粉土粉砂地層中勁性復合樁豎向承載力計算優化

許明軍

（中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

勁性復合樁是一種由散體樁、柔性樁、剛性樁中的兩種以上復合形成的樁。水泥土攪拌樁施工速度快、處理效果徹底，對深層地基問題也能有效治理，但其缺點也很顯著，承載力較低、施工周期長、質量難以控制、造價相對較高。預制樁強度大，施工質量好，但成本高，對土層強度依賴大，施工易出現樁身反彈而導致其強度降低或破壞。勁性復合樁可以結合兩種基礎的優點，承載力較高，質量可靠，可以減少樁長、減少造價及縮短工期；攪拌插芯成樁，使其側向剛度較大，從而水平穩定性高，在江蘇沿江、沿海地區得到廣泛應用。

1 現有規范豎向承載力計算方法

1994年，河北滄州最早研制出一種將預制的空心鋼筋混凝土電線桿插入水泥土攪拌樁樁體中的勁性復合樁。此后，全部各地對這種樁型都有所研究，并編制了相應規范。梳理每本規范發現，各本規范都設定了一些破壞模式，根據破壞模式的不同給出了勁性復合樁豎向承載力公式，具體每本規范給出的破壞模式計算如表1所示。

表1 不同破壞模式下勁性復合樁豎向承載力公式

從表1可以看出，基本每本規范都考慮了樁周土整體強度破壞模式，其余破壞模式根據地區的適用而有側重點不同。經分析，《水泥土復合管樁基礎技術規程》（JGJ/T 330—2014）以及《加芯攪拌樁技術規程》（YB 2007）考慮了勁性復合樁（短芯）全部破壞模式，適用范圍更廣。下面就以這兩本規范中的公式作為代表性公式進行分析：

式中：up為水泥土樁周長；qsia為復合段樁周側摩阻力特征值；qsja為非復合段樁周側摩阻力特征值；qpa為復合段樁端阻力特征值；ξ為復合段側摩阻力調整系數；ξp為樁端天然地基承載力折減系數；Ap為水泥土樁截面積；Ac為芯樁側表面積。

2 文章優化的豎向承載力計算方法

（1）不同破壞模式示意圖如圖1所示。從破壞模式圖中可以看出，公式（2）中的Ap為水泥土樁截面積，顯然在破壞模式Ra2是不對的，因此，公式（2）中Ap改為Ap-Ac。根據李立業等[7]的分析，考慮預應力混凝土管樁所受的預應力進行修正，即。通過實驗表明，預應力管樁與水泥土的應力比粉土粉砂地層中一般在7～10左右，公式可改為Ra2=ηfcu[Ap+（n-1）Ac]。

圖1 不同破壞模式示意圖

（2）董平等[8]通過研究混凝土芯水泥土試樁的承載力和荷載傳遞分布，發現混凝土芯水泥土樁工作原理與摩擦樁類似，樁端只承擔總荷載的7%左右，而且樁周的平均極限摩阻力遠遠高于一般水泥土攪拌樁。同時，根據破壞模式圖可以看出Ra3中的AP應該為AC。

（3）目前國內已有規范中內外芯界面參數的取值相差較大，《勁性復合樁技術規程》（JGJ/T 327—2014）不考慮水泥土強度折減系取值為0.04～0.08，其他規范考慮水泥土強度折減系取值為0.16～0.19。根據吳邁等人[9]研究，一般考慮水泥土強度折減系0.33，內外芯界面參數取值為0.2。

3 工程實例

引用李立業[7]勁性復合樁承載力計算方法探討一文中江蘇海安書香園小區工程為例進行計算分析，土層條件如表2所示。

圖2 預測值與實驗值

4 結束語

文章在梳理規范中承載力計算方法的基礎上，提出了優化的承載力計算公式本，修正后的公式可以較準確地反映該樁型在粉土、粉砂地層中的實際承載能力和破壞模式。

表2 土層條件

所用勁性復合樁為PHC管樁和水泥土攪拌樁的復合樁，參數如表3所示。

表3 勁性復合樁參數

所用勁性復合樁的原位靜載承載力特征值取極限承載力的一半，即Ra（#3、#4、#5）=3465kN，Ra（#8、#9、#10）=1890kN。

文章優化的公式準確地反映了該樁型在粉土、粉砂地層中的破壞模式，如圖2所示。對于#3～#5、#8～#10，預測其破壞模式為復合段橫截面破壞，預測的承載力與現場測試結果十分接近。同時也可看出，管樁與水泥土樁之間的交界面有較高的強度，一般不會起到承載力的控制作用。