灰土桩复合地基承载力的估算.pdf

第 22 卷 增 2 岩石力学与工程学报 22 增 2 2913 2915 2003 年 10 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct 2003 2003 年 2 月 20 日收到初稿 2003 年 5 月 30 日收到修改稿 作者 韩龙武 简介 男 1970 年生 硕士 助理研究员 主要从事青藏高原多年冻土方面的研究工作 E mail hanlongwu 灰土桩复合地基承载力的估算 韩龙武 张俊德 蒋育华 赵成江 中铁西北科学研究院 兰州 730000 摘要 灰土桩复合地基作为一种经济合理的地基处理方法已得到了广泛的应用 根据灰土桩的工作原理及土的基 本物理性质提出了一种估算灰土桩复合地基承载力的方法 希望能为灰土桩的设计与施工提供一些帮助 关键词 地基基础工程 灰土桩 复合地基 承载力计算 分类号 TU 472 文献标识码 A 文章编号 1000 6915 2003 增 2 2913 03 ESTIMATION ON BEARING CAPACITY OF COMPOSITE FOUNDATION WITH LIME SOIL PILES Han Longwu Zhang Junde Jiang Yuhua Zhao Chengjiang Northwest Research Institute of China Railway Engineering Corporation Lanzhou 730000 China Abstract The composite foundation with lime soil piles as a kind of economical and reasonable foundation treatment method is used widely The bearing capacity of this kind of foundation is estimated according to the working principle of foundation and the basic physical properties of soil The study result is useful to the design and construction of lime soil pile Key words foundation engineering lime soil pile composite foundation calculation of bearing capacity 1 前 言 灰土桩挤密地基是由桩间挤密土和填夯的桩体 组成的人工 复合地基 主要适用于处理地下水位 以上 深度 5 15 m的湿陷性黄土或人工填土地基 灰土桩复合地基承载力高 取材方便 价格低廉 且施工简单 属经济与技术都较好的一种地基处理 方法 因而灰土桩加固软弱地基得到了越来越广泛 的应用 特别是在我国西北的湿陷性黄土地区 根据土的物理性质可知 土体的密度越大 土 粒间表面摩擦力和咬合力越大 即土的内摩擦角 越大 同时土体的密度越大 土的孔隙就越小 接 触紧密 内聚力 c 也越大 土的含水量增加 则薄 膜水变厚 甚至增加自由水 则粒间电分子力减弱 内聚力 c 降低 灰土桩在加固地基中的主要作用就 是 1 挤密作用 增加土体的密度 从而提高土 体的强度 2 置换作用 灰土桩和天然地基土体 组成复合地基 桩和桩间挤密土共同工作 刚度较 大的灰土桩承受较大的应力 一般桩体可以承担 50 左右的荷载 3 灰土桩在对土体的挤密过程中 以及成桩后桩体材料中 Ca OH 2及其他活性物质的 作用 可加速土体的固结 提高桩间土的强度 灰土的无侧限抗压强度一般为 500 1 000 kPa 软化系数约为 0 7 在复合地基中 桩体强度 可以达到 0 5 4 MPa 复合地基承载力可达 250 kPa 桩间土经挤密后承载力得到了大幅度的提高 2 灰土桩复合地基承载力的计算 灰土桩的布孔原则是尽量减少未得到挤密的空 白区域 因此 桩孔应尽量按照等边三角形排列 2914 岩石力学与工程学报 2003年 这样可使桩间土得到均匀挤密 灰土桩的间距应以 桩间挤密土能达到设计的密实度为准 一般按按照 挤密后桩间土平均压实系数不小于 0 90 确定 下面以条形基础下设灰土桩为例介绍灰土桩复 合地基承载力的计算过程 见图 1 2 1 5 图 1 条形基础下的灰土桩加固图 Fig 1 Consolidation sketch of lime soil pile under strip foundation 图 2 灰土桩桩孔简图 Fig 2 Sketch of lime soil pile 假设按等边三角形布孔 桩距 s1和排距 s2可按 以下公式计算 