夯實水泥土樁復合地基可靠度的研究

孔鵬

摘要：隨機場理論是一種分析復合地基極限和復合地基承載能力的理論研究。隨機場理論根據隨機變量的概率模型分析復合地基的可靠度，運用JC法將實例中的可靠度指標與隨機變量的變異性等相結合，加以具體的闡述，讓復合地基的可靠度更加清晰明了。

關鍵詞：夯實水泥土樁；復合地基；可靠度

夯實水泥土樁復合地基是一種水泥和土混合而成的復合地基材料，這種混成需要科學的配比。將符合比例規定的水泥和土在專業機器中先夯實，再將基礎底面的材料與其復合便形成了我們所說的水泥土樁復合地基。從當前的形勢來看，水泥土樁復合地基在理論研究方面已經取得了較大的發展，但是對于夯實水泥土樁復合地基的可靠度，還有非常大發展空間。本文就是要對水泥土樁復合地基進行可靠度的研究，其可靠度主要是水泥土樁復合地基的承載能力。

一、土層概率模型和距離計算

（一）土層概率模型

隨機場的分布可以用來研究土層概率模型，而在空間上分布的可以更好的將土層概率模型結合空間位置的變化，由此以來便可以將這種變化認為是一維隨機變量進行研究。

將土性指標中的土層深度h和土層起始位置z結合研究土層的深度h可以得出深度的空間均值：

（二）距離計算

土性相關距離是進行夯實水泥土樁復合地基可靠度的一項基本任務，通過相關距離可以將方差算出，再過度到“空間平方差”這樣來達到相關距離的計算。

二、夯實水泥土樁復合地基極限方程

夯實水泥土樁復合地基在一般情況下的全方位損壞是由于水泥土土樁的局部損壞引起的，極限承載力公式為：

處理后樁間土極限承載力是根據當地的經驗取值的，若無經驗可取地基的極限承載力。強度發揮系數設定為λ，也是按照經驗取值，一般在0.75到0.95之間，置換率為m。計算樁間土承載力我們一般采用漢森公式，即：

γ是土層重度，單位為kN/m2，c是土層粘力，單位也是kN/m2，D和B分別為基礎深度和寬度，單位為m。綜合以上等式，我們得到夯實混凝土樁復合地基極限狀態的方程式為：

三、夯實水泥土樁復合地基算例分析

我們以河北省某市的圖書館為例，經測算，其基礎長度為42m，寬度為34.5m，埋深為4.2m。由于該圖書館有軟弱下臥層，因此必須使用復合地基進行改造，樁長為4m，樁徑長度380毫米，為保障 穩定性，采用三角布樁，其橫向間距為0.8m，縱向間距為1.4m。根據測算結果，求得場地地基基本變量見下表。

由此可見，根據隨機場理論，復合地基承載力的極限狀態方程中，基礎性狀對承載力的影響非常大，經JC法可靠度計算，其函數非線性可靠性問題的適用性十分廣泛。當地基的安全系數固定時，可靠指標、置換率以及荷載比之間的關系呈曲線。

四、夯實水泥土樁復合地基可靠度的影響因素

第一，成孔工藝。成孔工藝與水泥土樁的質量息息相關，而成孔工藝又與機具的使用有直接聯系。成孔工藝分為排土成孔和非排土成孔，后者的成樁質量更高，穩定性更強。但缺點則是工藝復雜，施工所耗人力、物力較大。

第二，巖土條件。位于地下水位以上的粘性土、細沙土、粉土、素填土等較為符合夯實水泥土樁復合地基的使用條件。若樁的頂端存在硬土或隔水層，則要進行抽水、夯實后才能確保質量。如在成樁過程中遇到土層松散等情況，要及時采取措施避免沙層坍塌。

第三，成樁工藝。成樁是夯實水泥土樁復合地基的關鍵環節，其中，夯實錘的形狀、材料、質量對夯實效果有著直接的影響。一般夯實錘都是鑄鐵的，重量在150公斤以上，底部形狀為圓形或橢圓。這樣便于混合料能夠均勻落入孔中，杜絕真空現象，從而使樁底排氣更加便利。

第四，土與水泥的比例。土與水泥的配合比不同，其建成的樁身強度就會不同。同時，水泥的強度等級也對樁身有明顯影響，市面上一般采用強度等級為32-42MPa強度的水泥。此外，水泥含量高樁身強度就高，最佳土與水泥比例應控制在6：1。

第五，土的類別。土的類別包括兩個方面，一是成孔成樁地層土，一是成樁所使用的拌和料的土，前者多用粘性土、細沙粉、粉土等不易塌孔的類型，后者指含水量較大的土質，一般要避免凍土、有機含量高的土壤。

第六，填料量。填料量的大小與土樁樁身質量有直接關系，填料多就會增加厚度，不易夯實。一般情況下，填料量厚度在5cm以下，對應的夯實錘重量為150公斤左右，提升高度為75cm。

由于這些參數的離散性較強，分布不均，因此極限狀態下的方程都是非線性的，當使用JC法進行計算時，必須選取適當的驗算點，否則會出現正態變量非正態化的結果。通常，當基本變量變異系數超過0.3時，JC計算結果就會偏離精確值。但Monte-Carlo法受變異系數的影響較小，其精確度較高，失效概率低。

總結

綜上所述，夯實水泥土樁復合地基承載力可靠度中的變量為單樁極限承載力，樁間土的粘聚力以及上部荷載量。隨著水泥土樁復合地基面積置換率的增加，其可靠度和安全度也會相應提升。夯實水泥土樁復合地基的安全性與土質強度指標ψ與c密切相關，但ψ的影響度比c要大。

參考文獻：

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