振沖碎石樁復合地基承載力及變形分析

陳金

摘要：我國地域遼闊土類眾多，其中占比較大的是松、軟土類。然而這些土質恰恰是建造建構筑時所必須利用的。松、軟土類具有強度低、壓縮性大、承載力底、抗震性差的缺點。因土地資源緊張，我們不得不在這種不良的土質上建造建構筑物。改良松、軟土質的地基處理方法有多種，換填、強夯、水泥土攪拌、振沖碎石等方法均能起到不錯的效果。本文著重分析振沖碎石樁復合地基的作用原理及使用方法。

關鍵詞：振沖碎石復合樁；承載力；變形；

目前，地基基礎設計是根據《建筑地基處理技術規范》對振沖碎石樁復合地基進行設計、施工監測的。但由于各種條件的限制，無法對每處地基進行現場載荷試驗。那么如何利用原位測試和室內土工試驗所得出的原理對振沖碎石樁復合地基承載力、變形進行準確計算就成必須面對的現實問題[1]。

1、振沖碎石復合地基

采用一個管狀的震動設備（振沖器），要求能夠水平方向振動。在高壓水流的作用下在軟弱性土中邊沖邊振成孔。再于孔內分批裝入碎石等硬度高的材料形成樁體。樁體與原軟弱性土質組成了復合性地基。處理后的地基土具有承載力高、壓縮性小等特點。它可適用在中、粗砂、粉土（液化）、人工填土等地基。

2、振沖碎石復合地基的受力元素

在一般情況下，當樁體打入持力層時。樁體的自身硬度要遠大于粘性軟弱的強度，因此通過基礎傳遞給復合地基外的壓力由于樁、土的變形逐漸集中到樁體上。從而使軟土所承載的壓力減輕。那么相對于原有地基，復合地基的承載力相對增高，壓縮性減少。這就說明復合地基中樁體起到集中承載力的作用[2]。還有一種情況就是樁體打入不到地基持力層時，也就是說樁體與持力層未有根本的接觸。那么復合地基就起到墊層的作用，墊層是將承載負荷進行擴散，可以讓附加載荷均勻分布，從而可以減緩地基的沉降速度。

3、振沖碎石復合地基承載力及變形計算

3.1承載力標準值的計算方法

計算單樁側向極限應力是計算單樁極限承載力的關鍵。Brauns理論是計算碎石樁的單樁極限承載力的基本理論。但它忽略了樁體自重、土體自重、樁體界面剪應力等諸多因素，所以計算出來的數據稍有偏差。土體在圓孔擴張的作用下，樁周圍的土體由原來的彈性狀態轉變為塑性狀態。隨著載荷的增大土的塑性不斷加強。到了極限狀態時，圓孔擴張壓力即為樁周側向極限應力[3]。再通過公式的分析，試算。對不足的地方進行合理的修正。得出準確的單樁承載力。

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012），應通過現場復合地基載荷試驗來確定振沖樁復合地基承載力值。以單樁和處理后樁間土承載力進行初步設計進行計算。如下公式：

[fmp.k=mfD.K+（1-m）fs.k]

公式中：[fmp.k]指復合地基承載力標準值；[mfD.K]指樁體單位截面積承載力標準值；[fs.k]指樁間土承載力的標準值；m指面積置換率；

3.2面積置換率的計算方法

[m=d2de2]

公式中：[d]指樁體直徑；[de]指等效影響圓直徑；[m]指面積置換率

根據樁體的壓縮性進行改進，對樁土容量差異及承受載荷時應力與變形深度具體分析。對影響系數計算公式做出相應的總結。從而方便快速進行有效精準計算，繪出計算簡圖。最后通過工程實例進行有效驗證。

3.3總沉量的計算

松軟土體在進行振沖碎石樁技術處理后，直接加固了松軟土體，使土的密度增加，強度增大、壓縮性減少、抗震性能增加，因而工程性能可以得到極大的改善。在松軟土體中構建了剛度較軟土大得多的碎石組成復合地基，共同承擔其上部的荷載。在基礎的整體變形下，通過樁、土的互相協調，大部分載荷傳遞給剛度大、強度高的碎石樁體。減少土體的負荷。使其沉降與不勻稱沉降大為減少[4]。

地基土的受力情況和土的變形性質來取決地基沉降的大小。由此可以計算出準確的承載值，提高地基承載力減小地基沉降。這種復合地基的技術具有良好經濟效益與社會效益，且得到了廣泛的應用。因此不少學者結合自身的工程實踐經驗，提出了比較實用的降沉計算方法。如下公式：

[SF=SSP+SX]

公式中：[SF]指復合基地的總沉量；[SSP]指復合地基加固區壓縮量；[SX]指下臥層壓縮量

在估算振沖碎石樁復合地基沉降值之前，首先應該注意先確定建筑物能承受的沉降量限值，不勻稱沉降的數值多少。對所有與沉降估算相關的土體參數信息進行匯總，如篩分、模量、PMT、CPT、SPT、全載荷測試、載荷板測試。對相關場地應力查明，如基礎所在場地是否開挖過。其次，確認準確的基礎尺寸和基礎的載荷，確定是否適合振動加密。對基礎載荷是重復加載還是原始載荷進行判定確認，查明總載荷是否接近極限破壞載荷。沉降計算值還是取決試驗與觀測值。

經過碎石樁的破壞模式和工作機理，向彈塑性力學中的半無限彈性體中，圓柱孔橫向變形理論推出計算振沖碎石樁單樁的承載力公式。對公式進行試算中的不足進行分析，讓計算值接近實際承載力。

4、面積置換率的確定

在對振沖碎石復合地基進行承載力檢測時，因為面積置換率與樁體直徑有著直接的關系。然而樁體直徑往往與設計值有著很大的差異。對于面積置換率m的取值往往采用設計值或者整個場地的平均值這是不準確的。例如，太原某化工企業搬遷改造工程，樁徑設計值為0.9m，開槽實測樁徑卻為1.0～1.2m。因為基礎布置與上部結構的影響，以及場地上不一樣的軟硬程度。樁間距離與樁體本身直徑就會存在很大的差異。所以置換率就會有不一樣的數值。但如果面積置換率采用的設計值，或整個場地的平均值。就會造成實際值的不準確，人為使檢測結果不準確。所以用實測樁體直徑和樁間距離來計算樁的面積置換率，以保證測驗實際值準確性。

5、結束語：

各種振沖復合地基承載力及變形的計算都需要收集足夠的土工參數和測量數據來修正計算模型。在振沖設備與施工工藝兩方面大大的影響地基的承載力和后期沉降。對復合地基承載力特征值計算公式進行分析，從樁土應力分配角度和施工工藝兩方面因素。對復合地基承載力計算方法進行修正，應優先采用載荷試驗的方法對復合地基承載力進行檢測。若是受到條件限制，應同時對樁體和樁間土進行檢測。運用原位測試和室內土工試驗相結合的辦法對樁間土進行檢測，采用重型動力觸探對樁體進行檢測，計算出地基承載力及壓縮模量。

參考文獻：

[1]黃小軍. 振沖碎石樁復合地基承載力與沉降計算研究[D]. 吉林大學， 2007.

[2]張文勇， 胡曉鋒. 振沖碎石樁加固軟弱地基的承載力與沉降計算探討[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2013（22）：63-64.

[3]賈麗華. 振沖碎石樁加固軟弱地基的承載力與沉降計算探討[J]. 科技情報開發與經濟， 1999（4）：63-64.

[4]王作安. 振沖碎石樁復合地基容許承載力的計算[J]. 山東煤炭科技， 1990（1）：35-38.