Ds odd d 1 0 952 s2 0 866 s1 式中 D 为桩体实际直径 0d 为加固深度内天然状 态下土的平均干容重 d 为挤密后桩间土的平均干 容重 在此可取 d 0 90 max d 式中 max d 为通过击实试验确定的最大干容重 假设 d 为排土成孔时成孔直径 L 为加固深 度 则图 3 阴影区内 桩体体积为 L D V 42 1 2 p 置换土体体积 图 3 灰土桩桩孔平面布置简图 Fig 3 Distribution of lime soil pile L d V 42 1 2 z 加固土体体积 LssV 21s 2 1 灰土桩挤密加固后桩间土体积 ps VVV 桩间土密度 V VV m zs0d 孔隙率 nm n Vs Vz Vp Vz V 孔隙比 e nm 1 nm 式中 n 为加固前土体孔隙率 由加固土体的塑限含水量 饱和状态含水量以 及计算所得孔隙比nm查表1得出加固后粘性土的c 参考值 加固后土体的 c 值也可由试验获得 由太沙基 Terzaghi 极限承载力公式 qcrm qNcNBNP 2 1 u 计算得出地基的极限承载力 Pu 式中 q 为与 埋深 D 有关的系数 2 45cos2 2 tan 2 3 eNq cot 1 qc NN 21 cos tan 2 pr K Nr 式中 Kpr为于 r 有关的被动土压力系数 另外 Nr Nc Nq也可查表获得 灰土桩 钻孔 挤密范围 灰土桩 s1 挤密范围 s2 条形基础 灰土桩 条形基础 桩间挤密土体 第 22 卷 增 2 韩龙武等 灰土桩复合地基承载力的估算 2915 表1 粘性土c 值参考表 Table 1 Reference value of c for clay 孔隙比 0 41 0 50 0 51 0 60 0 61 0 70 0 71 0 80 0 81 0 95 0 96 1 00 饱和状态含水量 14 8 18 0 18 4 21 6 22 0 25 2 25 6 28 8 29 2 34 2 34 6 39 6 塑限 含水量 c kPa 标准 计算 标准 计算 标准 计算 标准 计算 标准 计算 标准 计算 9 4 c 10 30 2 28 7 28 1 26 5 27 25 9 5 12 4 c 12 25 3 23 8 24 1 22 6 23 21 12 5 15 4 c 24 24 14 22 21 23 7 21 14 22 4 20 7 21 2 19 15 5 18 4 c 50 22 19 20 25 21 11 19 19 20 8 18 11 19 4 17 8 18 2 16 18 5 22 4 c 68 20 28 18 34 19 19 17 28 18 10 16 19 17 6 15 22 5 26 4 c 82 18 36 16 41 17 25 15 36 16 12 14 粘 性 土 26 5 30 4 c 94 16 40 14 47 15 22 13 则桩间土承载力值为 KPf us 式中 K 为安全系数 可取 K 2 0 3 0 前面已经提到 在复合地基中 灰土桩桩体强 度可以达到 0 5 4 MPa 桩体承载力标准值f p可取 当地经验值或由试验得出 根据复合地基中静力平衡条件可得 spsp 1 mm 式中 sp 为复合地基平均应力 p 为桩顶平均接 触应力 s 为桩间土平均接触应力 m 为面积置换 率 21 2 4ss D m 通常桩间土的强度不能完全发挥 即当灰土桩 达到承载力标准值 f p时 桩间土只能发挥其强度的 一部分 因此可将其乘以一个系数 由试验确定 常取 0 5 1 0 则上式可修正为 spsp 1 fmmff 中国环境科学出版社出版的 地基处理技术 中给出了灰土桩复合地基的承载力标准值 fsp和变 形模量 Esp如表 2 对于已有建筑物 若因地基承载力不足而需要 采用灰土桩进行加固的 灰土桩只能设置在建筑物 基础外侧 地基土承载力的提高主要是依靠挤密土 来实现 因此可只考虑挤密土的承载力 f s 在一般 情况下 采用灰土桩加固的建筑物基础承载力在 150 200 kPa 之间 所以仅考虑挤密土的强度是可 表2 复合地基承载力和变形模量表 Table 2 Bearing capacity and deformation modulus of composite foundation 承载力标准值 fsp kPa 变形模量 Esp MPa 分项 黄土类土 杂填土 黄土类土 杂填土 一般值 245 300 190 250 29 4 36 0 21 0 29 0 平均值 268 218 32 2 25 4 以满足要求的 3 结 语 灰土挤密桩是常用的一种简易处理软弱地基的 方法 在我国西北湿陷性黄土地区应用得较为广泛 希望本文所论述的灰土桩复合地基承载力的计算方 法能为灰土挤密桩的设计和施工提供一些参考和帮