CFG樁復合地基樁土分擔荷載比

CFG樁復合地基樁土分擔荷載比研究摘要：以某工程為例，針對不同材料構成的褥墊層（相同厚度）及同一種材料不同墊層厚度情況進行了土壓力盒試驗，確定了不同情況下樁土分擔荷載關系，并得出了一些有益的結論。關鍵詞：CFG樁，復合地基，樁土應力比1、前言CFG樁(CementFly-ashGravelPile)，即由碎石、粉煤灰摻適量的水泥加水拌合，用各種成樁機具制成的可變粘結強度樁，近年來在工程中得到了廣泛應用。CFG樁復合地基由樁、樁間土及褥墊層三部分構成，其加固機理為褥墊層受上部基礎荷載作用產(chǎn)生變形后以一定的比例將荷載分攤給樁及樁間土，使二者共同受力。同時土體受到樁的擠密而提高承載力，而樁又由于周圍土的側應力的增加而改善了受力性能，二者共同工作，形成了一個復合地基的受力整體，共同承擔上部基礎傳來的荷載【1】。顯然，不同材料構成的褥墊層及同種材料不同墊層厚度樁土分擔的荷載是不同的，而準確了解樁土分擔的荷載比在CFG樁復合地基工程設計中往往是很重要的。本文以某工程為例，針對不同材料構成的褥墊層及同一種材料不同墊層厚度情況進行了土壓力盒試驗，確定了不同情況下樁土分擔荷載關系，并得出了一些有益的結論。2、場地工程地質概況2.1地形地貌該工程場地地貌單元屬長江北岸I級階地，現(xiàn)有地形比較平坦。2.2地質巖性構成擬建場地的地基土主要由人工填積（Qml）層和第四系全新統(tǒng)沖積（Qal4）層構成。場地內(nèi)分布的地層，按其特點由上至下分述如下：雜填土：主要由混凝土地坪、粉煤灰、磚塊、房屋老基礎及少量粘性土填成。呈濕的、松散狀態(tài)。該層在整個場地均有分布，厚度為0.88－1.90m。第四系全新統(tǒng)沖積（Qal4）層：該層具有明顯的二元結構沉積規(guī)律。上部主要由細粒的粘土、粉質粘土及粉土組成，中、下部主要由粗粒組成的粉細砂、中粗砂，底部為河道形成的I級階地下卵石層。下臥基巖為泥巖。3、土壓力盒試驗概況為了解不同材料構成的褥墊層（相同厚度）及同一種墊層材料不同厚度情況確定樁土分擔荷載關系，本次試驗針對粗石(70%)＋砂(30%)，砂，瓜米石(70%)＋砂(30%)三種材料組成的200mm厚的褥墊層及300mm、400mm和500mm厚的粗石(70%)＋砂(30%)的褥墊層進行了6組土壓力盒試驗，如表1所示。表1 土壓力盒試驗墊層材料及墊層厚度表序號樁號墊層材料墊層厚度(mm))1996粗石(70%)＋砂((30%)2002615砂2003573瓜米石(70%))＋砂(30%)2004174粗石(70%)＋砂((30%)3005438粗石(70%)＋砂((30%)4006365粗石(70%)＋砂((30%)500樁墊層土壓力盒承壓板6897樁墊層土壓力盒承壓板68972543110 a)墊層下 b)墊層上4土中壓力盒41 樁上壓力傳感器1圖1 土壓力盒埋設示意圖本次試驗分別在墊層上下的土層和樁身對應埋設10個土壓力盒，如圖1所示。土壓力盒試驗采用浙江科學儀器廠生產(chǎn)的JXR鋼弦式壓力盒。該壓力盒通過量測鋼弦的頻率變化得到施加在壓力盒上的壓力值，壓力盒量程為0.4MPa?？紤]到樁上應力大，樁上應力采用本所自行研制的量程為10MPa壓力傳感器量測，該壓力JXR型土壓力盒壓力傳感器頻率計靜態(tài)應變儀JXR型土壓力盒壓力傳感器頻率計靜態(tài)應變儀圖2 土壓力盒試驗系統(tǒng)示意圖4、試驗結果試驗結果見表2～7及圖3～14。各樁試驗結果表明，隨著荷載的增大，樁分擔的荷載也逐漸增大。在最大試驗荷載作用下（1000kPa），996＃樁承擔的荷載達85％，最小的573＃樁也達74％，表明CFG樁復合地基中樁承擔的荷載仍占絕大部分。同時，試驗結果表明樁間土體也充分發(fā)揮了作用。