长短桩复合地基

状况。
2 水泥土搅拌桩复合地基的基本理论
2Leabharlann Baidu1水泥土搅拌桩的定义
水泥土深层搅拌法是通过特制机械——各种深层搅 拌机，沿深度将固化剂（水泥浆、或水泥粉或石灰粉，外 加一定的掺合剂）与地基土强制就地搅拌形成水泥土桩或 水泥土块体（与地基土相比较，水泥土强度高、模量大、 渗流系数小）加固地基的方法。目前深层搅拌法在可分为 喷浆深层搅拌法和喷粉深层搅拌法两种。
复合地基已与浅基础、桩基础一道成为了工程 中常见的三种地基基础形式。
1.2复合地基的分类
根据复合地基的工作性状、增强体材料等不同，复合 地基的分类标准也各异。分类简易示意图如下:
散体材料桩复合地基 柔性桩复合地基 竖向增强体地基 复合地基 黏结材料桩复合地基刚性桩复合地基 水平向增强体地基
76
3.15 0.61 1.22 0.55 0.46 0.94 1.15
2.4室内试验和现场检测数据对比分析
室内试验的变异系数比现场检测数据的变异系数小，即室内
试验的影响因素比现场小，对分析数据有一定的优越性，但 不能模拟现场的复杂情况。
万环西路4标段现场检测试验数据大于室内试验数据较多，
本研究主要根据在广州南沙开发区的现场试验，研究了 同一桩型（水泥土搅拌桩）的长短桩在处理深厚软土工程中 的应用，如下图:
P
垫层 垫层区 短桩 长桩
桩间土体
模量/附加应力
加固Ⅰ区
加固Ⅱ区
复合地基复 合模量曲线 复合地基附 加应力曲线
软弱下卧层
深度
主要内容
（1）设计水泥土搅拌桩桩身应力传感器；并通过现场试验， 实测和分析水泥土搅拌桩桩身的应力传递规律、孔隙水压力、水 泥土搅拌桩复合地基有效应力的传递规律以及长短搅拌桩复合地 基表层附加应力分布和桩土应力比。 （2）根据现场试验数据，分析研究单桩复合地基与多桩复合 地基的相互关系；研究长短搅拌桩复合地基处理南沙深厚软土时 的长短搅拌桩的承载力修正系数； （3）对复合地基进行现场试验和有限元数值模拟，研究用搅 拌桩复合地基来处理深厚软土时的应力场分布、应变场分布和位 移场分布；模拟对比研究四桩复合地基和长短桩复合地基的工作
4
5 6 7
*
0.35
0.39 0.18 0.41
0.26
0.45 0.28 0.35
0.29
0.45 0.28 0.38
0.30
0.43 0.25 0.38
0.06
0.05 0.08 0.04
0.22
0.11 0.33 0.11
8
9 10 11 12
0.30
0.50 0.45 0.29 0.35
0.49
3、长短搅拌桩复合地基 在深厚软土中的设计理论
长短桩复合地基当中，长桩的设置不仅能够提高承载力， 而且可将荷载通过桩身向地基深处传递，减小压缩层变形。 而短桩的设置则主要是加固软土地基中附加应力更大的上部 分。 深厚软土地区的工程建设中，大量的软基处理并不是由
于地基承载力不满足设计要求，而更多的是由于沉降或不均 匀沉降不能较好的控制。因而，在深厚软土地区，复合地基 沉降计算在复合地基中具有更重要的地位。
为了研究南沙水泥土的特性，从南沙万环西路第四标 段取样进行了室内水泥土的配比试验。
室内试验在中南大学土工实验室和力学馆完成，试验
仪器包括无侧限压力仪器、三轴压缩仪、天平、量筒、刮 刀、塑料膜、烘箱、铝盒、试模、搅拌容器等。
试验中扰动土样制备根据《软土地基深层搅拌桩技术
规范》（YBJ225-91）和《土工试验操作规程》(SD12884)相关规定进行。
0.25 0.51 0.36 0.32
0.63
0.32 0.40 0.34 0.33
0.47
0.36 0.45 0.33 0.33
0.23
0.18 0.08 0.05 0.02
0.49
0.51 0.17 0.15 0.06
表2-5 万环西路1标段搅拌桩无侧限抗压强度统计表
项目 上值 中值 下值
统计个数
表2－1 粉喷搅拌法和浆液搅拌法比较
方法 比较内容 水份 初期强度 搅拌均匀程 度 计量 外掺剂 成桩质量 粉喷搅拌法 （干法） 浆液搅拌法 （湿法）
