杜文義,李 容

(核工業(yè)柳州工程勘察院,廣西柳州 545005)

關(guān)于水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗的探討

杜文義,李 容

(核工業(yè)柳州工程勘察院,廣西柳州 545005)

通過試驗結(jié)果的對比,討論了地基土含水量變化對水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力的影響,建議采用“10 mm厚的水泥砂漿對整個試驗場地進(jìn)行封閉保護(hù)”來減低其影響。通過2個典型試驗場地試驗結(jié)果的對比分析,討論了按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定確定復(fù)合地基承載力特征值可能存在的問題;建議進(jìn)行破壞性試驗,先定極限荷載,然后再根據(jù)“先評價復(fù)合地基均勻性、再根據(jù)安全系數(shù)確定承載力”的原則確定復(fù)合地基的承載力。

水泥土攪拌樁;復(fù)合地基;載荷試驗;地基土含水量;承載力特征值

水泥土攪拌樁是一種應(yīng)用范圍比較廣泛的地基處理方法,適用于正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基[1]。該施工工藝具有施工效率高、成本低、施工占地面積小,無污染、無噪聲、無震動,對鄰近建筑物影響很小等特點。

按照規(guī)范的規(guī)定,水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過載荷試驗現(xiàn)場確定[1]。在此,結(jié)合工程實例,對水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗進(jìn)行探討。

1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗

《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2002)(以下簡稱“規(guī)范”)附錄A對復(fù)合地基載荷試驗做了詳盡規(guī)定和說明。根據(jù)作者的經(jīng)驗,有2個方面的問題對載荷試驗的結(jié)果影響較大,應(yīng)引起相應(yīng)的重視:

(1)試驗場地地基土含水量變化對試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大的影響;

(2)復(fù)合地基承載力特征值的確定方法對復(fù)合地基的判定影響也很大。

根據(jù)規(guī)范附錄A,水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值按其第A.0.9和A.0.10條規(guī)定的方法確定。

大量的載荷試驗資料表明,壓力-沉降(p-s)曲線多是一條比較平緩的光滑曲線,一般無明顯的拐點,相鄰兩級壓力對應(yīng)的沉降量之比亦無一定規(guī)律,無法準(zhǔn)確確定曲線的比例界限;實際進(jìn)行檢測時,很少進(jìn)行破壞性試驗,也無法確定曲線上的極限荷載。所以,在實際工程中,大多數(shù)情況下都是按規(guī)范第A.0.9條的第2款和A.0.10條來確定復(fù)合地基承載力特征值。

(1)對單個試驗點,將按相對變形值確定的復(fù)合地基承載力特征值與最大加載壓力的一半進(jìn)行對比:其值小于最大加載壓力的一半時,采用該值作為該試驗點的復(fù)合地基承載力特征值;其值大于最大加載壓力的一半時,采用最大加載壓力的一半作為該試驗點的復(fù)合地基承載力特征值。

(2)將所有試驗點的數(shù)據(jù)取平均,再拿極差與平均值的30%進(jìn)行對比:極差不超過平均值的30%,取平均值為復(fù)合地基的承載力特征值;極差大于平均值的30%,規(guī)范沒有規(guī)定如何確定復(fù)合地基的承載力特征值。

下面,通過一工程實例對水泥土復(fù)合地基載荷試驗的上述問題進(jìn)行分析探討。

2 工程實例

2.1 工程概況

越南海防電廠(一期)工程,其煤場及所有的附屬建筑物、構(gòu)筑物全部采用水泥土攪拌樁進(jìn)行地基處理。合同中約定:以中國《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79-2002)為主、以《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5025-2005)為輔進(jìn)行水泥土攪拌樁的設(shè)計、施工、檢測及驗收;水泥土攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗的現(xiàn)場工作由越南方檢測單位完成。