表2996＃樁復合地基壓力盒試驗結果荷載值(kPa)樁土應力比樁承擔荷載比2#3#4#5#7#8#9#10#Aver(2-55)Aver(7-100)墊層下墊層上25013.8412.0614.1314.2610.0911.8911.3213.4013.5711.670.590.5437524.6222.4625.9025.3116.3621.9017.8021.4024.5719.360.750.6850030.9130.9332.9531.7418.8729.6023.1327.2431.6324.710.770.7162537.6938.2439.8740.9523.0839.4929.2934.0139.1931.470.810.7775042.3242.2643.0945.4024.2844.9830.1939.4743.2734.730.820.7787547.7846.4949.1751.6628.3952.5932.7045.1248.7839.700.850.81100048.8348.5352.3253.6132.5657.4133.7247.2650.8242.740.850.82在墊層厚度相等（200mm）情況下，以粗石(70%)＋砂(30%)為材料的墊層，在試驗初期荷載較小的情況下，樁承擔的荷載最小，而在較大荷載作用下，樁體承擔的荷載最大；而以純砂為材料的墊層，在試驗初期荷載較小的情況下，樁承擔的荷載最大，并且隨著荷載的增大，樁分擔的荷載比增加不大。對于同種墊層材料，在加載初期，厚度不同，樁分擔的荷載略有不同；在加載后期，厚度對于樁土分擔荷載比影響不大。各樁試驗結果表明，樁土應力比隨著荷載的增大而逐漸增大。表3615＃樁復合地基壓力盒試驗結果荷載值(kPa)樁土應力比樁承擔荷載比2#3#4#5#7#8#9#10#Aver(2-55)Aver(7-100)墊層下墊層上25023.1920.9423.1329.0817.2715.9814.7311.3824.0914.840.710.6037521.3820.5622.8027.6016.8016.4714.9311.7823.0915.000.720.6250021.3621.6623.9227.6217.1318.1915.5613.0923.6415.990.720.6462522.8724.0226.7928.7217.5819.9416.1814.3925.6017.020.720.6375025.5127.5430.7630.7819.4723.0118.3417.2528.6419.520.750.6687529.1432.2835.7933.3622.2727.5121.7221.5132.6423.250.780.72100032.8637.8839.5636.6124.9432.9225.0625.4536.7327.090.800.75表4573＃樁復合地基壓力盒試驗結果荷載值(kPa)樁土應力比樁承擔荷載比2#3#4#5#7#8#9#10#Aver(2-55)Aver(7-100)墊層下墊層上25014.9910.7019.2114.386.7810.329.4010.7714.829.320.600.4837514.899.2319.1913.827.339.738.579.0214.288.670.590.4850020.2712.8027.3418.8510.5113.4411.7912.5219.8112.070.680.5662523.8815.9032.6822.2713.3016.8214.5615.9223.6815.150.700.6175028.9121.8539.6827.3916.9020.7618.0321.2229.4619.230.740.6787534.0129.4847.1332.4820.7525.4521.8727.8635.7823.980.780.71100038.5437.3456.2937.5524.4530.6125.8535.7942.4329.180.820.75表5 