粉喷法在软土中能吸收较多的 浆喷法从浆液中带进较多的水分 水分有利于地基土密度的提高， 对地基加固不利 对含水量较高的粘土特别适用 粉喷法初期强度较高，对加快 浆喷法初期强度较低 填筑路堤较有利 粉喷法以粉体直接在土中进行 浆喷法以浆液注入土中容易搅拌 搅拌不易搅拌均匀 均匀 粉喷法涉及气固两相流量，计 喷浆法的液态计量容易控制 量粉值不够精确 粉喷法在大量施工中难以加入 浆喷法可较容易加入各种添加剂、 添加剂、外加剂等 外加剂 浆喷搅拌比较均匀，打到深部时 粉喷法成桩的上下部不易均匀， 挤压泵能自动调整压力，在一般 质量难以保持一致 情况下都能注浆液到软土中
1.3在南沙深厚软土地区应用长短桩 复合地基问题的提出
南沙地区河涌较多，河网密布，桥梁、涵洞较多，软基 处理量很大。南沙大规模的市政道路建设中，广泛地使用水 泥土搅拌桩处理桥头、涵洞等处。 在南沙地区由于存在着深厚的软土层，全部搅拌桩都穿 透软土层是不现实的，故设计搅拌桩复合地基大量存在着 “悬浮桩”现象。
长短桩复合地基
1、绪论
2、水泥土搅拌桩复合地基的基本理论
3、长短搅拌桩复合地基在深厚软土中的设计理论
4、 长短搅拌桩复合地基载荷试验及数据分析
5、 长短搅拌桩复合地基的有限元模拟及分析
绪论
1.1复合地基的概念
复合地基具有两个基本特点： （1）加固区是由基体和增强体两部分组成的，是非均质的和 各向异性的； （2）在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。
10
11 12 总计
18
18 18
0
2 4
3
3 3 36
3
3 3 36
3+1
3 3 42
3
3
表2-3 14d无侧限抗压强度
序 号 1 2 3 4 5 6 7
*
14d抗压强度（MPa) 第1组 0.24 0.23 0.33 0.24 0.33 0.179 0.27 第2组 0.16 0.24 0.27 0.16 0.3 0.185 0.23 第3组 0.22 0.24 0.24 0.35 0.26 0.176 0.37
表2-2 水泥土室内配比试验(普通硅酸盐水泥+生石灰)
试验 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 普 硅 水 泥 掺 入 量(％) 12 12 12 14 14 14 16 16 16 生石灰掺 入量(％) 0 2 4 0 2 4 0 2 4 完成试块数量 7d 3 3 3 3 3 3 3 3 3 14d 3 3 3 3 3 3 3 3 3 28d 3+1 3 3 3+1 3+1 3 3+1 3 3+1 3 3 3 3 3 90d 3
——桩间土承载力折减系数，当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩
3.1长短搅拌桩复合地基承载力控制理论
单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定；初 步设计时可按下列二式确定，由水泥土强度确定的宜 大于由地基土抗力所提供的：
n
Ra u p qsi li q p Ap
i 1
Ra f cu Ap
u p ——桩的周长（m） ；
n——桩长范围内的土层数；
qsi ——桩周第 i 层土的侧阻力特征值；
li ——第 i 层土层的厚度（m） ；
q p ——桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa） ；
——桩端天然地基土的承载力折减系数；
最大值（MPa） 最小值（MPa） 平均值（MPa） 标准差 变异系数 统计修正系数
29
12.80 0.23 2.74 3.16 1.15 0.76
29
15.60 0.23 3.10 3.95 1.28 0.73
29
12.30 0.23 3.15 3.96 1.26 0.74
标准值（MPa）
2.09
南沙地区用搅拌桩复合地基处理软基时主要使用的都是 同一桩长的复合地基。以南沙万环西路道路工程为例，桥头 涵洞处设计的水泥土搅拌桩桩长主要控制标准如下： （1）软土层厚度H＜18m时，水泥土搅拌桩打穿软土层； （2）软土层厚度H≥18m时，水泥土搅拌桩桩长按18m控制。 如此规定，显然不合理！
