定承载力特征值。　该试验的ＣＦＧ桩所处的地基以黏性土为主，所以Ｓ／ｂ　等于０．０１所对应的压力为复合地基承载力特征值，　且该值不能大于最大加载量的一半。对于１号与２号　桩，其最大沉降未达到０．０１ｂ（１５．８　ｍｍ），所以其复　合地基承载力特征值应取最大加载量的一半，　即２８７　维普资讯 http://www.cqvip.com １３２·　全国中文核心期刊　路基工程　２００８年第３期（总第１３８期）　抗滑桩锚固土体容许应力与极限应力关系分析　李　强　王　丹　（林同梭国际（重庆）工程咨询有限公司重庆　４０１　１２１）（西南交通大学土木工程学院）　摘要　以抗滑桩的室内模型试验和现场推桩试验为分析对象，研究得出了锚固段土体的容许应　力值与极限应力值之间的关系，为抗滑桩设计由容许应力法向极限状态法过渡提供了基础。　关键词抗滑桩容许应力极限应力　１前言　表２试验实测值和应力换算计算表　在抗滑桩稳定性可靠度分析中，需要明确锚固段　桩侧土体的横向受压的极限应力，但目前计算和设计　采用的是土体横向容许应力。本文以室内模型试验和　现场试桩为分析对象，探求理论计算的容许应力与极　限应力之间的关系，从而找到由土体受压的容许应力　向极限应力过渡的途径。　２室内模型试验　２．１试验原始资料…　注：土压力盒直径　＝４．０　ｅｍ，面积５＝１２．５６　ｅｍ　。　原型为成都狮子山滑坡现场试桩。模型桩截面高　×宽＝４　ｅｍ×４　ｅｍ，桩长９０　ｅｍ，锚固深度３０　ｅｍ，锚　０　固段材料采用石英砂土，土性指标见表ｌ。　Ｉ　＿　表１模型土性参数表　Ｉ　ｌ　一①一　ｌ　ｌ　一②　０　Ｉ　Ｉ　③．ｎ　２．２试验实测横向容许应力　０　试验共进行了六次，采用分级加载，每级荷载为　Ｉ　Ｉ　一④　０　８　ｋｇ，约为极限荷载的１／１０～１／１６，若试验到极限破　。　坏，则需加载ｌ０～ｌ６级。试验加载情况见表２。桩身　’　Ｉ　Ｉ　一⑤　ｌ　ｌ　一⑥　受力测点布置见图１。　Ｉ　ｌ　一⑦一　由图１可见，⑧号土压力盒处在锚固段最大土压　⑧——　ｌ　Ｉ　一⑧　０　力附近，其实测值可供研究，实测土抗力值Ⅳ见　表２。　⑨——　ｌ　Ｉ　—⑨昌　压力盒　０　矩测点（应变片）　试验实测的土抗力值为土压力盒承受的力，可按　④——　ｌ　ｌ　一⑩　式（１）换算成应力　一　李强，男，硕士。　图１　模型桩受力测点布置图（单位＿＂ｃｎ１）　ｋＰａ。对于３号桩，按照沉降比计算的承载力特征值　（３）通过工程实践，验证了ＣＦＧ桩复合地基承　远远大于最大加载量的一半，所以仍取最大加载量的　载力修正公式是合理、可行的。　半，即２８７　ｋＰａ，能够满足承载力设计要求。同时　证实了承载力修正公式的合理性。　参考文献：　［１］龚晓南．复合地基设计和施工指南［Ｍ］．北京：人民交通出版　４结束语　社．２００３．　［２］陈昌仁，侯新字，郭洪涛．ＣＦＧ桩复合地基承载力经验公式的修正及　（１）ＣＦＧ桩的承载力取决于众多因素，其设计　应用［Ｊ］．河海大学学报，２００６．　目前多处于半经验半理论状态，所以承载力要以复合　［３］佟建兴，胡志坚，闫明礼，王明山．ＣＦＧ桩复合地基承载力确定［Ｊ］．　地基静载试验进行检测。　土木工程学报．２００５．　［４］闫明礼，申计春，刘伟，闫学峰．ＣＦＧ复合地基承载力及施工检测　（２）复合地基静载试验至今还未完善，检测时　［Ｊ］．工程技术，２００４．　在遵照现有规范的前提下应结合实际进行。安装承压　［５］李春灵．边载作用下ＣＦＧ桩复合地基性状研究［Ｄ］．中国建筑科学设　板、铺设褥垫层、布置基准桩一定要正确，发现问题　计院硕士学位论文。１９９９．　及时纠正。　收稿日期：２００７—０４—２Ｏ