粉噴樁復合地基水平荷載傳遞機理試驗研究

1、粉噴樁復合地基水平荷載傳遞機理試驗研究羅居剛  張今陽一、研究的理論依據(jù)粉噴樁復合地基是以水泥作固化材料，通過深層攪拌機將軟土和固化材料強制拌和，使軟土結硬提高地基強度，成為樁土共同承擔外部荷載的復合地基。因此，復合地基承重的水平荷載也是由樁和樁間土共同承擔的，但分擔的比例不但與樁和樁間土的條件有關，還與復合地基的滑動形式、接觸形式有很大關系。復合地基的水平荷載試驗仍可按天然地基的水平荷載試驗方式進行。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時，則其垂直壓力與抗剪強度的臨界狀態(tài)符合庫侖定律。因此，只要施加一定范圍的法向壓力，測出在各法向應力作用下的荷載板滑動臨界狀態(tài)的

2、抗剪強度，就可以得出混凝土底板與復合地基間的摩擦系數(shù)及黏聚力，也可以觀察到粉噴樁復合地基在豎向及水平荷載作用下的滑動形式。二、試驗設計1試驗點的相對位置及編號水平荷載特性試驗場地位于某新建閘消力池下游河槽內(nèi)，共布置試驗板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復合地基試驗樁平面布置圖2研究的內(nèi)容、目的和方法試驗研究的內(nèi)容、目的和方法見表1。表1試驗研究的內(nèi)容、目的、方法匯總表序號試驗內(nèi)容試驗研究目的試驗方法1天然地基水平推力試驗，即原位天然地基與混凝土底板間擦系數(shù)試驗原位測試地基與混凝土底板

3、間摩摉系數(shù)試驗和單樁復合地基與混凝土底板間摩擦系數(shù)比較，評價粉噴樁加固后復合地基水平荷載特性改善效果，作核試驗研究項目的基本資料。以閘室置換率為標準，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方法進行。2單樁復合地基水平推力試驗測定復合地基與混凝土底板間摩擦系數(shù)試驗主定水工建筑物的抗滑穩(wěn)定，為設計提供可靠的設計參數(shù)，并檢驗工程所采用摩擦系數(shù)的準確性。荷載板為矩形0.75×0.850.6375m2，按閘室30%置換率設計。1）超壓固結后試驗2組；2）非超壓固結試驗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方法進行。3四樁復合地基水平推力試驗，測定多樁復合地基與混凝土封底板間摩擦系數(shù)試驗評價、比較多樁得合地基和單樁復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%置換率設計。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方法進行4樁頂嵌入混凝土底板，單樁復合地基抗水平推力試驗比較嵌入與不嵌入的區(qū)別，評價底板與復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。5水平荷載傳遞機理的試驗研究

5、研究單樁復合地基在水平推力作用下荷載傳遞的機理。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方法進行。三、試驗成果分析1復合地基水平推力試驗結果匯總根據(jù)庫侖定律，在法向壓力變化范圍不大時，抗剪強度與法向壓力的關系近似為一條直線，說明滑動沿其荷載板與地基的表面滑動；當其法向壓力大到一定值時，抗剪強度與法向壓力的關系將不一定為一條直線，說明滑動將在淺層或深層發(fā)生。各組試驗的、值如表2。表2復合地基水平推力試驗結果地基形式天然地基單樁復合地基（超壓固結）單樁復合地基多樁復合地基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復合地基水平推力試驗成果分析（1）天然淤泥質(zhì)地基采用粉噴樁加固后，其復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。各復合地基的、值相當于00.25硬塑粉質(zhì)黏土，抗剪強度大幅度提高、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）單樁復合地基和多樁（四樁）復合地基得出、值沒有什么差別，因此工程上計算用的、值，可以用單樁復合地基求得的、值。（3）超壓固結是指單樁復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的加荷程序求

7、得的、值，與未超壓固結的復合地基、值稍有區(qū)別。從試驗結果來看，值略有減小，值略有增大。（4）粉噴樁樁頭嵌固于底板內(nèi)，其復合地基的水平荷載特性與樁頭不嵌固復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，當垂直壓力較小時，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；當垂直壓力超過一定值后，滑動面將下移。樁頭嵌固于荷載板內(nèi)10的復合地基，其水平荷載特性將不是水平滑動問題，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度及樁周土的抗力有直接關系。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行分析，樁身的截面越大，

8、樁身強度和地基土的強度越高，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的剛度，所以樁頭嵌固提高了樁抵抗橫向彎曲能力。3復合地基水平荷載傳遞特性分析（1）復合地基在垂直及水平荷載作用下，荷載傳遞現(xiàn)象為：當垂直壓力施加完成后，隨著水平推力的逐漸增加，樁內(nèi)各測點的抗壓應變基本呈線性增加，一旦當荷載板滑動時，樁內(nèi)上部測點的應變值突然減小或呈不穩(wěn)定的跳動狀態(tài)，這種現(xiàn)象在垂直壓力較小時更加明顯。當垂直壓力較大時，除位移不斷增加外，應變突然釋放的現(xiàn)象不十分明顯。（2）復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雜的。因為樁似一受彎的彈性地基梁，因此樁身各側的應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力的增加而加深，這也是深淺層滑動的原因。由彎矩產(chǎn)生樁的抗壓應力分布來看：樁身拉、壓應力的最大值不在同一高程截面出