混凝土芯水泥土桩的质量检测.pdf

庞建 国等 ： 混凝 土芯水 泥土桩 的质量检测 1 2 3 混凝 土芯水 泥土桩 的质量 E l 检 测 庞建国 ， 华晓烨 ， 王驰 ， 赖用满 ( 1 南京市公 路建设 处 ， 南京2 1 0 0 0 4； 2 上 海交通大学土木 3 - 程 系。 上海2 0 0 2 4 0) 【 摘要】 针对混凝土芯水泥土搅拌桩处理深厚软土路基的工程实例， 采用载荷试验方法测量混凝土芯的 轴力、 侧摩阻力、 桩土应力比和孔隙水压力等参数， 检测和评价混凝土芯水泥土搅拌桩的施工质量。 【 关键词】 混凝土芯水泥土桩； 载荷试验； 轴力； 沉降； 孑 L 隙水压力 【 中图分类号】 T U 4 7 3 1 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 1 2 3 0 2 混凝土芯水泥土搅拌桩是对水泥土搅拌桩及其中插入 的混凝土桩芯的统称 ， 简称混凝土芯桩 ( C o n c r e t eC o r e d D C M P i l e ， 简称 C C D C M P i l e ) 。陈颖辉等 基于有限元模 拟以及现场试验， 发现混凝土芯水泥土搅拌桩在竖向荷载 作用下的沉降主要是桩土间相对位移， 桩身压缩量很小， “ 含芯率” 控制在 0 2 5且“ 芯长比” 应大于0 7 5才能较好地 发挥桩体和桩周土的承载力。许晶菁等 根据桩身荷载传 递函数的双曲线模型 ， 通过迭代计算得到桩顶荷载 一沉降 曲线和桩身轴力和桩侧摩阻力的分布规律。李俊才等 结 合工程实例， 根据现场静载试验和应力监测总结了素混凝 土劲性复合桩的承载机理， 素混凝土桩身应力集中显著， 沿 深度急剧减小， 至桩端接近为 0 ， 通过劲芯传递到侧壁和桩 端的水泥土体中， 增大了荷载作用于水泥土的面积 ， 使复合 桩全长范 围内的侧阻力 和端阻力得到充分发挥。柳博鹏 等 根据单桩水平载荷试验， 发现混凝土芯水泥土搅拌桩 的水平破坏模式主要是桩周土的塑性挤出， 由于混凝土芯 的作用， 桩身不会产生水平折断。陈昆等 利用有限元方 法分析了混凝土芯长度对混凝土芯水泥土搅拌桩荷载传递 以及承载力的影响， 发现混凝土芯存在一个合理长度。盛 桂琳等 根据数值模拟定量给出了混凝土芯水泥土搅拌桩 的最佳芯长和最优截面含芯率： 在内外芯长度比小于 0 6 5 时， 随着芯长的增加， 承载力得到明显提升， 内外芯长比超 过0 6 5 ， 随着芯长增加， 承载力有所下降； 含芯率超过 0 2 5 后 ， 承载力提高有限。丁永君等 总结 了混凝土芯水泥土 搅拌桩施工设计难题， 建议通过调整水泥掺量提高搅拌桩 O l 0 2 0 3 O 加 5 0 的整体均匀性 ， 积累沉降观测资料。混凝土芯水泥土搅拌 桩的工程特性和推广应用优势有许多研究成果 ， 对混凝土 芯水泥土搅拌桩施工质量检测缺乏系统的方法， 本文建议 采用载荷试验检测混凝土芯水泥土搅拌桩 的质量， 在此基 础上提出用于质量检测的载荷试验的测试内容。 1 工程概 况 南京某高速公路先导段 R YD B 3标 ， 桩号为 K 9+2 5 0 K 9+ 3 5 0 ， K 9+ 3 8 0一K 9+ 6 6 6 ， 软土层为粉质粘土、 淤泥质 粘土 ， 埋深 3 m， 层厚 1 6 8 m。承载力为 7 01 1 0 k P a 。最小重 度 1 4 9 k N m ， 快剪粘聚力 1 4 k P a ， 内摩擦角 0 9 。 ， 孔 隙比 1 3 5 0 ， 含水量4 8 4 ， 路基填土高度 4 04 4 m左右， 未处 理时的总沉降量约 9 0 c m， 用混凝土芯水泥土搅拌桩处理后 ， 预计工后沉降将小于 9 c m。