多桩型复合地基试验研究

桩间土组成的复合地基，可称之为多桩型（组合桩型 或混合桩型）复合地基。在这类复合地基中，通常将 桩身强度较高的桩称为主桩（或强桩），将强度较低 的桩称为次桩（或弱桩），且大都为长短桩复合。目 前，此类复合地基仍处于尝试、试验研究阶段，尚无 相应的技术规范［1 ］。本文依托某大型油罐采用的 碎石 桩（简 称 GC 桩）与 水 泥 粉 煤 灰 碎 石 桩（简 称 CFG 桩）多桩型复合地基工程，根据现场测试结果， 对该类型的复合地基进行了相关的分析和研究。
的设置可充分发挥其各自的特点，既可减小浅层的
GC 桩具有良好的加快地基土固结的作用，可 有效地消除地基液化。但是该类散体材料桩的工作
应力集中，又可减小深层的位移沉降。经二者联合 处理后的复合地基承载力得到更大幅度提高，地基
主要 受 桩 间 土 体 的 被 动 约 束 所 制 约，特 别 是 桩 顶 2 ～4 倍桩径的深度范围内，桩间土将受到很大的径 向压力，易使桩体发生鼓胀破坏，从而限制了复合地
到节约资金、缩短工期，优化处理方案的目的，视具
体工程地 质 条 件 可 将 主、次 桩 做 不 等 桩 长 布 置，将
要求，需进行地基处理。若采用桩基础，虽能满足承
载力要求，但因油罐直径大，桩基承台易受不均匀沉 降影响而开裂；若采用深层搅拌桩复合地基，则承载 力提高有限，且因第②层淤泥、第④层淤泥质黏土中 有机质含量大于5 % ，成桩质量易受影响；若采用碎 石桩复合地基，则存在投资大、施工周期长、充水预 压观测费用高、后期沉降大等缺点。经对可选方案 综合分析比较后，设计人员决定采用 GC 桩与 CFG 桩多桩型复合地基。
某炼油厂原油库区3 台12. 5 万 m3 原油罐改扩 建工程，储油罐直径84. 5 m，高24 m。场地地层分 布如表 1 所 示。勘 察 期 间，地 下 水 位 埋 深 0. 03 ～ 1. 50 m。设计要求复合地基承载力标准值不小于 270 kPa 。由表 1 可见：地基土层以黏土和粗砂为 主，浅部土层软弱不均，其承载力显然不能满足设计
① ②
③ ④ ⑤-1 ⑤-2 ⑤-2 夹1 ⑤-2 夹2 ③ ① ③ ② Ol OlZ Ol3
素填土 淤泥 粗砂
淤泥质黏土 黏土 黏土 粗砂
淤泥质黏土 粗砂 黏土 粗砂 黏土
中粗砂 黏土 粗砂
粉质黏土
0 .35 ～3 .80 0 .60 ～6 .00 0 .80 ～4 .00 1 .60 ～5 .70 0 .70 ～4 .50 10 .30 ～19 .90 0 .70 ～11 .70 1 .80 ～4 .80 1 .90 ～8 .10 2 .70 ～20 .80 1 .50 ～9 .20 2 .80 ～15 .80 3 .50 ～13 .70 4 .00 ～11 .80 3 .10 ～7 .80 最大揭露厚度6 .7
摘要：将碎石桩与CFG 桩组成的多桩型复合地基用于沿海软土地基的处理，探讨了其加固机理。通过多桩型复 合地基载荷试验，测定了不同桩型及桩间土上的应力，分析了这种新型复合地基的桩土应力比的变化规律，为设
计提供了可靠依据。实践表明，将碎石桩与 CFG 桩2 种方法联合处理软土地基，可最大限度地发挥这2 种方法 的优点，使复合地基的承载力得到大幅度的提高。
3 复合地基试验结果及分析
3 .1 单桩静载试验结果分析 各单桩静力载荷试验曲线见图2 。
注：1 .4 、8 、9 、S-1 为单桩竖向抗压静载荷试验桩； 2 .15 、16 、S-4 为单桩复合地基静载荷试验桩； 3 .12 、13 、S-2 、S-3 为多桩复合地基静载荷试验桩
图1 多桩型复合地基试桩桩位布置 Fig .1 The arrange ment of piles i n t he multi type pile
关 键 词：碎石桩；CFG 桩；多桩型复合地基；加固机理；载荷试验；桩土应力比；承载力
中图分类号：TU 472
文献标识码：A
Fiel d t est of multi -t ype - pil e co mposit e f oundati on
WAN G shi -j i e1 ，2 ，HE man-chao1 ，ZHOU rui -l i n 2 ，Xl ji n-Cuan 3