由于規(guī)模很大,前期進(jìn)行了試樁工作,并編寫了《復(fù)合地基試驗報告》,以獲取最佳的水泥土攪拌樁各項設(shè)計與施工工藝參數(shù)?！稄?fù)合地基試驗報告》得到工程師(國際監(jiān)理)的認(rèn)可后進(jìn)行施工圖設(shè)計;施工圖設(shè)計獲得工程師的認(rèn)可后,進(jìn)行大規(guī)模的正式施工;最后進(jìn)行復(fù)合地基的檢測和驗收。

通過試樁確定的水泥土攪拌樁復(fù)合地基基本參數(shù)如下:

樁徑600 mm,樁長10～16 m,水泥摻入比18%,正三角形布樁,樁間距1100 mm,置換率01272,設(shè)計要求fspk=200 kPa;全部進(jìn)行單樁復(fù)合地基載荷試驗,壓板直徑1150 mm,相對變形值取s/ d=0.006(對應(yīng)沉降s=6.90 mm)。

2.2 場地地基土含水量變化對試驗結(jié)果的影響

2.2.1 現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果

由于越南海防電廠(一期)工程煤場攪拌樁樁數(shù)很多(超過40000根),經(jīng)過工程師(國際監(jiān)理)同意,根據(jù)地質(zhì)條件將煤場分為23個分區(qū),每個分區(qū)盡可能安排同臺機組施工。復(fù)合地基載荷試驗也分區(qū)按下列方式進(jìn)行:

(1)每個分區(qū)同時安排3套試驗設(shè)備進(jìn)行6點單樁復(fù)合載荷試驗,壓板直徑1150 mm;

(2)最大加載量取300 kPa,取s/d=0.006對應(yīng)的壓力為復(fù)合地基承載力特征值。

其中某分區(qū)的試驗結(jié)果見表1和圖1。

2.2.2 結(jié)果分析

首先進(jìn)行了該分區(qū)1～3號試驗點的載荷試驗, 3個試驗點的承載力特征值分別為181、139和156 kPa,均達(dá)不到設(shè)計要求,與前期試樁結(jié)果(fspk≥200 kPa)相比下降很多,下降幅度超過20%。

表1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基單樁復(fù)合載荷試驗結(jié)果(一)

圖1 水泥土攪拌樁復(fù)合地基單樁復(fù)合載荷試驗p-s曲線

經(jīng)過仔細(xì)檢查分析施工原始記錄、施工日志及載荷試驗過程中發(fā)生的各種情況,認(rèn)為1～3號試驗點的承載力特征值較低,達(dá)不到設(shè)計要求不是因施工質(zhì)量問題造成的,是由于載荷試驗過程中試驗場地地基土含水量變化引起的。

試驗設(shè)備安裝時,剛好碰到下雨,雖然馬上采取了相應(yīng)措施,開挖排水溝、積水坑并進(jìn)行抽水,但試驗場地仍然被水浸泡。由于存在僥幸心理,沒有果斷終止試驗,而是繼續(xù)進(jìn)行試驗。由于被水浸泡,地基土含水量增大,致使試驗場地淺部的地基土(樁間土)承載能力下降,造成試驗前期的沉降增大和總沉降量增大,當(dāng)取s/d=0.006對應(yīng)的壓力為復(fù)合地基承載力特征值時,承載力特征值就會變小。

為了減少地基土含水量變化對試驗結(jié)果的影響,在4～6號試驗點試驗時,采取了較好的保護(hù)措施,試驗場地基本保持原狀,試驗的準(zhǔn)確性大大提高,4～6號試驗點的承載力特征值分別為230、210和210 kPa,滿足設(shè)計要求,與前期試樁結(jié)果相吻合。2.2.3 采取措施

為防止再發(fā)生類似問題,經(jīng)充分討論、并獲得工程師(國際監(jiān)理)的同意,決定進(jìn)行載荷試驗時對試驗場地采取如下保護(hù)措施:試驗場地開挖修整后,馬上用5～10 mm厚水泥砂漿對整個試驗點的試驗場地(不包括檢測樁)進(jìn)行封閉保護(hù),以保證地基土的原狀性,防止由于地基土受到擾動、特別是地基土含水量發(fā)生變化而影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性(見圖2)。