混凝土芯水泥土搅拌桩内外芯 截面的设计参数为： 桩径 5 0 0 ra m， 内芯 2 0 0 m m x 2 0 0 m m， 按 梅花桩形式布置 ， 设计参数见表 1 。混凝土芯水泥土搅拌桩 施工完成后， 采用载荷试验检测施工质量， 载荷试验采用堆 载方法加载， 加载板的面积为 2 m 。 ， 表 1 混凝土芯水泥土搅拌桩设计参数 2 载荷试验结果分析 F ， k N O 2 0 o 4 o 0 6 o 0 图 1 载 荷 试 验 的 s- lg t和 s 。 sQ 曲 线 图 壶 ； 轴 力 图 耋 2 71 秦 力 图 1 是试桩载荷试验的s 一 1 和 s l o g Q曲线。从图中 可以看出， 试桩的极限承载力均为4 0 0 k N， s l g t 曲线在 4 5 0 级荷载下斜率快速增大， 极限承载力取前一级荷载 4 0 0 k N 。 试桩达到极限承载力时的沉降为 1 8 mm， 与搅拌桩复合地基 冬 施 质 量 通病 O 2 4 6 8 m 昌 l 2 4 低温建筑技术 2 0 1 2年第 2期 ( 总第 1 6 4期 ) 沉降的计算值9 0 m m相比， 沉降减小幅度大， 能满足路基对 沉降的要求。 混凝土芯桩桩身轴力随深度的变化曲线如图 2所示。 由图2可以看出， 混凝土芯桩身轴力沿深度递减， 桩身轴力 明显衰减段落主要集中在 6 m以上的位置。随着荷载增大， 混凝土芯桩芯轴力与荷载之比率沿桩深方向随荷载增加而 增大， 表明随荷载增加轴力向混凝土芯深部传递。 混凝土芯桩桩身侧摩阻力随桩深和荷载的变化曲线如 图3所示。由图3可以看出， 混凝土芯桩身侧摩阻力沿深度 不规则变化， 在轴力变化显著的部位， 侧摩阻力大； 随着荷 载增大， 混凝土芯桩身侧摩阻力增加， 桩深侧摩阻力在浅层 比较大， 在轴力小的桩的深部， 侧摩阻力小。 混凝土芯桩的预制混凝土、 水泥土搅拌桩和桩周土的 荷载分担量和分担比表示在图4中。从图4中可以看出， 随 荷载增加， 混凝土芯桩和桩周土的荷载分担量增加明显， 水 泥土搅拌桩的荷载分担量增加很小。从混凝土芯桩荷载分 担比随荷载变化的规律看出， 遂荷载增加， 混凝土芯桩的荷 载分担比略有减小， 分担 比大约为 7 0 ， 水泥土搅拌桩的荷 载分担比基本不变， 约为 1 0 ， 桩周土的荷载分担比逐渐增 加， 约为2 0 。混凝土芯桩承担总荷载的7 0 。混凝土芯 水泥土搅拌桩的桩端阻力与荷载的关系如图5所示 ， 桩端阻 力随荷载增加而增大 ， 桩端阻力与荷载之比在 2 一1 8 ， 所以 昆 凝土芯与搅拌桩之比为 0 4 5的混凝土芯水泥土搅拌 桩属于摩擦 一 端承复合型桩。 Q I N Q k N 图4 混凝土芯桩的荷载分担 比 图5 桩端阻力与荷载之比 混凝土芯水泥土桩的特点和优势在于桩身的组合结 构 ， 混凝土芯桩与水泥土之间具有较高的粘聚力 ， 桩顶荷载 作用下芯桩可以通过侧摩阻力将荷载有效传递给水泥土和 桩周土。现场载荷试验结果表明： 混凝土芯水泥土搅拌桩 内芯是上部荷载的主要承担者。混凝土芯桩内外芯的桩土 应力比大于 4 0， 桩内外芯的荷载分配比一般大于8 ， 随着上 部荷载的增大， 混凝土芯轴力与总荷载的比率也不断增大， 应力越来越向混凝土内芯集中。混凝土芯水泥土搅拌桩桩 土应力比大于 2 0 ， 混凝土芯水泥土搅拌桩基础的上部荷载 基本上由桩身承担 ， 土体分担的荷载很小。桩端阻力约 占 全部荷载的2 1 8 ， 具体 比例随混凝土芯长度而变化。 混凝土芯水泥土搅拌桩具有荷载传递的双层模式， 当混凝 土芯水泥土搅拌桩承受上部荷载时 ， 荷载首先会向混凝土 内芯集中， 然后向外和向下传递。