道路工程的路基荷载相对而言较小，一般在100kPa～ 200kPa之间。对于深厚软土地基，由于其具有大孔隙比、 高压缩性以及一定的结构性，因而承载力不再是主要控制因 素，控制沉降成为地基处理的首要任务。 根据勘察资料提供的土体的物理力学参数计算：从承载 力方面来看，设计的搅拌桩复合地基的承载力超过设计值较 多；从沉降方面来看，由于软土层深厚（大部分地区超过 20m，甚至达到30～35m），搅拌桩桩体为“悬浮”状态， 通过增大如此长的搅拌桩桩长来控制地基沉降明显是不经济 的，若考虑到施工设备的性能、地质条件等情况，则在技术 上也是不合理的。 随着复合地基理论的不断发展和完善，基于对各种不同 桩体的荷载传递机理和变形控制等方面的深入认识，工程实 践中越来越重视对于多元复合地基的使用和研究。长短桩复 合地基即为热点之一，已被越来越多的工程所采用，并显示 出良好的技术和经济效益。
可能与在施工现场存在“千层糕”状粉细砂层有关系，其遇 水泥浆后凝结形成类水泥砂浆物，无侧限抗压强度比较高。
现场试验数据整体比室内试验数据大，主要是现场与室内的
养护条件及应力状态相差很大；另外，在长沙进行室内试验 时，气温相对于广州南沙地区较低，对水泥土短期的强度增 长有影响。 根据1标段的检测数据，桩身强度值离散性较大。建议在工 程实践中应通过试验确定搅拌桩在实际工程地点上的适用性。
平均值 （MPa) 0.21 0.24 0.28 0.25 0.30 0.18 0.29
均方差
0.06 0.01 0.06 0.13 0.05 0.01 0.10
变异系数
0.28 0.03 0.23 0.54 0.17 0.04 0.35
8
9 10 11 12
0.32
0.28 0.38 0.28 0.28
2.27
2.33
表2-7 龄期处理后万环西路4标段搅拌桩无侧限抗压强度统计表
项目
上值
中值
下值
统计个数
最大值（MPa） 最小值（MPa） 平均值（MPa） 标准差 变异系数 统计修正系数 标准值（MPa）
79
3.49 0.59 1.30 0.63 0.48 0.94 1.22
79
2.88 0.59 1.27 0.48 0.38 0.95 1.22
3.1长短搅拌桩复合地基承载力控制理论
单桩复合地基承载力设计特 征值可由下式计算：
fspk mRa / Ap 1 m fsk
； f spk ——复合地基承载力特征值（kPa）
（由桩和桩间土两部分提供 ）
桩的截面积除以设计要求每一根桩所承担的 m ——复合地基面积置换率， 处理面积； ； Ra ——单桩竖向承载力特征值（kPa） ； Ap ——桩的截面积（m2） ； f sk ——桩间土天然地基承载力特征值（kPa）
2.2水泥土的物理力学性质研究
水泥土搅拌桩复合地基主要是通过将水泥灌入土中形成 水泥土来处理各种不良地基的,水泥土的物理力学性质对水泥 土搅拌桩复合地基有着重要意义。 影响水泥土抗压强度指标的因素主要有：水泥掺入比 、 龄期 、含水量、水泥种类 、土质情况 、养护条件 、外掺 剂 、搅拌方式 。
2.3水泥土的室内外试验
0.34
0.38 0.48 0.23 0.27
0.32
0.22 0.43 0.26 0.28
0.33
0.29 0.43 0.26 0.28
0.02
0.11 0.07 0.04 0.01
0.05
0.39 0.16 0.14 0.03
表2-4 28d无侧限抗压强度
序号 1 2 3 28d抗压强度（MPa) 第1组 0.21 0.27 0.37 第2组 0.24 0.25 0.41 第3组 0.24 0.39 0.26 平均值 （MPa) 0.23 0.30 0.35 均方差 0.02 0.11 0.11 变异系数 0.11 0.35 0.32
原因可能为现场检测试验在施工后约100～150天内进行， 室内试验为14d，28d等测得的数据，说明龄期对搅拌桩强 度的影响较大；建议以后选择统一的时间间隔（建议使用 60d，工期紧张可选用28d），使之有可比性，或者建立南 沙地区龄期与强度之间的关系公式。
万环西路1标段部分检测试验数据整体较4标段检测数据大，