圖2 封閉保護(hù)的試驗場地

從后續(xù)試驗的實際效果看,采取保護(hù)措施后,即使試驗場地由于下雨被水浸泡,對試驗結(jié)果也不會發(fā)生較大的不良影響,說明上述保護(hù)措施效果不錯。

2.3 復(fù)合地基承載力特征值確定方法的影響

這里,以2個比較典型場地(場地A和場地B)的載荷試驗為例,對不同的承載力確定方法所造成的不同結(jié)果進(jìn)行探討。

2.3.1 現(xiàn)場載荷試驗結(jié)果

現(xiàn)場試驗結(jié)果見表2和圖3～6。

表2 水泥土攪拌樁復(fù)合地基單樁復(fù)合載荷試驗結(jié)果(二)

圖3 場地A載荷試驗p-s曲線

圖4 場地A載荷試驗s-lgt曲線

圖5 場地B載荷試驗p-s曲線

2.3.2 復(fù)合地基承載力的確定

按規(guī)范附錄A第A.0.9條第2款“按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半”及第A.0.10條“試驗點的數(shù)量不應(yīng)少于3點,當(dāng)滿足其極差不超過平均值的30%時,可取其平均值為復(fù)合地基的承載力特征值”的規(guī)定,進(jìn)行復(fù)合地基承載力特征值的確定,結(jié)果見表3。

2.3.3 結(jié)果分析

2.3.3.1 場地A

復(fù)合地基均勻性比較好、按相對變形值確定的每個試驗點的數(shù)據(jù)離散性比較小,最后的評判結(jié)果實際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于復(fù)合地基的實際承載能力。

圖6 場地B載荷試驗s-lgt曲線

表3 水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值確定結(jié)果

根據(jù)場地A載荷試驗的壓力-沉降(p-s)曲線,如果將試驗繼續(xù)進(jìn)行下去,一直加載至破壞,只要在荷載加至630 kPa時試驗仍然能達(dá)到相對穩(wěn)定條件(按照圖3、4中曲線的發(fā)展趨勢來看,是極有可能的),這樣就可以將場地A的復(fù)合地基承載力特征值判定為>300 kPa(見表4)。由于試驗沒有進(jìn)行下去,只能按規(guī)范[1]附錄A第A.0.9條第2款“按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半”的規(guī)定來處理數(shù)據(jù),將場地A的復(fù)合地基承載力特征值判定為225 kPa(見表3)。

表4 按相對變形值確定水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值

2.3.3.2 場地B

復(fù)合地基均勻性比較差,按相對變形值確定的每個試驗點的數(shù)據(jù)離散性比較大(極差大于平均值的30%),最后的評判結(jié)果掩蓋了復(fù)合地基的不均勻性,將不均勻地基評判為均勻地基,將不合格地基評判為合格地基。

從地基變形(沉降)的角度看,場地B每個試驗點的總沉降量和p=fspk=200 kPa時的沉降量差別非常大,所以該復(fù)合地基是一個嚴(yán)重不均勻地基,按照相對變形值確定的地基承載力特征值的極差大于平均值的30%,且有40%的試驗點數(shù)據(jù)達(dá)不到fspk=200 kPa的設(shè)計要求(見表4),雖然規(guī)范沒有明確規(guī)定對這種情況如何判定,但至少可以肯定該復(fù)合地基的均勻性非常差。

但按規(guī)范[1]附錄A第A.0.9條第2款“按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半”的規(guī)定來處理每個試驗點的數(shù)據(jù),會將離散性很大的數(shù)據(jù)拉平均,減小其離散性,雖然有40%的試驗點數(shù)據(jù)達(dá)不到fspk=200 kPa的設(shè)計要求,但按規(guī)范[1]附錄A第A.0.10條“試驗點的數(shù)量不應(yīng)少于3點,當(dāng)滿足其極差不超過平均值的30%時,可取其平均值為復(fù)合地基的承載力特征值”的規(guī)定進(jìn)行評判時,其復(fù)合地基承載力特征值會被判定為fspk=200.2>200 kPa(見表3),從而將其判定為合格地基。

