针对预制桩-水泥搅拌桩在软基中应用探讨

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1、预制桩-水泥搅拌桩在软基中应用探讨王智　　某地下蓄水池工程，场地岩土主要工程特性指标如表1。地基采用水泥土搅拌桩复合地基，桩径Φ500，桩长15.0m，按1000×1000mm纵横双向均匀布置，设计单桩竖向承载力标准值不小于150kN，单桩复合地基承载力标准值不小于180kPa；施工后抽检4根桩进行载荷试验，水泥土搅拌桩单桩或单桩复合地基承载力标准值均未达到设计要求。表1场地的岩土主要工程特性指标土名fk/kPaEs/MPaqs/kPaqp/kPa①回填土903.512 ②淤泥451.06 ③粘土1554.520700④粘土混砂砾石1806.52

2、51100　　采用预制钢筋砼桩加固，桩身截面200×200㎜，砼强度C30，主筋4ф16，箍筋φ6@200；桩长16m，分四段浇制，底段带桩靴。桩段间用焊接法接桩(或硫磺胶泥)；布桩采用每4根水泥土搅拌桩间插入1根预制桩，形成复合地基；在桩顶铺设一层厚为200mm的天然级配碎石垫层，改良地基中桩土荷载分配，充分发挥地基土的承载力。施工完毕后，选择4组复合地基进行静荷载试验；结果见图1，试验得到的复合地基承载力标准值均大于200kPa。(a)水泥土搅拌桩Q～S曲线(b)预制桩＋水泥土搅拌桩Q～S曲线图1复合地基静载试验曲线图复合地基作用原理　　由预

3、制桩、水泥土搅拌桩和桩间土组成的复合地基，其作用原理主要从以下几个方面考虑：　　1、当竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部受到压缩发生相对于土的向下位移，桩周土在桩侧界面上形成向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递过程中不断克服摩阻力并通过它向土中扩散，因而桩身的轴力随着深度加深而逐渐减小，在桩端处与桩底反力相平衡；与此同时，桩端持力层在桩端压力作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又进一步加大摩阻力。随着桩顶荷载的逐渐增加，上述过程周而复始地进行，直到变形稳定为止。由于桩身压缩量的累积，上部桩身位移总是大于下部，因此上部摩阻力总是先于下部发挥，

4、桩侧摩阻力达到极限后就保持不变，继续增加的荷载就完全由桩端持力层承受，当桩底荷载达到桩端持力层的极限承载力时，桩便发生急剧地、不停滞地下沉而破坏。因此，增强桩身上部桩侧土的结构强度，对提高桩的承载力、改善桩的变形特性具有现实意义。　　2、水泥土搅拌桩加固软土地基改善软土的固结特性。通常水泥土的压缩曲线表现出明显的超固结特性，可近似地认为水泥土桩体不存在固结现象，而只有弹性的桩身压缩。水泥土搅拌桩加固深厚软土地基一般不会贯穿整个软土层，由此形成的加固层和下卧层软土的固结特性仍可用双层地基一维固结理论来分析。从固结机理来看，加固层渗透性极低的水泥土搅

5、拌桩（根据已有资料记载比原状土低3～4个数量级）设置减小下卧层软土的排水固结；同时加固层竖向附加应力向水泥土搅拌桩集中而使桩间土所受应力大大减小，孔隙压力也大为降低，因此在下卧层软土和加固层桩间土之间形成较大的孔隙压力差，加快下卧层软土的固结。同时水泥土搅拌桩改善天然软土的性质。流塑态软粘土拌入固化剂后形成的加固土呈坚硬状态。粘聚力和内摩擦角较原状土增加，其抗压、抗剪强度、变形模量等指标分别比天然软土提高数十倍至数百倍。　　3、桩、土复合构成的地基形成了平面及竖向合适的刚度级配梯度和三维共同工作的应力状态，达到对天然地基承载力的有效补强，满足设计

6、要求，减少地基的沉降。4、长刚性桩、短水泥土搅拌桩的布置，形成三层地基刚度，符合天然地基土层浅弱深强的规律以及地基应力传递特征，同时长刚性桩可以进入深层良好土层，减少复合地基的沉降。　5、复合地基与上部结构通过褥垫层的柔性连接，在水平荷载作用下，有效地传递垂直荷载。6、复合地基与上部结构柔性连接的褥垫层调整复合地基的桩土荷载分配，发挥土体的承载能力特别是浅层土体的承载作用。复合地基承载力计算刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基承载力计算的思路：⑴由天然地基和刚性桩复合形成复合地基，视为一种新的等效天然地基，其承载力特征值为fspk1。⑵将等效天然地基和水

7、泥土搅拌桩复合形成复合地基，求得复合地基承载力即刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基承载力。具体推导如下：　　天然地基土的承载力特征值为fak。刚性桩的断面面积为Apl，平均面积置换率为m1，单桩承载力特征值为Ral，则刚性桩和天然地基形成的复合地基承载力特征值为　　式中：α1为桩间土承载力提高系数，与土性和刚性桩成桩工艺及桩径、桩距等有关。对非挤土成桩工艺，α1=1；β1为桩间土承载力发挥系数，一般β1≤1。水泥搅拌桩的断面面积为Ap2，平均面积置换率为m2，单桩承载力特征值为Ra2。水泥土搅拌桩与承载力特征值为fspk1的等效天然地基复合后的承载力，

8、即　　式中：fspk为刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值；α2为桩间土承载力提高系数，与土性和刚性桩成桩工艺及桩径、桩距有关。对非