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刚性桩-水泥土搅拌桩在软土地基中的应用

刚性桩-水泥土搅拌桩在软土地基中的应用

本文摘要:1、阐述近年来,地基处置技术获得较慢发展,地基处置技术的发展不仅体现在机械、材料、设计理论、施工工艺、现场监测技术以及地基处置新方法的不断更新和变革等方面,而且体现在多种地基处置方法的综合应用于方面。鉴于线脚强化体填充地基中桩的承载能力和变形特性有所不同,地基处置的技术效果和适用范围皆不完全相同,刚性桩水泥土加热桩填充地基融合柔性桩填充地基和刚性填充地基的特点,以充分发挥其各自的优势,大幅度提高地基承载力,增加地基下陷,从而获得较好的技术效果和经济效益。

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1、阐述近年来,地基处置技术获得较慢发展,地基处置技术的发展不仅体现在机械、材料、设计理论、施工工艺、现场监测技术以及地基处置新方法的不断更新和变革等方面,而且体现在多种地基处置方法的综合应用于方面。鉴于线脚强化体填充地基中桩的承载能力和变形特性有所不同,地基处置的技术效果和适用范围皆不完全相同,刚性桩水泥土加热桩填充地基融合柔性桩填充地基和刚性填充地基的特点,以充分发挥其各自的优势,大幅度提高地基承载力,增加地基下陷,从而获得较好的技术效果和经济效益。2、填充地基设计思想2.1设计的基本思路使用由刚性桩、水泥土加热桩和桩间土构成的填充地基,主要从以下几个方面[1]考虑到:⑴当线脚荷载产生于桩覆以时,桩身的上部受到传输再次发生相对于土的向上偏移,桩周土在桩侧界面上构成向下的摩阻力;荷载沿桩身向上传送过程中大大解决摩阻力并通过它向土中蔓延,因而桩身的轴力沿着深度渐渐增大,在桩末端处与桩底反力相平衡;与此同时,桩端持力层在桩末端压力起到下产生传输,使桩身沉降,桩与桩间土的比较偏移又使摩阻力更进一步充分发挥。随着桩覆以荷载的渐渐减少,上述过程周而复始地展开,直到变形平稳为止。

由于桩身传输量的积累,上部桩身偏移总是小于下部,因此上部摩阻力总是迟至下部充分发挥,桩外侧摩阻力超过无限大后就维持恒定,之后减少的荷载就几乎由桩端持力层忍受,当桩底荷载超过桩端持力层的无限大承载力时,桩之后再次发生急遽的、不衰退的沉降而毁坏。因此,强化桩身上部桩侧土的结构强度,对提升桩的承载力、提高桩的变形特性具备现实意义。⑵水泥土加热桩修整硬土地恩提高软土的溶特性。

一般来说水泥土的传输曲线展现出出有显著的超强溶特性,可近似于地指出水泥土桩体不不存在溶现象,而只有弹性的桩身传输。水泥土加热桩修整很深硬土地恩一般会跨越整个硬土层,由此构成的修整层和下卧层软土的溶特性仍能用双层地基一维溶理论来分析。

从溶机理来看,修整层渗透性极低的水泥土加热桩(比原状土低3到4个数量级[2])设置增大下卧层软土的灌溉溶;同时修整层线脚可选形变向水泥土加热桩集中于而使桩间土所不受形变大大增大,孔隙压力也深感减少,因此在下卧层软土和修整层桩间土之间构成较小的孔隙压力差,减缓下卧层软土的溶。⑶水泥土加热桩提高天然软土的性质。

流塑态软粘土拌入固化剂后构成的修整土呈圆形柔软状态。粘聚力和内摩擦角较原状土减少,其抗压、抗剪强度、变形模量等指标分别比天然软土提升数十倍至数百倍。当固化剂含有比w5%时,修整土无侧缩抗压强度qu平均500~4000kPa,适当抗拉强度1=(0.15~0.25)qu,粘聚力c=(0.2~0.3)qu,摩擦角Ф变化于20o~30o之间,变形模量E50=(120~150)qu。修整土强度随固化剂含有比、水泥标号和修整土龄期的减少而提升。

随着水泥掺量的减少抗渗系数由原状土的10-7㎝/s上升为(10-7~10-11)㎝/s数量级。⑷桩、土填充包含的地基构成了平面及线脚适合的刚性级配上梯度和三维联合工作的形变状态,超过对天然地基承载力的有效地修补,符合设计拒绝,增加地基的下陷。⑸宽刚性桩、短水泥土加热桩的布置,构成三层地基刚性,合乎天然地基土层浅弱深强的规律以及地基形变传送特征,同时宽刚性桩可以转入深层较好土层,增加填充地基的下陷。