按照現(xiàn)行規(guī)范[1]的規(guī)定,雖然也可將場地B復(fù)合地基判定為合格地基,但卻掩蓋了地基均勻性很差的事實。

通過以上分析可以看出,按現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗,在某些情況下會掩蓋真實情況,得出錯誤的結(jié)果。場地B的情況就是一個實例。

筆者認(rèn)為,之所以會造成這種結(jié)果,是由規(guī)范在規(guī)定確定復(fù)合地基承載力特征值時用最大加載壓力代替極限荷載而造成的。

3 關(guān)于復(fù)合地基載荷試驗的建議

復(fù)合地基載荷試驗是判定復(fù)合地基是否滿足設(shè)計要求的最可靠、最準(zhǔn)確的方法。載荷試驗結(jié)果的準(zhǔn)確與否,直接影響對復(fù)合地基的判定結(jié)果。為保證載荷試驗的準(zhǔn)確性、真實準(zhǔn)確地對復(fù)合地基進(jìn)行判定,筆者建議按以下方法進(jìn)行載荷試驗。

(1)為防止地基土含水量變化對試驗結(jié)果造成不良影響,在進(jìn)行試驗時,對整個試驗場地采用10 mm厚的水泥砂漿進(jìn)行封閉保護(hù)。

(2)進(jìn)行破壞性試驗、確定極限荷載,然后按“先評判地基均勻性、再根據(jù)安全系數(shù)確定承載力”的原則確定承載力特征值。

①按相對變形值確定每個試驗點的承載力特征值,如果各個試驗點結(jié)果的極差不大于平均值的30%,取平均值為復(fù)合地基承載力特征值;如果極差大于平均值的30%,取最小值為復(fù)合地基承載力特征值建議值。

②取各個試驗點的最小極限荷載的一半作為復(fù)合地基承載力特征值。

③將分別按相對變形值和極限荷載確定的復(fù)合地基承載力特征值(或建議值)進(jìn)行對比,取其小者為復(fù)合地基承載力特征值。

④每個建筑物或場地檢測樁數(shù)為總樁數(shù)的0.5%～1%,試驗點數(shù)不少于3點。

筆者認(rèn)為,只有確定了極限荷載,規(guī)范[1]附錄A第A.0.9條第2款中“對有經(jīng)驗的地區(qū),可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定相對變形值”的規(guī)定在確定水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值時才具有可行性。也就是說,“按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值”只有在確定了極限荷載前提下,才可能在“極限荷載的一半(安全系數(shù)取2)”的范圍內(nèi)發(fā)揮作用,否則,無論相對變形值如何取值,都必須按第A.0.9條第2款中“按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半”的規(guī)定進(jìn)行處理,直接就會把超過“最大加載壓力的一半”的復(fù)合地基承載力特征值限定為“最大加載壓力的一半”,所謂的“按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取值”也就無從談起了。

(3)之所以能進(jìn)行破壞性載荷試驗,是基于以下的理由:

①由于水泥土攪拌樁是低強度的柔性樁,一般情況下,每個場地的樁數(shù)都很多,檢測樁數(shù)占總樁數(shù)的比例很小(0.5%～1%),即便是所有檢測樁都被破壞,也絕對不可能影響到整個復(fù)合地基的安全;

②水泥土攪拌樁復(fù)合地基是以水泥土樁體和樁間土的摩擦為主來提供承載能力的,而水泥土樁體的強度一般在1.0～2.0MPa范圍,其強度遠(yuǎn)大于樁端持力層或下臥層的強度,在正常施工保證樁體質(zhì)量的前提下,一般不會發(fā)生樁體本身的破壞,發(fā)生最多的是樁體刺入持力層或下臥層的“刺入型”破壞,即便是進(jìn)行復(fù)合地基的破壞性載荷試驗,對樁體本身也不會造成破壞;

