水泥搅拌桩复合地基承载力研究

水泥搅拌桩复合地基承载力研究
摘要：水泥搅拌桩复合地基在软基处理中发挥重要作用，在工程中应用范围较广。

其施工工艺较为复杂，成桩的强度较弱，质量管控较难。

为了对水泥搅拌桩
复合地基的设计进行科学分析，需要展开承载力试验。

关键词：水泥搅拌桩；复合地基；承载力
地铁轨道交通是国民经济发展的重要依靠，其修建城市及线路逐渐增加。

而地铁车辆段
通常修建在环境偏僻、地质条件较差的路段，乃至软土路段。

软土地段含水量大、渗透性弱，处理难度大，需要花费较多资金。

水泥搅拌桩能让软土硬结成为加固土，增强地基的承载力、让地基更加稳定。

实践表明，桩体是否发生悬浮对总体的沉降变形量产生影响。

为降低整体
沉降量，要让搅拌机械深度符合设计要求，防止出现悬浮桩，要展开试验。

一、水泥搅拌桩复合地基承载力试验情况
在浔峰岗停车场安排试验区，整体面积是650m2，试验现场平整度良好，在表面使用铺
上厚度为50cm厚的砂。

场地地表有淤泥、黏土、地下水较多、水位离地表较近。

试验桩的
桩径是0.6m，桩间距是1.5m，按梅花形布局。

成桩使用4次、6次喷水泥浆搅拌桩，也包括干喷石灰、水泥搅拌桩等。

对桩芯实施抽取，开展室内土工试验，结合现场原位测试试验，
对桩身强度实施研究。

开展桩身静载试验和复合地基载荷试验，还要开展双桩、四桩复合地
基载荷试验，对复合地基能发挥的功能进行分析，为精准判定复合地基的承载力提供参考依据。

二、水泥搅拌桩复合地基承载力试验方法
（一）单桩载荷的检测
在进行单桩载荷试验时，要依据试验需求设定试验点[1]。

此试验共布置试点3个，其中
2个应用普通的加载方式，另外1个应用“回弹法”。

载荷板设定为圆形，直径为0.5m。

反力
源使用堆载，堆载量达到260kN即可。

在进行逐级加载时，前3级均为20kN，以后每级均
为10kN。

试验方式是慢速维持荷载法。

（二）双桩复合地基检测
初步决定设定3个试验点，承载板的面积尺寸是2.85m2，矩形，尺寸设定为
2.56m×1.28m。

堆载量设定为640kN，采取普通加载法。

（三）四桩复合地基检测
对试验现场实施分析，决定将试验地点分为3个，承载板为5.968m，设定为菱形，边长为2.7m。

堆载量为1250kN，使用普通的加载法。

（四）土压力盒安排
在开展试验时，以分级加载的方式实施操作。

试验土压力盒平面图如下图所示。

三、水泥搅拌桩复合地基承载力试验结果分析
在对试验进行设计时，符合地基载荷试验主要以单桩荷载试验为基础。

对单桩承载力实
施判定能对符合地基承载力实现判定，在对单桩载荷试验桩体受到的破坏情况进行分析。

水
泥搅拌桩受到荷载作用后，上端的桩会首先被压缩，部分荷载顺着桩体向着桩身传递，另外
的部分则会在桩和桩之间出现摩擦力，桩身荷载以桩附近的摩阻力为媒介传递到土壤中，造
成桩身荷载和桩身形变随深度加大而减少，桩身下端的摩阻力会持续发挥作用[2]。

在桩周的
摩阻力彻底发挥出来后，桩端就会发生位移，桩端阻力就会明显地显现出来，荷载增量就会
彻底由桩端土承受[3]。

（一）单桩载荷试验的计算过程
此种方式的实质就是根据P-s曲线的出现的转折点的荷载值，对单桩的极限承载力实施
判定，此种方式最为便利。

在使用Q-s曲线方法对承载力实施判定时，也就是在极限荷载作
用情况下，桩顶出现的快速下沉，以此实现极限承载力的判定，是判定桩极限荷载的一般方法。

对陡降段而言，可通过曲线的转折点的荷载实现荷载的确定，在遇到缓变型时，也可以
利用Q=s/（a+bs）（a和b都是常熟）实现承载力上限的计算。

但是此方式依据存在缺点，
在判定极限荷载时，会受到曲线比例尺的影响，人的主观因素会让试验结果出现较大偏差，
一次要具备统一的比例尺才可以实现对比，如此才能合理地确定极限荷载。

