水泥搅拌桩复合地基承载力确定方法新探

摘要：水泥土搅拌桩复合地基适应于多种复杂的工程地质条件，本文通过对水泥搅拌桩复合地基的承载特性进行分析，针对水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值确定方法存在的不足，提出了基于复合地基现场静载荷试验曲线回弹变形量间接确定地基承载力特征值的新思路，并结合具体工程静载荷试验成果论证了所提出方法的合理性，本文的研究成果对其它类型复合地基承载能力也确定具有一定的参考价值。

关键词：水泥土搅拌桩；复合地基；地基承载力特征值；静载荷试验

中图分类号：TU473文献标识码： A 文章编号：

Abstract: The composite foundation of cement deep pile is adapted to many kinds of complex engineering geologic conditions. On the basis of study on the bearing capacity properties about the composite foundation with the cement deep mixing pile, and aimed at the disadvantage of the calculation method about the characteristic value of subgrade bearing capacity for the composite foundation with the cement deep mixing pile, A new idea was presented about the calculation method of the characteristic value of subgrade bearing capacity, based on the rebound deformation of the static loading test curve about the composite foundation. And then the rationality about this idea was demonstrated by the in-situ static loading test. The study results shed light on the other similar composite foundations.

Keywords: cement deep mixing pile; composite foundation; characteristic value of subgrade bearing capacity; static loading test

1、前言

水泥搅拌桩是以水泥为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械将固化剂与地基土强制搅拌，使软土硬结固化形成具有较强整体性、水稳性和一定强度的复合承载体。水泥土搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土。水泥搅拌法最早在美国研制成功，1980年初我国上海宝钢首次成功应用此方法加固三座卷管设备软土地基基础工程，之后逐步推广应用于水运、交通、市政以及建筑地基基础加固工程之中，取得了良好的经济效益与社会效益。然而受复杂地质条件以及桩同作用的影响，准确确定水泥搅拌桩复合地基承载力特征值十分困难，国内相关学者通过大量现场与室内模型试验研究，提出了各种各样的理论与方法[1-6]。2002年中国建筑科学研究院在总结国内外大量研究成果和工程应用范例基础上主编了国内第一本地基处理行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）[7]，由建设部批准颁布实施。本规范对水泥搅拌桩复合地基承载力特征值的确定方法提出了明确规定，统一了国内关于水泥搅拌桩设计计算的基本方法，为确保工程建设安全起到了积极的推动和保障作用。然而，随着科学研究的不断深入以及受地质条件和工程实际情况等因素制约，规范关于水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值的确定方法等尚存在需要进一步完善和提高之处。本文拟以广东某软土地基处理工程为背景，基于现场复合地基静载荷试验研究成果，对水泥土搅拌桩复合地基承载力特征的确定方法进行研究。

2、《规范》推荐方法简介

《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）对水泥土搅拌法复合地基承载力特征的确定方法提出了明确的规定。竖向承载水泥土搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过现场单桩或多桩复合地基荷载试验确定，初步设计时可按下式估算[7]：

（1）

式中各参数的含义及取值要求，请参见文献[7]。

其中：单桩竖向承载力特征值应通过现场载荷试验确定。初步设计时可由桩身材料或桩周土及桩端土的抗力所能提供的承载力确定，即：

（2）

（3）

式中各参数的含义及取值要求，请参见文献[7]。

在具体确定水泥土搅拌桩施工参数时，当搅拌桩处理范围以下存在软弱下卧层时，尚应按照《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定进行下卧层承载力验算；若地基处理的主要目的是为了控制地基变形，则应通过验算复合地基的整体变形量是否满足要求综合确定。

3、确定地基承载力特征值的新思路

大量的工程实践表明，确定合理的水泥土搅拌桩复合地基设计参数的关键在于通过现场静载荷试验确定复合地基承载力特征值。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）对复合地基载荷载试验要点以及复合地基承载力特征值的确定方法做出了较为详细的规定，其中关于复合地基承载力特征值的确定方法主要包括两种情况[7]：（1）当压力—沉降曲线上比例界限与极限荷载能确定，且极限荷载不少于对应极限荷载的2倍时，取比例界限荷载作为复合地基承载力特征值；否则取极限荷载的一半作为复合地基承载力特征值。（2）当压力—沉降曲线为平缓的光滑曲线时，因无法明确确定复合地基的比例界限或者极限荷载，可按相对变形值确定。

针对《规范》规定的确定复合地基承载力特征值的两种方法，笔者以为第一种情况下，依据比例界限与极限荷载之半两者之中最小者作为复合地基承载力特征值的基本思路，主要基于弹性理论，以复合地基共同作用体系只产生弹性变形为条件提出的基本方法，所谓比例界限荷载是指对应于 曲线直线段终点处的界限荷载，本阶段变形主要由桩土复合体系弹性压密产生，此时体系尚未产生明显的塑性变形，换而言之，若此时卸除桩土复合体系所受的全部荷载，其变形将几乎可以全部回复；本阶段之后桩土复合体系主要产生塑性变形、渗透固结或次固结变形，其绝大部分变形是不可恢复或逆转的。因此，要寻找到真正的比例界限荷载（弹性变形界限荷载），可通过 曲线弹性回复变形量 所对应的荷载间接确定。第二种情况，当 曲线为平缓的光滑曲线时，对于水泥土搅拌桩复合地基，《规范》规定统一取 或 等于 所对应的压力作为其承载力特征值的计算依据，从理论与应用角度来看，只能视为权宜之计。因受水泥土搅拌桩桩身材料、配合比和地基置换率等参数以及所加固地基地质条件复杂性的影响，采用统一的沉降量作为复合地基承载力特征值的唯一取值依据，似乎有欠合理性。笔者以为采用前述基于 曲线回弹变形量间接确定复合地基承载力特征值的方法相对可行，本方法不仅可以综合反映不同地质条件下桩土复合地基的力学特性，同时也符合确保工程安全稳定与经济合理的双重设计理念。