振冲碎石桩复合地基工作机理浅析(全文)

精品文档-下载后可编辑振冲碎石桩复合地基工作机理浅析(全文)1、前言

碎石桩属散体材料桩,是利用一种单向或双向振动的冲振头,边喷高压水流边下沉成孔,然后边填入碎石边振实,形成桩体。桩体和原来的粘性土构成复合地基,以提高地基承载力和减小沉降,以提高地基承载力,并降低压缩性。振冲法具有置换作用,也同时存在挤密作用。振冲置换法适用土层主要是粘性土,在砂土中也能制造碎石桩,但此时挤密作用远大于置换作用。碎石桩复合地基桩体贯穿整个软弱土层,达到相对硬层时,桩体起着应力集中作用;桩体未达到相对硬层时,桩体起应力扩散和均布作用。

2、理论背景:

碎石桩复合地基主要的功能有减小地基的沉降与不均匀沉降,提高地基的承载力与稳定性,以及发挥垫层的作用等。复合地基中碎石桩的压缩模量Ep大于松软土的压缩模量Es,为Es的n倍。基于变形协调与应力集中,而导致复合地基的沉降量S减小,相应的复合压缩模量Esp增大。

设若复合地基的置换率,即碎石桩的面积与其对应的控制面积之比为m;复合地基上的荷载强度为σ;桩顶压力为σp;桩间土上的压力为σs,则

σ=mσp+(1-m)σs(1)

由沉降变形协调

σp/Ep=σs/Es(2)

复合土层厚h的沉降量为

(3)

复合土层的沉降实为桩和桩间土协调沉降的综合反映,即

(4)

又桩土应力比

σp/σs=n(5)

由上式(2)(4)(5)即可求得复合土层的压缩模量Esp的表达式为

Esp=mEp+(1-m)Es(6)

式(6)反映了复合后土层的压缩模量与复合地基置换率、碎石桩和桩周土的压缩模量之间的关系,可以看出复合地基置换率越大、桩土应力比越大,复合后的压缩模量越大,也就是沉降越小。

3、工程实例:

北方某单位拟在一块场地上建职工宿舍楼,场地天然地基承载力为60kPa,为减小差异沉降和提高地基承载力,设计采用碎石桩加固.碎石桩承载力为450kPa,复合地基设计承载力150kPa,碎石桩长6.0m,桩径0.9m,桩间距设计为两个标准、1.2m和1.6m,正方型布桩.施工时严格按碎石桩施工流程即平整场地到设计标高-测量放线-振冲机及振冲器就位-成孔-清孔加料振密-关机停水-桩机和振冲器移位。室内和现场试验测得,Es=2.41MPa,Ep=21.8MPa。对桩距不同的碎石桩,由已知条件可得:

碎石桩成桩之后,采用复合式地基静载试验方法,采用直径为1.2方形压板对地基进行了静载荷承载力试验。每种桩距各测3点共6点,试验结果如下图1-2:

图11.2m桩距P-S曲线

图21.6m桩距P-S曲线

图1、图2的P-S曲线为一比较平缓的曲线,无明显拐点,故该场地复合地基承载力就按荷载板的沉降比控制,为安全起见,取地基承载力基本值:

由图1所示试验结果可得fspk=f0=175.66kPa>150kPa

由图2所示试验结果可得fspk=f0=154.37kPa>150kPa

可以看出采用振冲碎石桩复合地基处理方法加固软弱土地基,使原地基承载力有了显著提高,完全满足设计要求。但明显碎石桩的数量是影响地基承载力提高的一个因素。亦即桩愈密,承载力提高越显著。

从表2地基承载力标准值150kPa时的沉降来看,桩距为1.2m复合地基沉降明显小于桩距为1.6m的复合地基沉降,可见振冲碎石桩复合地基的沉降不仅仅与复合压缩模量有关,复合地基置换率也有比较大的影响。复合土层的压缩模量大于原土的压缩模量,且随置换率m增大而增大。亦即桩愈密,复合地基的沉降就愈小。

结语

经过振冲碎石桩复合地基减小地基沉降的理论与实践论证,可以认为碎石桩减小地基沉降基于桩、土沉降变形的协调,归于复合土层