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夯实水泥土桩复合地基承载力浅析

宏厦三建第二项目部

夯实水泥土桩复合地基承载力浅析
-------------谢晓强
1 引言
夯实水泥土桩复合地基是一种比较新的地基处理技术，由于其施工速度快、工程造价低、环境污染低、质量容易控制等诸多有点，促使该技术在华北地区得到了广泛应用。
夯实水泥土桩的主要特点是其桩身水泥土通过充分拌合与夯实，桩体均匀程度和密实度远高于相同水泥掺入量的水泥土搅拌桩，克服了水泥土搅拌桩桩体强度不均匀性和桩身强度过分依赖水泥胶结作用的缺陷，同时桩体强度为水泥土搅拌桩的2～10倍[1]。该地基处理技术适用于处理地下水位以上的粉土、粘性土、素填土和杂填土等地基，处理地基的深度不宜大于15.0m [2]。
通过现场原位试验讨论了软土中夯实水泥土桩复合地基的承载力性状，软土中夯实水泥土桩复合地基的载荷试验p-s曲线表现为无明显拐点的缓降型和有明显陡降段的陡降型，陡降型是由于桩体材料强度破坏造成的，不宜按控制变形比的方法确定承载力。文献[4～5]通过了大量的试验及理论分析探讨了夯实水泥土桩复合地基的桩土应力比的研究成果。目前，对填土中夯实水泥土桩复合地基的承载力性状的相关研究还比较少，本文在工程试验的基础上分析了夯实水泥土桩复合地基的承载力性状，并得到了一些有意义的结果。
2 工程概况
2.1 工程地质情况
本工程位于山西省寿阳县七里河村，地基处理采用夯实水泥土桩与整片灰土垫层组成复合地基。按正方形布设,桩距800mm，桩径400mm，实桩桩长11000mm，有效桩长10500mm。处理范围为基础外扩出素填土厚度的倍。共布设水泥土桩13743根，总计151173延长米。基底下铺设整片灰土垫层,铺设厚度500mm。
根据岩土工程勘察报告，该区域地层分布为：素填土，褐黄色，湿～很湿，稍密，由粉土和粉质粘土组成，主要由场地平场时回填所成，极不均匀。剩余厚度0～5.2m，平均厚度4.0m，fak=100kPa。素填土，褐色～黑褐色，饱和，软塑，以粉质粘土为主，含淤泥质，土质不均，含砖屑、腐殖质、植物根系等。层厚1.8～8.0m,平均厚度4.2m，fak=110kPa。粉土，黄褐色，湿，稍密～中密，中压缩性，层厚3.1～7.0m，平均厚度5.04m，fak=170kPa。粉质粘土，褐红色，饱和，可塑～硬塑，中密状态，层厚3.2～5.6m，平均厚度4.6m，fak=220kPa。
2.2 复合地基载荷试验
夯实水泥土桩采用洛阳铲成孔，人工夯锤夯实，夯锤重250kg，水泥采用PC32.5MPa复合硅酸盐水泥，土料选用塑性指数大于9.0的粉土、粉质粘土。桩径400mm，桩长10.5m，桩顶铺设500mm厚中粗砂褥垫层。试验采用刚性承压板，承压板尺寸为0.8m×0.8m× 0.04m。
载荷试验采用堆载装置进行，试验最大加载量按单桩复合地基承载力特征值的2倍进行，现场选取30个点试验，最大加载量230.4kN，加载分为10级，每级加载量分别为23.04kN。
3 试验结果及分析
工程现场共选取了30个试验点进行载荷试验，本文选取了其中6个比较典型的试验点进行分析。
6个试验点所得到的复合地基载荷试验p-s曲线如图3-1所示，各试验点结果如表3-1所示。

图3-1 各试验点p-s曲线图
依据图3-1可以看出，p-s曲线表现为无明显拐点的缓降型和有明显陡降段的陡降型。因此，复合地基的承载力确定采用以下原则：对载荷试验p-s曲线无明显拐点的缓降型，取其终止加载条件[2]s/b=0.01或s/d=0.01所对应荷载为极限荷载；对载荷试验p-s曲线出现了明显陡降段的陡降型，取陡降段的起点为其极限荷载，极限荷载的1/2为复合地基承载力特征值。

表3-1 各试验点结果汇表
编号
检测桩号
最大试验荷载及沉降
承载力特征值及沉降
残余沉降（mm）
kN
mm
kPa
mm
1#
65-150
230.4
29.29
110
5.41
24.76
2#
22-130
230.4
15.53
160
3.41
11.85
3#
55-155
230.4
9.10
180
3.28
4.93
4#
31-54
230.4
9.17
180
3.30
5.03
5#
50-27
230.4
11.59
195
4.27
7.88
6#
60-8
230.4
5.24
260
2.38
4.63
依据表3-1可以看出，6个试验点的单桩的复合地基承载力特征值均分别为110kPa、160kPa、180kPa、180kPa、195kPa、260kPa，各点对应沉降分别为5.41mm、3.41mm、3.28mm、3.30mm、4.27mm、2.38mm。
通过分析单桩复合地基试验结果，对于素填土中采用夯实水泥土桩复合地基可以得到以下认识：（1） 夯实水泥土桩复合地基的载荷试验p-s曲线表现为缓降型和陡降型两种形式。前者复合地基中，桩的存在只是减小了加固区的变形，其p-s曲线形状为缓降型，最终因变形过大而标志破坏；后者复合地基中，破坏是由于桩体材料的强度破坏而产生的p-s曲线陡降，其复合地基变形相对要小。当给复合地基施加载荷后，由于散体材料垫层的存在能保证桩土共同承担载荷，且随载荷的增大桩的作用逐渐体现，载荷逐渐向桩转移。当桩分担的载荷达到桩身材料强度时，将因桩体压坏而丧失承载能力，此时由桩承担的载荷将会转移到地基土上，使土承担的载荷突然增大而导致载荷沉降关系产生陡降，此时标志复合地基承载力达到极限。（2）夯实水泥土桩复合地基能显著提高承载力。 
4 结论
通过单桩复合地基试验结果，对山西寿阳素填土地基上的夯实水泥土桩复合地基承载力特性，得出如下结论： 
（1） 夯实水泥土单桩的破坏表现为桩体材料强度破坏，提高桩体材料配比能显著提高其极限承载力。  
（2） 复合地基的破坏模式多为桩体材料强度破坏而造成的复合地基的陡降型，不宜按控制变形比的方法确定承载力，试验应加载至极限状态，按极限承载力确定复合地基承载力特征值。如按变形比确定承载力，应严格控制加载至设计值2倍的条件，以保证有足够的安全度。 
（3）夯实水泥土桩复合地基能显著提高天然地基承载力。
由于复合地基试验中承压板、垫层、桩间土、桩的相互作用问题的复杂性，所以对如何合理安全评定素填土中夯实水泥土桩复合地基承载力仍需进一步深入研究。