③根據(jù)筆者的實踐經(jīng)驗,大多數(shù)的情況下水泥土攪拌樁復(fù)合地基的極限荷載基本上在600 kPa左右(攪拌樁是塊狀布置的除外);即便是少數(shù)情況下極限荷載會更高,但當(dāng)加載至600 kPa左右時,總沉降量基本上已經(jīng)接近或達(dá)到s/d或s/b=0.060所對應(yīng)的沉降量,即達(dá)到規(guī)范[1]第A.0.7條第2款所規(guī)定的終止試驗條件,可以終止試驗,直接用其上一級荷載作為極限荷載。

4 結(jié)語

(1)通過載荷試驗判定水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值是一個綜合性的工程問題。按照現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定判定水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值過于簡單,可能會掩蓋復(fù)合地基存在的一些問題。筆者認(rèn)為,應(yīng)根據(jù)場地實際工程地質(zhì)條件、建筑物的結(jié)構(gòu)形式和重要程度以及載荷試驗壓力-沉降(ps)曲線特性,對水泥土攪拌樁復(fù)合地基是否滿足設(shè)計要求和工程需要作出符合工程實際的綜合性評價。

(2)為保證試驗的準(zhǔn)確性,降低和減少試驗場地地基土含水量變化對試驗結(jié)果的影響,可采用10 mm厚的水泥砂漿對不包括檢測樁的整個試驗場地進(jìn)行封閉保護(hù)。

(3)為真實、準(zhǔn)確地評價水泥土攪拌樁復(fù)合地基,建議進(jìn)行破壞性載荷試驗。先確定試驗的極限荷載,然后再根據(jù)“先評價復(fù)合地基均勻性、再根據(jù)安全系數(shù)確定承載力”的原則確定復(fù)合地基的承載力(安全系數(shù)≮2);在“極限荷載的一半”的范圍內(nèi),可根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定的相對變形值(s/d或s/b)來確定復(fù)合地基的承載力特征值。

上述分析討論及建議是基于水泥土攪拌樁復(fù)合地基而進(jìn)行的,只是對筆者在工程實踐中碰到的問題的歸納總結(jié),對于其它形式的復(fù)合地基,如碎石樁、旋噴樁、CFG樁等不一定適用。以上分析建議如有不妥或錯誤,歡迎廣大同行和專家批評指正。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] DL/T 5025-2005,電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S].

Discussion on Load Test in Composite Ground of Concrete Mixed Pile

DU Wen-yi,LI Rong(Liuzhou Engineering In-vestagation Institute of Uranium Geology,Liuzhou Guangxi 545005,China)

By the comparison of test results,discussion wasmade on the effect of variation of subbed soilwater content to the test result and suggestionwasmade to closely protect the test fieldwith 10 mm cementmortar;by the comparison of test results of 2 typical test fields,discussionwasmade on the possibility of characteristic value of composite ground bearing ca-pacity and suggestionwasmade to have destructive test,determine ultimate load first and than define the bearing capacity of composite ground by the principle.

concrete mixed pile;composite ground;load test;subbed soilwater content;characteristic value of bearing capacity

TU472.3

A

1672-7428(2010)12-0041-05

2010-06-03;

2010-11-08

杜文義(1966-),男(漢族),陜西三原人,核工業(yè)柳州工程勘察院副總工程師、工程師、注冊一級建造師,化學(xué)工程專業(yè),碩士,從事巖土工程設(shè)計與施工、行政與技術(shù)管理工作,廣西柳州市榮軍路317號,dwywh@sina.com;李容(1968-),女(漢族),廣西平南人,核工業(yè)柳州工程勘察院工程師,土木工程專業(yè),從事巖土工程技術(shù)工作。