粉喷桩单桩承载力时间效应试验研究

颜庆智 闫相祯

试验场地位于胜利埕岛油田。软土具有含水量高、孔隙比大、承载力低等特点，特别适合于用粉喷桩复合地基进行加固处理。粉喷桩加固处理的主要是第②层～第④层土，其主要土层的物理力学性质指标见表1。场区按地下水的含量可划分为A，B两区，A区由于下水管道的渗漏，使地下水局部富集，含水量偏高，土质相对较软，地下水埋深为1.70 m，B区未见地下水。

表1 主要土层物理力学指标统计表

1 理论依据

时间效应产生的机理:在成桩过程中，水泥与土中粘粒和水的物理化学反应及水化作用，桩身强度不断增长，搅拌时对周围桩周土的扰动，土体的再固结及强度恢复[1，2］。

在饱和软土中，在单桩承载力标准值应力水平时，桩端阻力为零，桩周土处于弹性状态。

当r≤rsu时

其中，τ为桩侧摩阻力，kPa;τu为桩侧摩阻力极限值，kPa;rs为桩、土相对位移，m;rsu为对应于τu的rs值，m;k为桩与桩周土的弹性摩擦系数。在桩顶荷载P的作用下，桩顶下x处桩身截面的内力为N，并设桩端土受力为Nd=0，桩截面面积为Ap，桩周长为U，桩身弹性模量为E。在x处取一微单元体dx，其内力变化为dN，根据力的平衡关系:

根据变形协调关系，桩身的微应变为ε=dx/x时:

根据桩身变形服从虎克定律ε=－N/(ApE)整理得出:

经一系列变换建立桩顶荷载与位移、桩周土的性状及桩身强度之间的关系式:

粉喷桩单桩承载力是随着成桩时间的增长而逐渐提高的，且桩身强度起着重要的作用[2］。

2 水泥土室内强度试验

在成桩后 7 d，14 d，28 d，60 d，90 d，采用压力试验机分别做桩身试块(70．7×70．7×70．7)mm的无侧限抗压强度试验，试验共4组，每组5个试件。水泥土抗压强度按式(5)计算:

其中，fcu为试验龄期下水泥土抗压强度，MPa;P为破坏荷载，N;A为试件的承压面积，mm2。

试验采用的压力试验机，其示值的相对误差不应大于2%，量程应能使试件的预计破坏荷载不小于全量程的20%，也不应大于全量程的80%。

表2 无侧限抗压强度试验结果

3 试验成果分析

试验测得水泥土无侧限抗压强度值见表2，桩身无侧限抗压强度平均值(fcu)与时间(t)的关系见图1。

图1 A，B区桩身无侧限抗压强度与时间的关系

图2 单桩承载力时间效应曲线

由试验结果图1可知，水泥土的强度随着龄期的增长而提高，28 d以前水泥土强度随时间的增长而显著提高，28 d后强度仍有增长，但增长速度减慢，60 d后十分缓慢。

本次试验得出7 d，14 d，28 d，60 d和90 d龄期的无侧限抗压强度平均值为:

fcu7=0．74 MPa，fcu14=1．10 MPa，fcu28=1．38 MPa，fcu60=1．74 MPa，fcu90=1．93 MPa满足经验公式。

某个龄期(T)的无侧限抗压强度fcuT与28 d龄期的无侧限抗压强度fcu28的比值fcuT/fcu28与龄期T的关系式如下:

在其他条件相同的前提下，两个不同龄期的水泥土无侧限抗压强度之比随龄期之比的增大而增大。其经验方程式为:

4 不同龄期的单桩载荷试验

不同龄期单桩载荷试验共4组，A，B区各2组，分别做14 d，28 d，60 d，90 d龄期平板载荷试验。粉喷桩单桩的静载荷试验采用慢速维持荷载法，按“单桩竖向抗压静载荷试验”进行[4］;粉喷桩复合地基静载荷采用载荷板加载试验的慢速维持荷载法，按“复合地基载荷试验要点”进行[5］。试验成果见表3，单桩承载力时间效应曲线见图2。由表3载荷试验结果及图2单桩承载力时间效应曲线得出，单桩承载力随龄期的增大而增大，单桩承载力的平均增幅:14 d～28 d为26．4%，28 d～60 d为5．5%，60 d～90 d为2．8%，具有明显的时间效应。场区由于地下水的影响，增加了水泥土的硬凝时间，并减小了桩侧摩阻力，从而使场区A，B单桩承载力时间效应有较大的差异。

表3 载荷试验中各单桩承载力值

5 结语

粉喷桩单桩承载力具有明显的时间效应，即单桩承载力随龄期的增大而增大，并具有前期快、后期缓慢的特点，在成桩后28 d内，承载力显著提高，随后提高幅度减弱。

[1]杜海金，张建新，吴东云，等．粉喷桩单桩承载力的时效分析[J］．岩石力学与工程学报，2002(4):586-589．

[2]叶 彬，蒋 军．预应力管桩单桩极限承载力时效性研究[J］．低温建筑技术，2005(10):2．

[3]胡 琦，蒋 军．回归法分析预应力管桩单桩极限承载力时效性[J］．哈尔滨工业大学学报，2006(21):4．

[4]JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S］．

[5]JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S］．