水泥碎石夯挤桩单桩复合地基动力特性的研究

水泥碎石夯挤桩单桩复合地基动力特性的研究

丁勇

张家口市正元工程检测中心   河北 张家口   075000

摘 要：为了研究新型半刚性水泥碎石夯挤桩复合地基结构的动力特性，以室内为核心设计不同工况下的模型试验。通过水泥碎石夯挤桩单桩加载试验特性，解决承载力不足、沉降过大等问题，试验结果表明：水泥碎石夯挤桩符合半刚性桩的特点，对地基有加固处理的作用，可提升地基承载性能、解决次生病害引发的一系列问题。

关键词：水泥碎石夯挤桩；模型试验；半刚性桩复合地基

中图分类号：TU473.1     文献标志码：A    文章编号：

Study on dynamic characteristics of cement crushed stone compacted pile single-pile composite foundation

Ding Yong

Zhangjiakou Zhengyuan Engineering Testing Center, Zhangjiakou 075000

Abstract： In order to study the dynamic characteristics of the new semi-rigid cement crushed stone compacted pile composite foundation structure, model tests under different working conditions were designed in the laboratory. The problems of insufficient bearing capacity and excessive settlement are solved through the loading test characteristics of cement crushed stone pile. The test results show that cement crushed stone pile conforms to the characteristics of semi-rigid pile, has the role of strengthening the foundation, can improve the bearing capacity of the foundation and solve a series of problems caused by secondary diseases.

Key words： Cement crushed stone rammed pile; Model test; Semi-rigid pile composite foundation

0 引言

随着我国经济社会持续发展，地基承载力不足、沉降过大等问题的存在，影响着人们的日常生活。一些地基存在湿陷性难已解决的问题，造成承载力设计不能满足要求，部分地基还会受地下水位上升而长时间浸湿地基等发生次生病害。

目前，我内外学者针对符合地基展开了大量的研究。A.L.Gotman[1]等通过现场原位的试验方法，分析旋喷桩复合地基承载能力，得到旋喷桩加固效果良好。Yupeng Shen，Huihuang Wang[2]以京沪高铁为例，通过仿真计算建立三维CFG桩模型，分析影响参数的动力特性。何永强[3]利用有限元模型来进行现场试验的验证，分析承载特性。潘纪顺等[4]发现CFG桩作为复合地基时，逐渐施加荷载，桩体本身承担荷载、桩周土体应力较大，验证了CFG桩复合地基承载特性。

综上所述，要在有限的空间内对地基进行处理，工程师们研发出一种新型半刚性桩复合地基结构。采用水泥级配碎石夯实挤压成桩形成地基进行加固处理，通过室内加载试验的方法，研究了该半刚性复合地基结构的动力特性，对地基加固有一定的作用。

1 试验方案

设置不同桩长水泥碎石夯挤桩，使桩与周围土体形成复合地基，通过室内加载试验探究桩体对地基的影响效果。水泥碎石夯挤桩选用普通硅酸盐水泥与碎石、水混合搅拌制成后养护28d才可使用。试验采用的水泥碎石夯挤桩桩径为5cm，桩长80cm，考虑了3种不同的桩长，以10cm为增量，共分为3个工况。具体灌料成桩后为图1所示。

图1 水泥级配碎石夯挤桩灌料成桩

2 试验设备

本试验采用模型箱与反力架进行组合，形成四周稳固的箱体。模型箱内填制水泥改良土、重塑黄土、饱和黄土三层土体进行试验。采用BX-1型电阻应变土压力计，设置在自桩端与桩顶分别间距20厘米的位置。加载试验时采用INV2366与DASP组成的数据采集分析软件系统。

3 试验加载系统

本试验加载模型中，使用计算机控制荷载施加频率，随后由油压千斤顶传递给荷载板、再由荷载板传递到水泥碎石夯挤桩与周围土体上，具体加载装置布置如图2所示。加载方式参考规范

[5-6]中室内模型试验的相关规定进行施加，本试验荷载等级分五级，最高加载量600 kPa，通过计算机控
制加载，需加载稳定后才可施加下一级荷载。

图2 加载装置布置图

4 试验结果与分析

通过模型试验测得不同桩长的累计沉降量，反映出水泥碎石夯挤桩单桩的承载特性。由于水泥碎石夯挤桩从桩体刚度上判别为半刚性体，桩与土体构成复合地基，分析地基承载力特征使用P-S曲线来确定。在水泥碎石夯挤桩与地基土构成复合地基后，完成了3组试验。图3为三种工况下载荷试验的P-S曲线，可知P-S曲线均大致呈下降趋势，说明加载过程中地基始终处于弹塑性变形阶段，3组工况下试验的平均沉降量仅为21.58mm。

图4为水泥碎石夯挤桩单桩复合地基应力取自距离桩顶以20cm为起点、逐步增加20cm共五个测点处的地基土应力传递规律及荷载分配情况。试验结果说明桩身应力沿深度的增加逐渐增大，在大约40cm处达到动应力峰值，在此处桩周土体有向上的摩阻力，由于外力共同影响下，桩身应力开始变小。水泥碎石夯挤桩单桩应力传递符合半刚性桩应力的传递规律。

图3 单桩复合地基P-S曲线

图4 单桩复合地基桩体竖向应力分布

5 结论

本文通过室内试验的方法，研究不同水泥碎石夯挤桩单桩复合地基承载力的特性。可得到以下结论：

（1）随着荷载的增加，三种工况荷载板的累计沉降量相差不多，说明桩长对地基承载力的影响不大。

（2）水泥碎石夯挤桩复合地基逐步加载过程中，桩体自身应力符合半刚性桩体应力传递规律，具有提升地基承载力、加固处理的作用。

参考文献

[1]A.L.Gotman,M.N.Khurmatullin.Performance of piles installed by jet-grouting method in clayey soils[J].Soil Mechanics and Foundation Engineering,2012,49(04)，139-143.

[2]Wu L,Jiang G,Ju N.Behavior and numerical evaluation of cement-flyash-gravel pile-supported embankments over completely decomposed granite soils[J].International Journal of Geomechanics,2019,19(06):1-13.

[3]何永强.强湿陷性黄土地区挤密桩复合地基的理论分析与试验研究[D].兰州：兰州理工大学,2010.

[4]潘纪顺等.CFG桩复合地基承载性状的试验研究.地质与勘探.2001.04

[5]《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）北京:中国建筑工业出版社，2019.

[6]《建筑地基检测技术规范》(JGJ340-2015).北京:中国建筑工业出版社，2015.

基金项目：张家口市基础研究和人才培养计划项目（项目编号：2322007A）

作者简介：丁勇（1983.11-），男，高级工程师，本科，主要从事土木建筑工程方面的工作。E-mial： 1015067005@qq.com