由于桩内外芯侧摩阻力 的存在， 大部分荷载会以侧摩阻形式向桩外芯扩散， 小部分 荷载则继续向下传递直至 昆 凝土芯端面， 构成荷载传递的 第一层； 水泥土外芯受内芯摩 阻力的同时也受桩土界面摩 阻力的作用， 这种作用使该部分以侧摩阻抵抗上部荷载的 形式传递到桩侧土体中， 传递到混凝土芯端面的残余荷载 也通过水泥土外芯下端面传递到持力层 ， 形成荷载传递的 第二层， 构成水泥土形成了荷载从混凝土内芯一水泥土外 芯一桩周土体的双层扩散模式。混凝土芯水泥土搅拌桩单 桩的承载特性与刚性单桩类似， 有别于柔性桩， 传递到水泥 土外壳端部和持力土层的荷载小， 随着预制混凝土芯长度 增加， 混凝土芯水泥土搅拌桩可 由端承桩向摩擦桩转变。 混凝土芯水泥土搅拌桩存在两种破坏模式： 一种是桩身破 坏， 混凝土芯压裂； 另一种是刺入破坏， 桩土界面和桩端持 力层的塑性破坏。 昆 凝土芯水泥土搅拌桩荷载传递的双层 模式， 即从混凝土芯一水泥土搅拌桩一搅拌桩周土体。 根据混凝土芯水泥土搅拌桩的载荷试验结果 ， 用于检 测混凝土芯水泥土搅拌桩施工质量的载荷试验的测试内容 主要有： 桩顶部的应力 、 位移； 混凝土芯桩底的轴力 、 超 孔隙水压力和位移； 混凝土芯桩底深度附近搅拌桩的强 度 、 整体性。其它检测内容可以省去。 3结语 ( 1 ) 混凝土芯水泥土桩的特点和优势在于桩身的组 合结构， 混凝土芯桩与水泥土之间具有较高的粘聚力， 桩顶 荷载作用下芯桩可以通过侧摩阻力将荷载有效传递给水泥 土和桩周土。 ( 2 ) 混凝土 芷 ： 水泥土搅拌桩内芯是上部荷载的主要 承担者。混凝土芯桩内外芯的桩土应力比大于4 0 ， 桩内外 芯的荷载分配比一般大于 8 ， 随着上部荷载的增大， 混凝土 芯轴力与总荷载的比率也不断增大， 应力越来越向混凝土 内芯集中。混凝土芯水泥土搅拌桩桩土应力比大于 2 O 。 参考文献 1 董平， 秦然， 陈征宙 混凝土芯水泥土搅拌桩的有限元分析 J 岩土力学， 2 0 0 3 ， ( 3 ) ： 3 4 4 3 4 8 2 陈颖辉， 许晶菁， 鲁忠军， 等 加芯搅拌桩荷载传递机理的研究 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 8 。 ( 5 ) ： 9 91 0 2 3 许晶菁， 陈颖辉 ， 鲁忠军， 等 层状地基中加芯搅拌桩的沉降计 算方法 J 四川建筑科学研究， 2 0 0 7 ， ( 5 ) ： 9 3 9 7 4 李俊才， 邓亚光， 宋桂华， 等 素混凝土劲性水泥土复合桩承载 机理研究 J 岩土力学， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 1 8 1 1 8 5 5 柳博鹏， 凌光荣， 丁永君 劲性搅拌桩在水平荷载下承载特性 研究 j 低温建筑技术 ， 2 0 0 6， ( 1 ) ： 9 0 9 2 6 陈昆， 谭云飞 ， 杨国海 劲性 搅拌桩 芯桩长度 的数值分析 J 特种结构 ， 2 0 0 9， ( 2 ) ： 1 9 2 3 7 盛桂琳 ， 鲍鹏 ， 孔 德志 劲性搅拌桩 复合地基非线性有 限元分 析 J 结构工程师， 2 0 0 5 ， ( 3 ) ： 5 6 5 9 8 丁永君， 荣晓巍， 李进军 关于劲性搅拌桩的若干问题 J 低 温建筑技术 ， 2 0 0 6， ( 6 ) ： 9 7 9 9 收稿日期 2 0 1 1 一I 1 0 2 作者简介 庞建国( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 南京人， 硕士， 高工， 从事公 路建设管理工作。 z 棚靼 锚枢胥撑