70 ～110 45 110 55 130 125 140 60 170 135 200 160 210 170 210 160
120
河北农业大学学报
第29 卷
本次试验的多桩型复合地基中 GC 桩与 CFG 桩交叉布置，同类桩的中心距为1 .5 m > 1 .5 m（见 图1 ）。共布置 GC 桩和 CFG 桩42 根。其中 GC 桩 26 根，采 用 振 冲 法 施 工，桩 径 800 mm，有 效 桩 长 6. 0 m；CFG 桩16 根，采用长螺旋钻孔管内泵压灌 注法施工，桩体强度等级为 C15 ，桩径400 mm，有效 桩长20 .0 m，桩顶绝对标高2 .500 m。
! 收稿日期：2006 -05 -10 作者简介：王士杰（1963 - ），男，博士生，教授，硕士生导师。主要从事岩土工程方面的教学与科研工作.
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第5 期
王士杰等：多桩型复合地基试验研究
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1 GC 桩与 CFG 桩多桩型复合地基 的加固机理
CFG 桩作成长桩，以充分发挥其桩侧摩阻力。如桩 端持力层较好，又可很好地发挥端阻作用。长短桩
人工堆填而成，以砂为主，夹少量砖块、碎石等建筑垃圾 流塑、高压缩性，含少量砂，土质极差，有机质含量6 .44 % ～9 .31 % 松散饱和，局部为中、细砂，一般含10 % ～20 % 的黏性土 流塑、高压缩性，含有机质 软塑（接近可塑）、中等压缩性，夹有粉砂薄层 可塑、中等压缩性，局部夹粉质黏土 松散～中密，饱和，夹少量黏性土 流塑、高压缩性，场地局部含该土层 稍密～中密，饱和 可塑，含少量砂粒，夹薄层粉砂 以石英、长石为主，稍密～中密，饱和 可塑，含少量砂粒，夹少量薄层粉砂 以石英、长石为主，局部缺失 可塑、接近硬塑，含粉质黏土夹层 以长石、石英为主，局部缺失 可塑、接近硬塑
第29 卷第5 期
河北农业大学学报
Vol .29 No .5
2 0 0 6 年9 月
J OURNAL OF AGRI CULTURAL UNI VERSI TY OF HEBEI
Sep . 2 0 0 6
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工程及试验概况
散体材料 桩 复 合 地 基 就 不 易 达 到 承 载 力 的 提 高 要
求。而 CFG 桩是一种与素混凝土桩类同的刚性桩， 靠桩体作用可大幅度提高复合地基的承载力。对低
承载力土如淤泥，CFG 柱复合地基比天然地基承载 力可提高4 倍，并可有效减少地基沉降［2 ］。二者结 合既能发 挥 碎 石 桩 的 优 点（ 利 于 固 结、沉 降 稳 定 快
（1 .I nstit ute of Geotechnical Engi neeri ng ，Chi na Uni versit y of Mi ni ng & Technology ，Beiji ng 100083 ，Chi na ； 2 . Agricult ural Uni versit y of Hebei ，Baodi ng 071001 ，Chi na ；
composite f oundation
本次试验进行了单桩静载荷试验4 根（CFG 桩 3 根、GC 桩1 根）；单桩复合地基静载荷试验 3 组 （CFG 桩2 组、GC 桩1 组）；多桩（2 根 CFG 桩、2 根 GC 桩）复合地基静载荷试验1 组。其中单桩复合 地基静载荷试验承压板面积为 1 根 CFG 桩或 GC 桩承担的处理面积（1 .50 m > 1 .50 m）；多桩复合地 基静 载 荷 试 验 承 压 板 面 积 为 2 根 碎 石 桩 和 2 根 CFG 桩共同承担的处理面积（2 .12 m > 2 .12 m ）。 同时对场地内16 根 CFG 桩进行了基桩低应变动力 检测，以评价 CFG 桩桩身结构的完整性。