174＃樁復合地基壓力盒試驗結果荷載值(kPa)樁土應力比樁承擔荷載比2#3#4#5#7#8#9#10#Aver(2-55)Aver(7-100)墊層下墊層上25014.1918.6517.148.599.7214.6719.5212.0514.6413.990.590.5837517.4924.0119.8911.0812.4717.6221.4514.8918.1216.610.640.6250020.6628.0322.9313.2515.6520.2424.6218.1721.2219.670.670.6762525.4233.6027.6416.1519.1523.1527.6021.6825.7022.900.730.7175028.1537.3930.1917.9721.6026.0829.5124.4828.4325.420.720.7287532.5041.9733.5620.7125.0028.4831.7527.7432.1928.240.760.75100039.3548.0638.2924.6530.5832.7036.0232.5537.5932.960.790.78表6438＃樁復合地基壓力盒試驗結果荷載值(kPa)樁土應力比樁承擔荷載比2#3#4#5#7#8#9#10#Aver(2-55)Aver(7-100)墊層下墊層上25015.8413.9112.6917.6410.0910.396.077.1715.028.430.610.4737524.6619.9218.7325.0916.8716.9910.0911.5522.1013.880.690.5950034.5326.8525.7332.7022.5223.2213.9615.4929.9518.800.770.6562540.1631.3529.8835.8425.9127.7216.7118.3134.3122.160.790.6975039.6531.7829.6133.8325.1726.8519.0618.4033.7122.370.770.6987538.6533.9832.0233.3227.4232.0221.5221.0234.4925.500.790.73100039.5736.4735.1236.2426.5835.2824.3922.6736.8527.230.800.74表7365＃樁復合地基壓力盒試驗結果荷載值(kPa)樁土應力比樁承擔荷載比2#3#4#5#7#8#9#10#Aver(2-55)Aver(7-100)墊層下墊層上25022.6126.0923.0112.8611.4513.118.507.2021.1410.070.670.5037527.4737.7033.4218.2217.8017.3512.3810.9129.2014.610.730.5850028.4242.5931.2419.3223.6322.3914.4913.2830.3918.450.760.6662530.9043.1234.3824.1230.5928.9218.1916.9033.1323.650.790.7275028.9441.3232.8224.2429.1330.8719.5317.1231.8324.160.770.7187532.0842.2533.3826.4529.2430.0319.5117.8433.5424.150.790.72100034.1140.6734.0627.9029.1830.3220.6719.5934.1824.940.770.73圖3 樁分擔荷載比與荷載關系試驗曲線(996＃樁)圖4 樁土應力比與荷載關系試驗曲線(996＃樁)圖5 樁分擔荷載比與荷載關系試驗曲線(615＃樁圖6 樁土應力比與荷載關系試驗曲線(615＃樁)圖7 樁分擔荷載比與荷載關系試驗曲線(573＃樁)圖8 樁土應力比與荷載關系試驗曲線(573＃樁)圖9 樁分擔荷載比與荷載關系試驗曲線(174＃樁)圖10 樁土應力比與荷載關系試驗曲線(174＃樁)圖11 樁分擔荷載比與荷載關系試驗曲線(438＃樁)圖12 樁土應力比與荷載關系試驗曲線(438＃樁)圖13 樁分擔荷載比與荷載關系試驗曲線(365＃樁)圖14 樁土應力比與荷載關系試驗曲線(365＃樁)5、結論各樁試驗結果表明，樁土應力比隨著荷載的增大而逐漸增大。各樁試驗結果表明，隨著荷載的增大，樁分擔的荷載也逐漸增大。在最大試驗荷載作用下（1000kPa），996＃樁承擔的荷載達85％，最小的573＃樁也達74％，表明CFG樁復合地基中樁承擔的荷載仍占絕大部分。同時，試驗結果表明樁間土體也充分發(fā)揮了作用。在墊層厚度相等（200mm）情況下，以粗石(70%)＋砂(30%)為材料的墊層，