静载试验在水泥搅拌桩复合地基承载力检测中的应用分析.pdf
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1、总660期2023年第30期(10月 下)0 引言水泥土搅拌桩具有工期短、施工技术成熟、经济效益高等特点,在软土地基处理中应用较广泛。但水泥搅拌桩属于隐蔽工程,其施工质量不易控制。如果水泥搅拌桩复合地基承载力不满足设计要求,可能导致公路路基工后沉降大,造成路面开裂、边坡失稳、路基沉陷等病害,不利于行车安全。如何科学合理地进行水泥搅拌桩复合地基承载力检测是工程师需要解决的关键问题。因此,进一步研究静载试验在水泥搅拌桩复合地基承载力检测中的应用具有重要的工程意义。1 工程概况本文以莞番高速公路为依托,该公路的建设标准为双向六车道,设计速度120 km/h,路基标准横断面宽度 34.5 m,其中:行
2、车道宽 233.75 m,硬路肩宽 23.0 m(含右侧路缘带宽20.5 m),中间带宽4.5 m,土路肩宽20.75 m。由地勘资料可知,公路沿线分布有厚度不均的软弱土。对于厚度大于3 m的软土,采用双向水泥搅拌桩复合地基处理,以减小路基工后沉降。水泥搅拌桩的施工工艺为浆喷桩,桩体用 42.5级普通型硅酸盐水泥,水灰比设计值为0.450.55,水泥掺入量设计值为12%18%,具体水泥掺入量和水灰比应结合室内配比试验和现场试桩试验确定。同时,水泥搅拌桩桩身28 d无侧限抗压强度应1.0 MPa、90 d无侧限抗压强度1.5 MPa、单桩竖向抗载力110 kN,复合地基承载力110 kPa。由于
3、水泥搅拌桩为隐蔽工程,施工质量控制难度大,为了保证水泥搅拌桩的作用效应,进行静载试验,对其承载力进行检测。2 水泥搅拌桩复合地基承载机理2.1 两个重要概念1)面积置换率水泥土搅拌桩复合地基是由桩体和桩间土共同承担荷载,需注意两者对荷载的承担比例,故建筑地基处理技术规范(JGJ 792012)中提出了面积置换率。面积置换率是指水泥搅拌桩面积与其所加固区面积的比值,与桩径、桩间距、桩体布置形式等因素密切相关。不同桩体布置形式的水泥搅拌桩面积置换率的计算公式如下:等边三角形布置:m=d223 l3(1)正方形布置:m=d24l2(2)长方形布置:m=d24l1l2(3)式(1)(3)中:m为水泥搅
4、拌桩面积置换率;d为水泥搅拌桩直径;l、l1、l2均为桩间距。2)压缩模量软土地基经水泥搅拌桩处理后,其压缩模量会有明显提升。目前,确定复合地基压缩模量有两种方法:一是利用静载荷试验直接测定;二是利用桩体压缩模量Ep、桩间土压缩模量Ec及面积置换率计算,如下:Ec=mEP+(1-m)Es(4)式(4)中:Ec为复合地基压缩模量。收稿日期:2023-06-29作者简介:罗春旺(1989),男,广东东莞人,工程师,从事路桥检测工作。静载试验在水泥搅拌桩复合地基承载力检测中的应用分析罗春旺(东莞市交业工程质量检测有限公司,广东 东莞 523000)摘要:为提升复合地基检测水平,依托莞番高速公路,分析
5、了水泥搅拌桩复合地基承载机理,从加卸载方式、加载反力装置、终止加载条件、沉降测量等方面探讨了静载试验检测复合地基的技术要点,并对B1#号桩、B2#号桩、B3#号桩、D1#桩的检测结果及成因进行分析;利用ABAQUS软件模拟了水泥搅拌桩静载试验,并将模拟值和实测值进行对比,研究结果可为复合地基检测提供参考借鉴。关键词:复合地基;承载力;载荷试验;有限元分析中图分类号:U416.1文献标识码:B62交通世界TRANSPOWORLD大量工程实践表明,现场静载荷试验所确定的压缩模量更能反映出复合地基的实际抗变形能力,但试验工作量大,经济性较差。条件受限时,可使用第二种方法来确定水泥搅拌桩复合地基的压缩
