深层搅拌桩试桩设计及静载试验参数分析

赵 伟¹， 高铭辉¹，黄清和²，邹燕红²
（1.厦门市水处理投资建设有限公司，福建 厦门 361004； 2.厦门地质工程勘察院，福建 厦门 361004）

　　摘 要：阐述了通过试桩确定深层搅拌桩加固场地土的适宜性，并在静载试验的基础上分析了淤泥、砂质粘土桩周土的平均摩阻力极限值及桩端为砂质粘土的桩周土承载力折减系数。
　　关键词： 深层搅拌桩； 试桩； 静载试验
　　中图分类号：TU742
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2000)03-0036-02

1 工程概况

　　集美某工程位于海滨，原地貌为海湾滩涂，工程建设前进行人工填海造陆，地层从上到下依次为：①素填土，厚2.5～4.1m，主要由残坡积土回填，松散；②淤泥，厚5.6～8.6m，主要由粘粉粒组成，含少量腐殖质，略具臭味，流塑；③砂质粘土，厚0.7～3.2m，主要由粘 粉粒及砂砾粒组成，可塑；④含泥中粗砂，饱和，中密；⑤残积砂质粘性土，可塑或硬塑。结合上部结构及地层特征，设计采用深层搅拌桩对软基进行改良加固，共布设搅拌桩9500多根，桩径50cm，桩端要求进入淤泥层下的硬土层50cm，单桩竖向抗压极限承载力170kN。?

2 试桩设计

　　为了解深层搅拌桩在该场地的成桩适应性，先用425^#和525^#普通硅酸盐水泥各按掺灰比13％、15％分别和淤泥搅拌制成试块用海水养护后进行抗压试验，在试块强度能满足设计要求后采用425^#普通硅酸盐水泥进行成桩试验，掺灰比15％，全桩复搅。龄期7d时进行了钻芯检测，发现水泥土拌和均匀。龄期8h的桩身水泥土轻便动力触探试验表明， 轻探击数N₁₀>15击，桩身强度满足设计要求，并经开挖观察，桩体成型及外观 质量符合要求。?
　　为分析深层搅拌桩相关设计参数，进行了静载单桩竖向抗压极限值试验。
　　Ａ^#试验桩：以淤泥层为桩端持力层，桩顶位于淤泥层内；
　　Ｂ^#试验桩：穿透淤泥层，以砂质粘土层作为桩端持力层，桩顶位于淤泥层内；
　　Ｃ^#试验桩：复合地基（4根），以砂质粘土层作为桩端持力层，桩顶位于淤泥层内。桩长及桩侧地层分布如图1。

3 静载试验结果及参数分析

3.1 静载试验结果 ?

　　静载试验由堆砂压重平台作为反力装置，试验静荷载由安装在桩顶的油压千斤顶进行逐级加荷，桩顶沉降由对称方向安装的大量程百分表进行测读。试验加荷方式为慢速维持荷载法，按预估极限承载力，共分10级加荷，在每级荷载作用下，当桩顶沉降量＜0.1mm，并在1h内连续出现两次，则认为已趋稳定，再加下一级荷载，直至某一荷载下沉 降急骤增大，S-Q曲线出现明显陡降段时才终止加荷。?
　　Ａ^#试验桩：预估极限承载力180kN，每级荷载增量18kN，当加荷至162 kN时沉降急骤增大，认为已达到极限状态，其单桩极限承载力取前一级荷载：144kN。?
　　B^#试验桩：预估极限承载力200kN，每级荷载增量20kN，当加荷至200kN时沉降急骤增大，其单桩极限承载力取前一级荷载：180kN。?
　　C^#试验桩：为复合地基，桩距1.2m×1.2m,正方形布桩,荷载板采用2.4m×2.4m的正方形钢板，预估5.76m²复合地基极限承载力960kN，每级荷载增量96kN，当加荷至864kN时沉降急骤增大，其极限承载力取前级荷载768 kN，复合地基极限承载力取：768 kN/5.76m²＝133kPa。?
3.2 参数分析 ?
　　本次各试验桩淤泥段全段复搅，水泥土拌和均匀，且均在龄期28d时进行静载试验，水泥土试块无侧限抗压强度>1.0MPa，单桩竖向承载力极限值R′_d、复合地基承载力极限值(f′_sp)用下式计算：?
　　

　　式中　q’_sp——桩周土的平均摩阻力极限值，kPa
　　　　　U_p——桩周长，m，U_p=1.57m
　　　　　I_i——桩长,m
　　　　　α——桩端天然地基土的承载力折减系数，取α=0.5
　　　　　A_p——桩的截面积，m²，A_p=0.196m²
　　　　　q_p’——桩端天然地基土的承载力极限值，kPa，淤泥q_p2’=100kPa ，砂质黏土q_p3’=400kPa
　　　　　m——面积置换率(％)=(nA_p/A)×100%=((1×0.196)/(1.2×1.2) )×100%=13.6%
　　　　　β——桩间土承载力折减系数
　　　　　f_n’——桩间天然地基土承载力极限值，kPa,淤泥f_n’=100kPa

　　把A_#试验桩试验结果代入式(1)，求得淤泥层桩周土得平均摩阻力极限值q_s2’=8.4kPa；
　　把B_#试验桩试验结果及q_s2’代入式(1)，求得砂质黏土层桩周土得平均摩阻力极限值q_s3’=49.8kPa；
　　把q_s2’、q_s3’代入式(1),求得C#试验桩单桩竖向承载力极限值R_d’=171KN；
　　把C_#试验桩试验结果及R_d’=171KN代入式(2)，求得β=0.17。
　　把分析参数代入式(1)计算，若淤泥层厚7.0m，桩端进入砂质粘土层50cm，本场地深层搅拌桩单桩竖向抗压极限承载力≮170 kN。若淤泥层厚＜7.0m，则桩端进入砂质粘土层深度宜适当加大，才能保证单桩竖向抗压极限承载力＞170 kN。?
　　本工程验收检测时，对50多根搅拌桩进行了竖向抗压静载试验,试验承载力均达到设计要求 。
为对比上述参数的可靠性，将位于勘探孔旁的3根单桩承载力计算结果与验收实测结果资料列于表1，经对比分析，试桩所得参数是合适可靠的。

表1 检测桩实测承载力与计算承载力对比表 桩号 桩长（m） 计算值 桩端持力层 实测值 备注 桩侧地层 计算单桩(复合地基)
竖向承载力极限值
（kN) 试验达到最
大加载压力
（kN) 最终
沉降
(mm) 卸荷
回弹
(mm) 残余
沉降
(mm) 淤泥
(m) 砂质粘土
(m) 单桩 135-40 9.1 8.6 0.5 192 砂质粘土 170 4.67 3.49 1.19 最终进入稳定状态 221-25 8.0 7.5 0.5 177 170 12.2 2.89 9.31 最终进入稳定状态 244-21 8.5 8.0 0.5 184 170 4.48 4.26 0.22 最终进入稳定状态

4 结论 ?

　　① 通过试桩认定，本场地采用深层搅拌桩进行软基加固是可行的。?
　　② 试验结果表明，本场地淤泥层桩周土的平均摩阻力极限值仅8.4kPa，砂质粘土层桩周土的平均摩阻力极限值则高达49.8 kPa。?
　　③ 试验结果表明，本场地桩端为硬土，桩间土承载力折减系数仅0.17。
　　④由于各地区淤泥成因、成分和包含物不同，其成桩适宜性及平均摩阻力极限值不一，采用深层搅拌桩时，应进行试桩。

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收稿日期：1999-10-15