由油 罐 环 墙 内 平 均 置 换 率 m = 0. 31 , f s ,k = 100 kPa ,取β= 0. 2 ,则得复合地基承载力为 391 kPa ,远大 于设计承载力 240 kPa 。因此 ,按规范现有方法用室内 配制的水泥土强度进行设计 ,本批搅拌桩完全达到设 计要求 。而且 ,即使按规范要求的载荷试验确定的单 桩承载力设计 ,本批搅拌桩仍然基本符合设计要求 ,这 与短时间 、小面积作用的静载试验 ,荷载影响深度小有 关[15 ] 。
kPa ; Up 为桩身周长 ; l 为桩长 ; AP 为桩的横截面积 ; qp
为桩端天然地基土的承载力标准值 ;α为桩端天然地
基土的承载力折减系数 ,可取 0. 4～0. 6 。
搅拌桩复合地基承载力标准值 f sp ,k 应由现场复合
地基载荷试验确定 ,也可按下式计算 :
f sp ,k
=
m
Rdk Ap
当前水泥土搅拌桩普遍存在的室内拌制水泥土强 度很高 ,而现场桩身强度很低的现象 ,这是导致许多搅 拌桩工程事故的主要原因 。对水泥土搅拌桩复合地基 沉降计算 ,主要分歧点是加固区的沉降量计算 ,而规范 只是建议根据上部荷载 、桩长 、桩身强度等按经验取 10～30 mm。从表面上看 ,考虑到加固区复合土层的变 形较小 ,地基沉降主要由下卧层引起 ,这样近似处理对 复合地基总沉降影响不大 ,未尝不可 。但是 ,这样做忽 略了不同计算方法得到的加固区复合土层底面附加应 力有很大差异 ,而此附加应力决定着下卧层的沉降大 小 ,导致迥然不同的总沉降 。
本次试验 ,室内拌和的水泥土在 90 d 标准龄期时 强度 f cu ,k = 3476 kPa ,取η的最小值 0. 35 ,由式 (1) 仍得 Rdk = 344 kN ;取黏性填土 qs = 13 kPa ,淤泥质土 qs = 10 kPa ,α= 0. 4 ,又 qp = 150 kPa ,由式 (2) 得 Rdk = 491 kN 。 二者取小值为 Rdk = 344 kN ,单桩承载力由水泥土强度 控制 。
R
d k
=
qu Ap
ζ
,
(4)
设计中取式 (1) , (2) , (4) 计算结果的最小值 。式 (4) 中
qu 为现场钻孔取芯的芯样水泥土 ( <70 ×100) 无侧限
抗压强度 ,此强度可在现场工艺试桩时取得 。若非 90 d 标准龄期强度 ,需换算至此龄期 。ζ为现场钻孔取
芯扰动引起水泥土芯样无侧限强度降低的折减系数 。
2003 年
取为 0. 1～0. 4 ;当不考虑桩间软土的作用时 ,β可取 0。 1. 2 依据现场强度计算法
正常情况下 ,规范设计程序和方法是合理适当的。 但是 ,针对国内目前搅拌桩施工质量问题层出[12 ,13] ,现 有设计主要依据室内试块强度 ,没有考虑到室内试块 强度很高而现场桩身强度很低的矛盾。因此 ,有必要 在考虑式 (1) , (2) 的基础上 ,再考虑根据现场强度计算 的单桩竖向承载力标准值
按现场强度设计法并非仅用于事后检验 ,在开工 前的工艺试桩中可取芯得到现场水泥土 qu ,即可进行 事先设计和应用 。最近 ,淮河入海水道二个涵闸工程 因搅拌桩现场质量不过关 ,以致业主认为搅拌桩不适 合本处土质 ,工程久拖不决 。后经笔者对成桩工艺改 进后 ,用工艺试桩时的现场强度成功设计和处理了本 工程 ,现已安全竣工[16] 。
0 引 言 Ξ
水泥土搅拌桩在国外已有 50 年历史 ,在我国也有 20 年的历史 ,现又发展为加劲水泥土搅拌桩 。然而 , 近 10 年间搅拌桩工程事故不断增多 ,它又遭到了设 计 、业主和建设主管部门的质疑甚至禁止[1 ,2] 。肖逸生 对软弱下卧层变形计算不当引起的楼房开裂质量事故 进行了定性和定量分析[3] 。肖逸生 ,潘林有 ,李日运等 均对深层搅拌桩设计进行过有益的研究和探索[4～6] 。
呈软塑状 ,含水率 47. 3 % ,孔隙比 1. 34 ,厚达 12～22
m ,埋深达 16～27 m ,设计使用长 16. 2～27 m 的水泥土
搅拌桩加固 ,地质剖面和桩位布置如图 1 。水泥用 525
号矿碴水泥 ,平均掺入量为被加固土重的 15 %。
在第 1 批现场 25 根试验桩中 ,3 根桩分别进行了
从取芯 、标贯 、无侧限强度试验和开挖检测结果显 示 ,本批桩身中下部存在严重的水泥浆富集块和搅拌 不均匀现象 ,桩身强度远低于设计要求的 800 kPa 最 低值 ,为不合格桩 。但是 ,静载试验得出 :4 根单桩的 承载力平均为 266 kN ,2 组二桩承台和 2 组四桩承台 的复合地基承载力分别为 235 kPa 和 227 kPa ,仅比设 计要求的 240 kPa 略低 ,基本为合格桩[15] 。
HE Kai2sheng
( Geotechnical Department of Nanjing Hydraulic Research Institute ,Nanjing 210024 , China)