等），又由于 CFG 桩的插入而使碎石桩的侧限约束 作用得到增强，减小 GC 桩桩顶部分的压胀变形，从 而降低了碎石桩鼓胀破坏的可能；当2 种桩型等桩 长布置时，由于预先设置了碎石桩，使 CFG 桩桩周 土层和桩 端 下 卧 土 层 的 物 理 力 学 性 质 得 到 显 著 改
善，避免了 CFG 桩刺入破坏的可能，CFG 桩的柱体 作用效果更加显著；在保证处理效果的前提下，为达
表1 场地地层分布情况 Table 1 The general characters of test site
层号 No .of soil
土层名称 Soil na me
层厚／m Thickness of soil
土性描述 Nat ure of soil
承载力 特征值／kPa Characteristic val ue of beari ng capacit y
文章编号：1000 -1573（2006 ）05 -0118 -05
多桩型复合地基试验研究
王士杰1 ，2 ， 何满潮1 ， 周瑞林2 ， 奚进泉3
!
（1 . 中国矿业大学（北京）岩土工程研究所，北京 100083 ；2 . 河北农业大学，河北 保定 071001 ；
3 . 中石化集团勘察设计院，河北 保定 071000 ）
复合地基自出现以来，因其能充分利用桩间土 和桩体共 同 作 用 的 特 有 优 势 和 相 对 低 廉 的 工 程 造 价，得到了广泛的应用。但所采用的形式只是单一 桩型的复合地基，所能解决的地基问题往往也比较 单一。近年来，随着高层建筑的不断涌现，为了充分 利用地基土的空间承载力、提高复合地基承载力、节 约地基处理投资，根据不同桩体对地基土的不同处 理效果，结合工程地质特点，人们开始在复合地基中 采用由2 种或2 种以上不同类型的桩或桩长的桩与
变形得以降低和控制，提高了复合地基的整体安全 度。对可液化地基，碎石桩的主要作用是消除振动 荷载（如地震荷载、机器振动荷载等）可能导致的地
基承载力的提高。一般情况下，散体材料桩复合地 基土液化现象。
基承载力比天然地基承载力可提高15 % ～35 % 左
右［2 ］。当上部结构对复合地基承载力要求较高时， 2
3 .I nstit ute of prospect & Desi gn ，petro - Che mical Corporati on of Chi na ，Baodi ng 071051 ，Chi na ）
Abstract ：Applicati on of t he multi -t ype -pile co mposite f oundati on i n coastal soft soil areas is reported ，t he mechanis m of such rei nf orce ment met hod is also anal yzed briefl y . Stress of pile ti ps and stress of soil a mong piles are measured by plate test of t he multi -t ype - pile co mposite f oundati on Wit h gravel pile and ce ment -fl yash -gravel pile ，t he vari ati on of t he pile -soil stress rati on is anal yzed ，and t he results have provi ded reli able basis f or desi gn . Co mpared Wit h si ngle -t ype - pile co mposite f oundati on ，t he multi -t ype -pile co mposite f oundati on is more reasonable . Key words ：gravel pile ；ce ment - fl yash - gravel pile ；multi - t ype - pile co mposite f oundati on ； strengt heni ng mechanis m；loadi ng test ；pile -soil stress rati o ；beari ng capacit y