⑹填充地基与上部结构通过褥垫层的柔性相连,在水平荷载起到下,有效地传送横向荷载。⑺填充地基与上部结构柔性相连的褥垫层调整填充地基的桩土荷载分配,充分发挥土体的承载能力尤其是浅层土体的支撑起到;垫层的起到概括为:①确保桩体和桩间土联合分担荷载,在上部荷载起到下,桩体一定程度帖木儿进褥垫层中,充分发挥桩间土起到。

在测算的填充地基桩体和桩间土时程曲线(等价荷载下)中,桩、土受力一直为一常数;②调整桩、土荷载承担比,垫层就越薄,桩间土分担的荷载就越多;荷载水平越高,桩分担的荷载占到总荷载的百分比越大。因此调整垫层厚度可调整桩土荷载承担比,反之根据桩土形变的拒绝来确认垫层的厚度;③减轻基础底面的应力集中,桩覆以对应的基础形变与桩间土对应的基础底面形变之比随垫层厚度的变化而变化;据研究:当垫层厚度小于10㎝时,桩对基础底面产生的应力集中已明显降低;当垫层厚度为30㎝时,n只有1.2左右;④调整桩土水平荷载的分配,并未设置褥垫层时,水平荷载主要由桩分担。

随着褥垫层的设置和变薄,桩覆以忍受的水平荷载渐渐变大。当褥垫层厚度大到一定程度时,水平荷载主要由桩间土分担,桩体再次发生水平倒下的可能性增大,桩在填充地基中丧失工作能力的机会增大。

⑤褥垫层的设置,填充地基中桩体不存在向下的帖木儿进变形,制止桩间土的变形。2.2填充地基承载力计算出来刚性桩水泥土加热桩填充地基承载力计算出来的思路:⑴由天然地基和刚性桩填充构成填充地基,视作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泥土加热桩填充构成填充地基,求出填充地基承载力即刚性桩水泥土加热桩填充地基承载力。明确推论如下[3]:天然地基土的承载力特征值为fak。刚性桩的断面面积为Apl,平均值面积移位率为m1,单桩承载力特征值为Ral,则刚性桩和天然地基构成的填充地基承载力特征值为式中:1为桩间土承载力提升系数,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,1=1;1为桩间土承载力充分发挥系数,一般11。

水泥加热桩的断面面积为Ap2,平均值面积移位率为m2,单桩承载力特征值为Ra2。水泥土加热桩与承载力特征值为fspk1的等效天然地基填充后的承载力,即  式中:fspk为刚性桩水泥土加热桩填充地基承载力特征值;2为桩间土承载力提升系数,与土性和刚性桩成桩工艺及桩径、桩距有关。对非挤土成桩工艺,2=1;2为桩间土承载力充分发挥系数,一般21。

2.3填充地基的填充模量填充模量密切相关的是填充土体抵抗变形的能力。由于填充地基是由土和强化体(桩)构成,填充模量与土和桩的模量密切相关。确认刚性桩-水泥土加热桩填充地基填充模量的基本方法为:⑴按单一桩型填充地基填充模量确认方法求出天然地基和刚性桩所构成填充地基的填充模量,并将其视作一等效天然地基;⑵按单一桩型填充地基确认方法,求出等效天然地基和水泥土加热桩构成填充地基的填充模量即为刚性桩水泥土加热桩填充地基的填充模量。

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图1为刚性桩水泥土加热桩填充地基示意图,刚性桩桩长L2,水泥土加热桩桩长L1。范围为修整区A1,(L2-L1)范围为修整区A2。L1以下为非修整区A3,计算出来深度范围内共分五个土层,各层天然地基土传输模量分别为Es1,Es2,Es3,Es4,Es5,刚性桩和天然地基构成填充地基后的面积移位率为m1,第1层土天然地基承载力特征值为fak,刚性桩修整后填充地基承载力特征值为fspk1,模量提升系数1=fspk1/fak,桩长为L2的水泥土加热桩填充地基面积移位率为m2(计算出来时不考虑到刚性收的不存在),填充地基承载力特征值为fspk,则桩长L2范围内模量提升系数为2=fspk/fspk1。