Abstract :A concept of new design is suggested by use of in situ cement2soil strength after considering the present quality problem of deep cement mixing piles resulted from the high strength of cement2soil mixed in laboratory and very low strength of cement2soil mixed in2situ , so the discrep2 ancy of laboratory cement2soil strength and in2situ construction quality can be avoided in the design. Then , the several methods of settlement cal2 culation of deep cement mixing piles are discussed , especially the problem of arbitrary factor in the deep massive foundation model . The reasonable methods of settlement calculation for deep cement mixing piles are suggested. Key words :cement deep mixing pile ; design ; bearing capacity ; settlement ; composite modulus
15 %、搅拌很均匀的水泥土桩取芯检测 ,现场芯样水泥
土强度在 1030 d 龄
期时只有 0. 53 ,在 90 d 龄期时只有 0. 65[14] 。若认为搅
拌很均匀的现场桩身强度与室内试块强度一致 ,则这
些数值可作为相应龄期的取样折减系数 。对其余土质
+ β(1 -
m) f s ,k 。
(3)
式中 m 为面积置换率 ; f s ,k 为桩间天然地基土承载力
的标准值 ;β为桩间土承载力折减系数。当桩端土为
软土时 ,β可取为 0. 5～1. 0 ;当桩端土为硬土时 ,β可
Ξ 收稿日期 :2002 - 05 - 01
32
岩 土 工 程 学 报
式 (4) 是根据搅拌桩现场取出的水泥土芯样无侧
限强度 ,再除以一个取样扰动折减系数来计算单桩承
载力 ,它可以有效解决试验室强度和现场强度差异带
来的工程质量事故 。使用式 (4) 时需确定取样扰动折 减系数 ζ,此值随着桩身水泥土龄期的增大而增大 ,亦
即取样扰动随龄期增大而递减 。
根据在南京河漫滩淤泥质黏土中对大量水泥掺量
笔者近年接触了较多的搅拌桩工程 ,在搅拌桩的 困难时期成功研制和应用了长达 27 m 的超长搅拌 桩[7～10] ,取得了一些经验和认识 ,本文拟对搅拌桩的承 载力和沉降计算方法进行探讨 。
1 搅拌桩承载力计算方法
1. 1 规范方法
单桩竖向承载力标准值 Rdk 应通过现场单桩载荷
试验确定 ,也可按下列二式计算 ,取其中较小值[11] :
取芯和芯 样 无 侧 限 压 缩 试 验 。取 芯 揭 示 的 桩 身 状 况
为 :0～5 m 填土中水泥土胶结致密 ,强度较高 ;5～25 m
淤泥质黏土中的水泥土 ,呈团块状及层状松软结构 ,手
能捏碎 ,含有较多数厘米薄层或块状的水泥富集块 。
淤泥质黏土层中取芯水泥土无侧限抗压强度 :28
d 龄期时 , qu = 67～100 kPa ,多数与原状土 qu 接近 ;
Rdk = ηf cu ,k Ap ,
(1)
R
d k
=
qs Up l + αAp qp 。
(2)
式中 f cu ,k 为与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加
固土试块的无侧限抗压强度平均值 ;η为强度折减系
数 ,取 0. 35～0. 50 ; qs 为桩周土的平均摩擦力 ,淤泥取
5～8 kPa , 淤泥质土取 8 ～ 12 kPa , 黏性土取 12 ～ 15
图 1 搅拌桩布置和土层剖面图 Fig. 1 Soil profile and arrangement of mixing piles
120 d 龄期时 , qu = 85～148 kPa ,强度比 28 d 提高不 大。
开挖一根水泥土桩的上部 6 m ,发现 5 m 以下的水 泥土存在严重的搅拌不均 ,中间有一个直径 12 cm 的 水泥柱芯 ,桩截面内还有块状或薄层状的水泥富集块 , 水泥分布半边桩偏多 ,半边桩极少 。
但是 ,应用现场强度设计式 (4) ,因淤泥质土层中