振冲碎石桩复合地基工作机理浅析:碎石桩复合地基

来源:小学教育 发布时间:2019-04-07 06:19:30 点击:

  1、前言   碎石桩属散体材料桩,是利用一种单向或双向振动的冲振头,边喷高压水流边下沉成孔,然后边填入碎石边振实,形成桩体。桩体和原来的粘性土构成复合地基,以提高地基承载力和减小沉降,以提高地基承载力,并降低压缩性。振冲法具有置换作用,也同时存在挤密作用。振冲置换法适用土层主要是粘性土,在砂土中也能制造碎石桩,但此时挤密作用远大于置换作用。碎石桩复合地基桩体贯穿整个软弱土层,达到相对硬层时,桩体起着应力集中作用;桩体未达到相对硬层时,桩体起应力扩散和均布作用。
  2、理论背景:
  碎石桩复合地基主要的功能有减小地基的沉降与不均匀沉降,提高地基的承载力与稳定性,以及发挥垫层的作用等。复合地基中碎石桩的压缩模量Ep大于松软土的压缩模量Es,为Es的n倍。基于变形协调与应力集中,而导致复合地基的沉降量S减小,相应的复合压缩模量Esp增大。
  设若复合地基的置换率,即碎石桩的面积与其对应的控制面积之比为m;复合地基上的荷载强度为σ;桩顶压力为σp;桩间土上的压力为σs,则
  σ=mσp+(1-m)σs(1)
  由沉降变形协调
  σp/Ep=σs/Es(2)
  复合土层厚h的沉降量为
  (3)
  复合土层的沉降实为桩和桩间土协调沉降的综合反映,即
   (4)
  又桩土应力比
  σp/σs=n(5)
  由上式(2)(4)(5)即可求得复合土层的压缩模量Esp的表达式为
  Esp=mEp+(1-m)Es (6)
  式(6)反映了复合后土层的压缩模量与复合地基置换率、碎石桩和桩周土的压缩模量之间的关系,可以看出复合地基置换率越大、桩土应力比越大,复合后的压缩模量越大,也就是沉降越小。
  3、工程实例:
  北方某单位拟在一块场地上建职工宿舍楼,场地天然地基承载力为60kPa,为减小差异沉降和提高地基承载力,设计采用碎石桩加固.碎石桩承载力为450kPa,复合地基设计承载力150kPa,碎石桩长6.0m,桩径0.9m,桩间距设计为两个标准、1.2m和1.6m,正方型布桩. 施工时严格按碎石桩施工流程即平整场地到设计标高-测量放线-振冲机及振冲器就位-成孔-清孔加料振密-关机停水-桩机和振冲器移位。室内和现场试验测得,Es=2.41MPa,Ep=21.8MPa。对桩距不同的碎石桩,由已知条件可得:
  碎石桩成桩之后,采用复合式地基静载试验方法,采用直径为1.2方形压板对地基进行了静载荷承载力试验。每种桩距各测3点共6点,试验结果如下图1-2:
  
  
  
  
  
  
  图1 1.2m桩距P-S曲线
  
  
  
  
  
  
  图2 1.6m桩距P-S曲线
  
  
  图1 、图2的P-S曲线为一比较平缓的曲线,无明显拐点,故该场地复合地基承载力就按荷载板的沉降比控制,为安全起见,取地基承载力基本值:
  由图1所示试验结果可得fspk=f0=175.66 kPa>150 kPa
  由图2所示试验结果可得fspk=f0=154.37 kPa>150 kPa
  可以看出采用振冲碎石桩复合地基处理方法加固软弱土地基,使原地基承载力有了显著提高,完全满足设计要求。但明显碎石桩的数量是影响地基承载力提高的一个因素。亦即桩愈密,承载力提高越显著。
  从表2地基承载力标准值150kPa时的沉降来看,桩距为1.2m复合地基沉降明显小于桩距为1.6m的复合地基沉降,可见振冲碎石桩复合地基的沉降不仅仅与复合压缩模量有关,复合地基置换率也有比较大的影响。复合土层的压缩模量大于原土的压缩模量,且随置换率m增大而增大。亦即桩愈密,复合地基的沉降就愈小。
  结语
  经过振冲碎石桩复合地基减小地基沉降的理论与实践论证,可以认为碎石桩减小地基沉降基于桩、土沉降变形的协调,归于复合土层的压缩模量的提高,而复合压缩模量主要影响因素是置换率、桩土应力比,当然不能忽略碎石桩本身强度,桩周土强度等影响因素,这些都是进行碎石桩复合地基的优化必不可少要考虑的问题。

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