文献[3]明确提出多桩型填充地基的填充模量计算方法;由此可求出刚性桩-水泥土加热桩的填充模量,修整区A1模量提升系数为=fspk/fak。修整区A2模量提升系数为1,非修整区A3模量恒定。图1刚性桩水泥土加热桩填充地基示意图Fig.1Nigidpile-deepmixingpilecompositefoundation2.4刚性桩水泥土加热桩填充地基检测桩身质量检测,可依照各类桩的检测方法分别展开检测,如刚性桩可使用较低突发事件检测,水泥土加热桩可使用轻巧触探或抽芯检测。

对于一般的填充地基修整效果检测,《建筑地基处置技术规范》(JGJ792002)规定使用填充地基静载荷试验,单桩填充地基载荷试验的承压板能用圆形或方形,面积为一根桩分担的处置面积;多桩填充地基载荷试验的承压板能用方形或矩形,其尺寸按实际桩数所分担的处置面积确认。在确认刚性桩-水泥土加热桩填充地基承载力特征值时,当Q~S曲线上有显著的比例无限大时,而其值不大于对应比例界限的2倍,是非比例界限;当其数值大于对应比例界限的2倍时,是非无限大荷载的一半;当Q~S曲线是陡峭的平滑曲线时,可按比较变形值确认;即取下陷比s/b或s/d相等0.006所对应的压力。

3、现场静载荷试验3.1PTC+水泥土加热桩填充地基某教学楼工程,地基土物理力学指标如表格1。工程使用PTC+水泥土加热桩填充地基,PTC桩径500,桩长37m,桩末端转入⑨层砾石;水泥土加热桩桩径500,桩长15m,桩末端转入③层淤泥质粘土,1根PTC与4根水泥土加热桩组合成一个处理单元;现场静载试验Q~S曲线如图2。表格1地层的物理力学指标Table2Physicalandmechanicalparametersofthesoil土层层覆以标高/mfk/kPaqs/kPaqp/kPa①粘土6511②淤泥1.00~1.50505.5③淤泥质粘土21.50~27.808011④圆砾28.60~29.30220301000⑤淤泥质粘土30.10~31.308011⑥粘土20.90~34.5014020450⑦圆砾26.85~35.50220301000⑧淤泥质粘土25.80~35.9010013⑨砾石31.40300451500(a)水泥土加热桩Q~S曲线(b)PTC及填充地基Q~S曲线图2静载试验曲线图Fig.2Loadingtestcurves3.2 钢架桩+水泥土加热桩填充地基某地下水池工程,场地岩土主要工程特性指标如表格2。

地基使用水泥土加热桩填充地基,桩径500,桩长16.0m,按10001000mm交错双向均匀分布布置,设计单桩线脚承载力标准值不大于150kN,单桩填充地基承载力标准值不大于180kPa;施工后抽查8根桩展开载荷试验,水泥土加热桩单桩或单桩填充地基承载力标准值皆并未超过设计拒绝。表格2场地的岩土主要工程特性指标Table2Physicalandmechanicalparametersofthesoil土名fk/kPaEs/MPaqs/kPaqp/kPa①粘土903.512②淤泥451.06③粘土④粘土混合碎石1551804.56.520257001100使用钢架钢筋砼桩修整,桩身横截面200200㎜,砼强度C30,主筋4ф16,筒筋6@200;桩长20m,分五段浇制,底段带上桩靴。桩段间用焊法相接桩(或硫磺胶泥);布桩使用每4根水泥土加热桩间放入1根钢架桩,构成填充地基;在桩覆以铺设一层薄为350mm的天然级配上卵石垫层,改进地基中桩土荷载分配,充分发挥地基土的承载力。

施工完后,自由选择4两组填充地基展开静荷载试验;结果闻图3,试验获得的填充地基承载力标准值皆小于200kPa。(a)水泥土加热桩Q~S曲线(b)钢架桩+水泥土加热桩Q~S曲线图3填充地基静载试验曲线图Fig.3Loadingtestcurvesofthecompositefoundation4结束语⑴刚性桩水泥土加热桩所构成的填充地基可获得较高的填充地基承载力,提高地基的平面刚性人组与线脚刚性梯度,提升桩间土的参予起到,使填充地基承载力大幅度提高;增加填充地基的下陷量,具备较好的技术和经济效益;⑵刚性桩水泥土加热桩构成的填充地基,其承载力充分发挥与桩的类别、强度、长度、移位亲率、桩端土及桩间土的类别及强度有关;⑶刚性桩水泥土加热桩填充地基静载荷检测时,其压板宜使用方形或矩形,尺寸按实际桩数所分担的处置面积确认.。


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