粉噴樁復(fù)合地基水平荷載傳遞機(jī)理試驗(yàn)研究

1、粉噴樁復(fù)合地基水平荷載傳遞機(jī)理試驗(yàn)研究羅居剛  張今陽一、研究的理論依據(jù)粉噴樁復(fù)合地基是以水泥作固化材料，通過深層攪拌機(jī)將軟土和固化材料強(qiáng)制拌和，使軟土結(jié)硬提高地基強(qiáng)度，成為樁土共同承擔(dān)外部荷載的復(fù)合地基。因此，復(fù)合地基承重的水平荷載也是由樁和樁間土共同承擔(dān)的，但分擔(dān)的比例不但與樁和樁間土的條件有關(guān)，還與復(fù)合地基的滑動(dòng)形式、接觸形式有很大關(guān)系。復(fù)合地基的水平荷載試驗(yàn)仍可按天然地基的水平荷載試驗(yàn)方式進(jìn)行。水工建筑物在垂直及水平荷載共同作用下，如果沿地基表面滑動(dòng)時(shí)，則其垂直壓力與抗剪強(qiáng)度的臨界狀態(tài)符合庫侖定律。因此，只要施加一定范圍的法向壓力，測出在各法向應(yīng)力作用下的荷載板滑動(dòng)臨界狀態(tài)的

2、抗剪強(qiáng)度，就可以得出混凝土底板與復(fù)合地基間的摩擦系數(shù)及黏聚力，也可以觀察到粉噴樁復(fù)合地基在豎向及水平荷載作用下的滑動(dòng)形式。二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)1試驗(yàn)點(diǎn)的相對位置及編號(hào)水平荷載特性試驗(yàn)場地位于某新建閘消力池下游河槽內(nèi)，共布置試驗(yàn)板24根，試樁平面布置如圖1。試樁水泥摻量15，樁徑50，樁長6.10，樁頂高程約為9.0，在第2層的淤泥、淤泥質(zhì)黏土層內(nèi)，樁底高程為2.9。圖1復(fù)合地基試驗(yàn)樁平面布置圖2研究的內(nèi)容、目的和方法試驗(yàn)研究的內(nèi)容、目的和方法見表1。表1試驗(yàn)研究的內(nèi)容、目的、方法匯總表序號(hào)試驗(yàn)內(nèi)容試驗(yàn)研究目的試驗(yàn)方法1天然地基水平推力試驗(yàn)，即原位天然地基與混凝土底板間擦系數(shù)試驗(yàn)原位測試地基與混凝土底板

3、間摩摉系數(shù)試驗(yàn)和單樁復(fù)合地基與混凝土底板間摩擦系數(shù)比較，評價(jià)粉噴樁加固后復(fù)合地基水平荷載特性改善效果，作核試驗(yàn)研究項(xiàng)目的基本資料。以閘室置換率為標(biāo)準(zhǔn)，確定荷載面積，采用矩形荷載板0.75×0.85=0.6375m2， 按工程澆筑閘底板的材料和程序澆筑荷載板，按天然地基水平推力試驗(yàn)方法進(jìn)行。2單樁復(fù)合地基水平推力試驗(yàn)測定復(fù)合地基與混凝土底板間摩擦系數(shù)試驗(yàn)主定水工建筑物的抗滑穩(wěn)定，為設(shè)計(jì)提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)，并檢驗(yàn)工程所采用摩擦系數(shù)的準(zhǔn)確性。荷載板為矩形0.75×0.850.6375m2，按閘室30%置換率設(shè)計(jì)。1）超壓固結(jié)后試驗(yàn)2組；2）非超壓固結(jié)試驗(yàn)2組；按工程澆筑閘底板程度

4、澆荷載板，按天然地基水平推力試驗(yàn)方法進(jìn)行。3四樁復(fù)合地基水平推力試驗(yàn)，測定多樁復(fù)合地基與混凝土封底板間摩擦系數(shù)試驗(yàn)評價(jià)、比較多樁得合地基和單樁復(fù)合地基抗水平推力的差別。荷載板為矩形1.75×1.52.55m2，按閘室30%置換率設(shè)計(jì)。按工程澆筑閘底板程序澆筑荷載板，按天然地基水平推力試驗(yàn)方法進(jìn)行4樁頂嵌入混凝土底板，單樁復(fù)合地基抗水平推力試驗(yàn)比較嵌入與不嵌入的區(qū)別，評價(jià)底板與復(fù)合地基接觸形式的優(yōu)劣。荷載板為矩形0.75×0.850.6375m2，樁頭嵌入底板10cm，按工程澆筑閘底板程序澆筑荷載板，有加垂直荷霸和不加垂直荷載兩種類型水平推力試驗(yàn)。5水平荷載傳遞機(jī)理的試驗(yàn)研究