在使用s-lgQ曲
线方法进行计算时，要都其定义与清晰地了解。

在桩承受的荷载达到极限时，桩侧的摩阻力
均已达到较为充分状态，极限荷载出现后，桩侧的摩阻力彻底发挥出来，不再发生变化，成
为常数，在计算分析当中将前端曲线作为直线，选定中后段的曲线，以指数方程为依据开展
计算。

在工程上可以选择s-lgQ曲线中出现陡降的直线部分的起点位置的荷载当做荷载的上限。

在使用lgs-lgQ曲线法时，要对此方法的内涵进行分析。

此曲线主要由两条指数函数曲线
共同组成，但只有曲线的末端和方程一致，前、后两段均不是指数函数，在曲线上的另外一
个拐点特征不明显，离散性较强，在对第二拐点实施分析时，难以确定极限荷载。

有观点认
为要取此曲线的第二直线段和第三直线段的交点处的载当做荷载上限。

依据沉降随着时间的
变化特点确定极限荷载。

S-lgt曲线可以被描述为s=a+b×lgt，所成的图像能灵活地反映桩和土
的状态。

此曲线的斜率可以对桩顶下沉的速率进行展示，在曲线的斜率忽然变大时，说明桩
的荷载已经达到极限，并粗略地表明在某种程度的荷载下桩周土、桩底土出现的塑性变形程度。

在实际工程中，可选择此曲线的尾端明显朝下倾斜的前一级荷载作为极限荷载。

还可以
依据相对形变实现判定。

低强度柔性桩通常被当做复合地基，静载试验Q-s曲线通常呈现出
缓变型。

根据规定，在开展载荷试验时，可以选定s/b=0.006位置的荷载为复合地基的承载力，也有规定中明确使用s/b=0.01。

在此次试验中，为比较判定承载力方式的差别，使用Qmaxs/（s+a）（Q是试桩阶段的荷载，s是试桩阶段的沉降量，a属于待定常数，Qmax则
是极限荷载），求解出极限承载力。

（二）实验结果分析
对试验结果进行分析，然后根据试验结果分析，绘制出Q-s、s –lgQ和s-lgt曲线，如下图所示。

对水泥搅拌复合地基承载力进行研究之后，桩身的土压力会随着荷载的变化而变化，此
种变化呈现出一定的规律性，随着与桩心之间的距离发生改变，整个变化过程可以呈现出二
次曲线变化。

利用各种曲线方法对3根单桩实施承载力的判定，得出三根桩的极限承载力结
果为150kN、151 kN和151 kN。

桩的承载力通常会存在有效桩长的问题，为实现确定有效桩
长的目的，就要开展载荷试验。

对试验结果进行分析后发现，在对四桩复合地基进行分析时，利用s/b=0.01的方式确定承载力时，比使用陡降段对承载力进行判定的方式超过50%左右。

利用陡降段对双桩进行分析时，桩之间的图承载力发挥系数（β）应实施反算，此次建议将β
限定在0.6到0.8之间。

总结：
水泥搅拌桩具有造价低、环保、施工工期短、加固花费资金少等特点。

与天然地基相比，其应力场与位移场均发生较大变化，此种变化的幅度受到桩体刚度的影响。

此次试验中对几
种计算方式进行对比，为处理问题提供依据。

参考文献：
[1]葛志友，谭景和，白显嵩.水泥搅拌桩返浆铺平下盖层在软基处理中的试验研究[J].路基工程，2015，15（2）：77-80.
[2]薛少敏，苗雷强，高亚，等.水泥土搅拌桩复合地基按沉降控制的优化设计研究[J].华北地
震科学，2014，24（B08）：15-17.
[3]张杨.公路深层软基处理中水泥搅拌桩的施工质量控制[J].城市建设理论研究：电子版，2014，16（2）：566-566.。