6、模量。2.2 承载力发挥水泥土搅拌桩复合地基由桩体、桩间土、褥垫层三部分组成,承载力发挥过程如下:上部荷载传递至褥垫层,褥垫层将荷载按一定的比例分配给水泥土搅拌桩和桩间土;桩体与桩间土组成的复合加固体将其四周承受的摩擦力向下扩散传递,直至桩端土层及下部地层。在此过程中,侧摩阻力先发挥作用,侧阻力达到极限值后桩端阻力才发挥作用;上部加固区承载力达到临界值后,下部非加固区开始承担附加荷载。3 水泥搅拌桩复合地基承载力检测方案3.1 静载试验加、卸载3.1.1 加、卸载方式水泥搅拌桩单桩静载试验最大荷载应不小于单桩竖向抗压承载力特征值的2.0倍,加载方式采用“慢速维持荷载法”,加载应分级进行,分级荷
7、载取最大试验荷载的1/10,但是第一级荷载要取分级荷载的2倍。卸载也应分级进行,每级卸载量取分级荷载的2倍,逐级等量卸载。需注意,水泥搅拌桩在加、卸载过程中应确保荷载均匀、连续、不对桩体产生冲击,且每级荷载在维持过程中的变化幅度不大于分级荷载的10%。3.1.2 加载反力装置水泥搅拌桩静载试验反力装置采用压重平台反力装置,如图1所示。在进行静载试验之前,需先验算反力装置构件的强度和变形,确保其提供的反力大于最大试验荷载的1.2倍。静载试验过程中,反力装置应均匀、稳固地放置于平台上,且将压重在检测前一次加足。图1 压重平台反力装置示意3.1.3 终止加载条件根据 建筑地基基础设计规范(GB 50
8、0072011)可知,静载试验期间出现以下情况时可终止加载:某级荷载下,桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的5倍,且桩顶总沉降量大于40 mm;某级荷载下,桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍,且经24 h尚未达到稳定标准;在未达到极限荷载的条件下,加载量已达到最大试验荷载,桩顶沉降速率达到相对稳定标准;荷载-沉降曲线呈缓变形时,可加载至桩顶总沉降量6080 mm。如桩端阻力未充分发挥,可加载至桩顶总沉降量80100 mm。3.2 单桩竖向承载力确定3.2.1 沉降测量根据相关研究成果,水泥搅拌桩单桩竖向承载力确定往往是基于荷载-沉降(Q-S)曲线。桩体沉降变形测量可借助位移传感器或百分表,具
9、体安装数量取决于桩径或承压板面积。当水泥搅拌桩桩径大于 500mm或承压板面积大于1 m,应对称安装4个测量仪表;桩径小于等于500 mm或承压板面积小于等于1 m,可对称安装2个测量仪表。3.2.2 单桩竖向承载力对于陡降型Q-S曲线,单桩竖向极限承载力取出现明显陡降的起始点所对应的荷载值;对于缓变型Q-S曲线,应综合考虑桩顶沉降量、桩径、桩长等因素确定单桩竖向极限承载力:普通桩取桩顶沉降S=40 mm时所对应的荷载值;桩径 d大于 0.8 m的桩,可取 S=0.05 d且S80 mm对应的荷载值;桩长大于25 m时,单桩竖向极限承载力对应的桩顶沉降量S80 mm。同时,单桩竖向承载力特征值
10、为极限承载力的50%。3.3 静载试验注意事项3.3.1 沉降偏差在前几级加载后,对称位置的沉降量可能偏差较大,甚至出现一正一负,这可能是由于偏心加载造成了不均匀沉降或一边翘起。此时,应立即停止试验,卸载后重新安装调整千斤顶的中心,以确保其与桩轴线或压板中心重合。3.3.2 沉降突变如果水泥搅拌桩在加载期间,桩顶沉降突然明显增大或减小,主要原因可能是:旁边有大型机械经过或作业产生震动;其他物体碰撞了基准梁,造成位移测点移位。出现这种情况后,应立即停止试验,并查明原因。3.3.3 位移计量程如果加载到后半阶段发现某个位移计的沉降量基本不变,而其他的位移计正常变化,应及时核查位移计安装情况,查看沉
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