5、研究單樁復(fù)合地基在水平推力作用下荷載傳遞的機(jī)理。荷載板為矩形0.75×0.850.6375m2，按工程澆筑閘底板程序澆筑荷載板，在樁內(nèi)不同主程埋設(shè)和粉噴樁材料性質(zhì)相近的傳感器，按天然地基水平推力試驗(yàn)方法進(jìn)行。三、試驗(yàn)成果分析1復(fù)合地基水平推力試驗(yàn)結(jié)果匯總根據(jù)庫侖定律，在法向壓力變化范圍不大時(shí)，抗剪強(qiáng)度與法向壓力的關(guān)系近似為一條直線，說明滑動(dòng)沿其荷載板與地基的表面滑動(dòng)；當(dāng)其法向壓力大到一定值時(shí)，抗剪強(qiáng)度與法向壓力的關(guān)系將不一定為一條直線，說明滑動(dòng)將在淺層或深層發(fā)生。各組試驗(yàn)的、值如表2。表2復(fù)合地基水平推力試驗(yàn)結(jié)果地基形式天然地基單樁復(fù)合地基（超壓固結(jié)）單樁復(fù)合地基多樁復(fù)合地基IL=0

6、-0.25粉質(zhì)黏土c值（kpa）13.526.032.035.040.0值10.829.421.822.623.02復(fù)合地基水平推力試驗(yàn)成果分析（1）天然淤泥質(zhì)地基采用粉噴樁加固后，其復(fù)合地基的水平推力特性比天然地基有明顯的改善，、值有很大提高。各復(fù)合地基的、值相當(dāng)于00.25硬塑粉質(zhì)黏土，抗剪強(qiáng)度大幅度提高、粉噴樁的加固效果在抗水平荷載特性與抗垂直荷載特性兩方面同樣都是顯著的。（2）單樁復(fù)合地基和多樁（四樁）復(fù)合地基得出、值沒有什么差別，因此工程上計(jì)算用的、值，可以用單樁復(fù)合地基求得的、值。（3）超壓固結(jié)是指單樁復(fù)合地基在垂直荷載作用下已產(chǎn)生較大的永久變形。卸荷后再按水平荷載試驗(yàn)的加荷程序求

7、得的、值，與未超壓固結(jié)的復(fù)合地基、值稍有區(qū)別。從試驗(yàn)結(jié)果來看，值略有減小，值略有增大。（4）粉噴樁樁頭嵌固于底板內(nèi)，其復(fù)合地基的水平荷載特性與樁頭不嵌固復(fù)合地基的水平荷載特性有本質(zhì)的區(qū)別。在樁頭不嵌固的工況下，當(dāng)垂直壓力較小時(shí)，在水平荷載作用下，將在樁頂與荷載板的交界面上產(chǎn)生表層水平滑動(dòng)；當(dāng)垂直壓力超過一定值后，滑動(dòng)面將下移。樁頭嵌固于荷載板內(nèi)10的復(fù)合地基，其水平荷載特性將不是水平滑動(dòng)問題，水平荷載將使樁產(chǎn)生彈性變形，樁周土產(chǎn)生彈性壓縮變形，水平抗力的大小將與樁身強(qiáng)度及樁周土的抗力有直接關(guān)系。在淤泥質(zhì)地基介質(zhì)中，對于樁頭嵌入底板的粉噴樁，其抗水平推力性能可以按剛性樁進(jìn)行分析，樁身的截面越大，

8、樁身強(qiáng)度和地基土的強(qiáng)度越高，樁的水平承載力也越高。樁頭嵌固扣、樁的抗彎剛度大于樁頭自由時(shí)的剛度，所以樁頭嵌固提高了樁抵抗橫向彎曲能力。3復(fù)合地基水平荷載傳遞特性分析（1）復(fù)合地基在垂直及水平荷載作用下，荷載傳遞現(xiàn)象為：當(dāng)垂直壓力施加完成后，隨著水平推力的逐漸增加，樁內(nèi)各測點(diǎn)的抗壓應(yīng)變基本呈線性增加，一旦當(dāng)荷載板滑動(dòng)時(shí)，樁內(nèi)上部測點(diǎn)的應(yīng)變值突然減小或呈不穩(wěn)定的跳動(dòng)狀態(tài)，這種現(xiàn)象在垂直壓力較小時(shí)更加明顯。當(dāng)垂直壓力較大時(shí)，除位移不斷增加外，應(yīng)變突然釋放的現(xiàn)象不十分明顯。（2）復(fù)合地基在水平荷載作用下，粉噴樁類似受彎彈性地基梁，樁與土共同變形。由于土的彈塑性性質(zhì)及荷載板與樁周土的黏聚摩擦作用、垂直荷載的壓密作用等，土的抗力問題是比較復(fù)雜的。因?yàn)闃端埔皇軓澋膹椥缘鼗?，因此樁身各?cè)的應(yīng)變值反映了梁的受彎特性，只是樁身最大彎矩出現(xiàn)，在荷載板下0.81.3左右的范圍內(nèi)，彎矩的分布隨著垂直壓應(yīng)力的增加而加深，這也是深淺層滑動(dòng)的原因。由彎矩產(chǎn)生樁的抗壓應(yīng)力分布來看：樁身拉、壓應(yīng)力的最大值不在同一高程截面出