變截面與等截面樁復(fù)合地基沉降對(duì)比分析

黃禮勝

(湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南株洲 412007)

0 引言

混凝土預(yù)制管樁是一種常見的預(yù)制樁，具有樁身強(qiáng)度高、檢測(cè)方便、施工周期短、造價(jià)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在房屋建筑、道路橋梁及水利工程等領(lǐng)域的樁基工程及軟基處理工程當(dāng)中有大量的應(yīng)用。文獻(xiàn)［1］～［3］介紹了一種命名為混凝土芯水泥土攪拌樁在軟弱地基中的應(yīng)用，依據(jù)靜載試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)混凝土芯水泥土攪拌單樁復(fù)合地基的承載力和沉降進(jìn)行了研究，為工程的設(shè)計(jì)和施工的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。劉志軍和常聚友［4］通過對(duì)武廣線路中的CFG樁處理路基的部分地段進(jìn)行分析，依據(jù)靜載試驗(yàn)確定單樁復(fù)合地基的承載力。霍錦宏［5］通過數(shù)值模擬分析了碎石樁單樁復(fù)合地基工作性狀，探討了碎石樁單樁復(fù)合地基的工作機(jī)理、破壞模式及加固機(jī)理，為碎石樁單樁復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。張?zhí)┌埠屯踯婄鳎?］通過對(duì)路基試驗(yàn)段的CFG單樁復(fù)合地基的承載力的研究，證明了靜載試驗(yàn)?zāi)軌驒z測(cè)CFG單樁復(fù)合地基的承載力。常聚友和王劍［7］通過對(duì)高速鐵路單樁復(fù)合地基的試驗(yàn)研究，提出用承載力和沉降量控制路基穩(wěn)定性將會(huì)更加可靠，單樁復(fù)合地基的承載力特征值由靜力荷載試驗(yàn)確定，這為以后的單樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)提供了參考。

盡管前人就混凝土預(yù)制管樁設(shè)計(jì)理論和施工工藝做了一些有益的工作，但都是建立在等截面管樁基礎(chǔ)上，關(guān)于變截面管樁復(fù)合地基的工作性狀問題還鮮見報(bào)道。為此，本文依據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)混凝土預(yù)制單樁復(fù)合地基的荷載—沉降曲線進(jìn)行分析，揭示了混凝土預(yù)制單樁復(fù)合地基的荷載—沉降規(guī)律，以提高人們對(duì)混凝土預(yù)制單樁復(fù)合地基的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)此技術(shù)的進(jìn)一步研究。

1 模型試驗(yàn)

為了探討混凝土預(yù)制單樁復(fù)合地基荷載—沉降的工作特性，研究了5組不同截面的混凝土預(yù)制單樁復(fù)合地基對(duì)比試驗(yàn)。模型試驗(yàn)在基坑內(nèi)進(jìn)行，土體采用本地紅粘土，基坑內(nèi)分層填筑紅粘土。試驗(yàn)樁形狀如表1所示。靜載試驗(yàn)按JGJ 79-2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［8］進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)樁的參數(shù) cm

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在每級(jí)荷載增加10 kPa情況下，1號(hào)和4號(hào)單樁復(fù)合地基的荷載—沉降關(guān)系如圖1所示。

圖1 1號(hào)和4號(hào)的荷載—沉降曲線

由圖1可以看出:1)變截面與等截面管樁復(fù)合地基的荷載—沉降曲線均為緩變形曲線;2)在相同荷載作用下，變截面管樁復(fù)合地基比等截面管樁復(fù)合地基的平均沉降小;3)沉降隨荷載的增大而增大，隨著荷載的逐漸增大且二者之間的沉降差逐漸增大，隨著荷載的進(jìn)一步增大，沉降增加的速率有增大的趨勢(shì)。

以上現(xiàn)象表明:在相同地質(zhì)條件下，變截面管樁復(fù)合地基能減小地基沉降，提高復(fù)合地基承載力。

在每級(jí)荷載增加16 kPa情況下，2號(hào)，3號(hào)和5號(hào)單樁復(fù)合地基的荷載—沉降關(guān)系如圖2所示。

圖2 荷載—沉降曲線

由圖2可以看出:1)變截面與等截面管樁復(fù)合地基的荷載—沉降曲線均為緩變形曲線;2)在相同荷載作用下，變截面管樁復(fù)合地基比等截面管樁復(fù)合地基的平均沉降小;3)在荷載小于48 kPa情況下，沉降差值變化很小;在荷載大于48 kPa的情況下，隨著荷載的逐漸增大，三種工況下的任意兩種工況之間的沉降差逐漸增大且比較明顯，隨著荷載的進(jìn)一步增大，沉降增加的速率有增大的趨勢(shì);在上管直徑相同和其他條件不變的情況下，隨著上下管徑之比的逐漸增大而沉降值逐漸減小。

以上現(xiàn)象表明:1)在相同地質(zhì)條件下且一定荷載范圍內(nèi)，變截面管樁復(fù)合地基才能有效發(fā)揮承載性能，其性能要優(yōu)于等截面管樁復(fù)合地基;2)變截面管樁復(fù)合地基的管徑之比對(duì)提高復(fù)合地基承載力有一定影響，總體上變截面管樁復(fù)合地基比等截面管樁復(fù)合地基能有效的減小地基沉降，提高復(fù)合地基承載力;3)在上管徑相同時(shí)，此時(shí)就會(huì)存在一個(gè)最佳的上下管徑之比，能夠使管樁復(fù)合地基發(fā)揮其最大的承載性能，從而提高地基承載力。最佳的管徑之比有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)語(yǔ)

1)在相同荷載作用下，荷載—沉降曲線與截面形狀有一定的關(guān)系;在上節(jié)管相同的條件下，下節(jié)管徑較大的平均沉降值相對(duì)較小，管徑之比的不同，進(jìn)而沉降差值也有較大差異;從總體來(lái)看，變截面管樁復(fù)合地基比等截面管樁復(fù)合地基平均沉降值小。

2)在變截面管樁復(fù)合地基與等截面復(fù)合地基的情況下的荷載—沉降曲線均為緩變形曲線;在相同條件下，并不是管徑之比越大承載性能就越好，這就存在一個(gè)最佳的管徑之比在復(fù)合地基中發(fā)揮其最大的承載性能，從而提高復(fù)合地基承載力。最佳管徑之比有待進(jìn)一步研究。

［1］董 平，陳征宙，秦 然．混凝土芯水泥土攪拌樁在軟土地基中的應(yīng)用［J］．巖土工程學(xué)報(bào)，2002，24(2):204-207．

［2］董 平，秦 然，陳征宙．混凝土芯水泥土攪拌樁的有限元研究［J］．巖土力學(xué)，2003，24(3):344-348．

［3］Ping Dong，Ran Qin，Zheng Zhou Chen．Bearing capacity and settlement of concrete-cored DCM pile in soft ground［J］．Geotechnical and Geological Engineering，2004，22(1):105-119．

［4］劉志軍，常聚友．路基端承CFG樁完整性及單樁(復(fù)合地基)承載力研究［J］．土工基礎(chǔ)，2009，23(1):85-88．

［5］霍錦宏．碎石樁單樁復(fù)合地基的承載性能研究［D］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009．

［6］張?zhí)┌玻踯婄鳎瓹FG單樁及單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)研究［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2009，7(7):20-24．

［7］常聚友，王 劍．高速鐵路CFG單樁復(fù)合地基穩(wěn)定性研究［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2010，9(6):52-55．

［8］JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．