旋喷桩复合地基承载力的确定

宋兴海，刘振京，张 云，路 维，孙莲阁

（1.河北工程技术高等专科学校土木工程系，河北沧州 061001；2.沧州医学高等专科学校招生办，河北沧州 061001）

旋喷桩复合地基承载力的确定

宋兴海1，刘振京1，张 云1，路 维1，孙莲阁2

（1.河北工程技术高等专科学校土木工程系，河北沧州 061001；2.沧州医学高等专科学校招生办，河北沧州 061001）

介绍了旋喷桩复合地基承载力确定的方法。结合深圳地区某旋喷桩复合地基现场静载试验对复合地基承载力的确定做了探讨，认为利用公式估算复合地基承载力特征值时要合理选择Ra，f sk，β的取值。对静载试验值极差大于平均值30%的复合地基如何确定承载力特征值进行探讨，引进了较为合理的取值方法。提出了将大小不一的压板下载荷试验得到的复合地基承载力换算成实际基础面积下的复合地基承载力的换算方法。

旋喷桩；复合地基；承载力

复合地基是指天然条件下地基和杂填土在处理过程中部分地基土体得到增强，由增强体和其周围地基土共同承担上部荷载并协调变形的人工地基［1］。旋喷桩地基就是由旋喷桩、桩间土与褥垫层共同组成的复合地基。旋喷桩最早于20世纪60年代末期应用于日本大阪市地下铁路的施工中，中国是继日本之后研究开发高压喷射注浆法较早、应用范围较广的国家。高压喷射注浆法具有施工设备简单、轻便、噪声和振动小、施工速度快、机械化程度高、成本低、用途广等优点，在国内外应用比较广泛。

旋喷桩复合地基承载力特征值应该由现场载荷试验来确定。设计时可由公式法来初步估算，复合地基施工结束并达到一定强度后，由检测单位进行静载荷试验，检验地基承载力。

1 理论计算

《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79－2002）［2］规定旋喷桩复合地基承载力特征值应由载荷试验来确定，设计时可按式（1）初步估算：

式中：f spk为复合地基承载力特征值（k Pa）；m为复合地基面积置换率；Ra为单桩竖直向承载力特征值（k N）；A p为旋喷桩的横截面积（m2）；β为桩间土的承载力折减系数，可由试验或工程经验确定，当没有试验数据或经验时，可取0～0.5，承载力较低时取较低数值；f sk为处理后的桩间土的承载力特征值（k Pa），应按当地情况取值，若没有经验，可取天然地基的承载力特征值。

单桩竖直向承载力特征值可通过现场单桩载荷试验确定。也可按式（2）和式（3）估算，取其中较小值：

式中：f cu为与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7 mm的立方体）在标准养护条件下28 d龄期的立方体抗压强度平均值（k Pa）；η为桩身强度折减系数，可取0.33；li为桩周第i层土的厚度（m）；qsi为桩周第i层土的侧面阻力特征值（k Pa），可由《建筑地基基础设计规范》（GB 5007—2002）相关规定或地区经验来确定；qp为桩端地基土未经修正的承载力特征值（k Pa），可由《建筑地基基础设计规范》（GB 5007—2002）相关规定或地区经验来确定。

在没有试验数据的情况时，可按式（1）初步估算复合地基承载力，但也应结合当地工程经验，来合理地确定Ra，fsk，β。考虑到对工程保持有足够安全度，公式计算结果不宜大于载荷试验结果［3］。

2 现场试验

复合地基承载力的理论值一般偏于安全，在复合地基的初步设计时，就安全角度来考虑，可由式（1）来初步计算复合地基承载力。但是同一复合地基的Ra，fsk，β等的取值难以确定，这样往往会得出不同的复合地基承载力理论值。故《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79－2002）强调复合地基在竣工后验收时，必须应用载荷试验来检测承载力，对于旋喷桩还强调应用复合地基载荷试验以及单桩载荷试验来检测承载力。

当前，静载荷试验是最具权威的载荷试验方法，它能很好地模拟实际桩身载荷工况，得到桩的实际条件下的承载力值。载荷试验一般在28 d龄期后进行，通过p-s曲线确定复合地基承载力。

2.1 承载力特征值试验值的确定

《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79－2002）规定：

1）当压力－沉降曲线上的极限荷载能确定，且其值不小于对应比例界限的2倍时，可以取比例界限；当其值小于对应比例极限的2倍时，可取极限荷载的1／2；

2）当压力－沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定，且不应大于最大加载压力的1／2，对于旋喷桩复合地基，可以取s／b或s／d等于0.006所对应的压力。

2.2 承载力特征值试验值的统计计算

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79－2002），对于复合地基，当需要进行静载试验时，试验点的数量不应少于3点，当满足其极差不超过平均值的30%时，可以取其平均值为复合地基承载力特征值，然而对于极差大于平均值30%的复合地基，如何确定其承载力特征值，规范未作进一步明确规定。笔者建议按照《岩土工程勘察规范》（GB 50021－2001）［4］第14.2.4条确定岩土参数标准值的统计方法，对极差大于平均值30%的复合地基承载力试验值进行统计计算，即

式中：f spk为复合地基承载力特征值（k Pa）；f mspk为复合地基承载力实测平均值（k Pa）；γs为统计修正系数；δ为复合地基承载力变异系数；n为桩长范围内所划分的土层数。

2.3 不同压板面积载荷试验确定的承载力与实际基础作用下承载力之间的换算

进行复合地基载荷试验时，使用的压板面积大小不一，则压板面积范围内的桩土置换率就不同，最终得到的承载力值就不同。如果压板面积作用下的桩土置换率与实际基础相同，则由载荷试验确定的复合地基承载力就等于实际的复合地基承载力。如果压板面积作用下的桩土置换率与实际基础不同，则由载荷试验确定的复合地基承载力就不等于实际的复合地基承载力。此时建议通过式（6）－式（8）将不同压板面积作用下的复合地基承载力换算成实际基础面积作用下的复合地基承载力。

式（6）为载荷试验条件下承载力的计算，式（7）为实际基础作用下承载力的计算，式中各参数含义同式（1）中各参数。

①公路桥梁养护及加固是其施工管理的重要组成部分，确保较高质量的公路养护和加固技术应用，对于工程建设质量提升，和道路运行安全具有重大影响，其能确保公路桥梁社会服务职能的充分发挥。②对于建设企业而言，公路桥梁养护和加固技术的应用，有助于其施工工艺的不断成熟，从而在提升自身技术竞争优势的同时，实现工程质量效益、经济效益和社会效益的有效获得。③从社会发展的角度来看，公路桥梁工程服务于区域的社会生产实践，通过养护及加固技术应用，确保其建设的质量化，对于区域经济发展和社会进步具有重大影响。由此可见，在公路桥梁工程建设中，确保养护及加固技术的深层次应用势在必行。

复合地基中桩的强度往往能得到充分发挥，桩间土则不然，式中用折减系数来反应。则实际基础作用下和载荷试验条件下桩的承载力特征值和桩周地基土承载力特征值都是相同的，即Ra＝R′a，f sk＝f′sk，故联立式（6）和式（7）得

3 工程实例

笔者以广深港铁路客运专线ZH-2标（里程DK43＋860—DK44＋047）旋喷桩复合地基为例，对其地基承载力的确定进行讨论。

该里程线路为平原区，河流纵横，地形平坦，多为农田及水塘，场地土层条件见表1。旋喷桩桩径d＝0.5 m，按等边三角形布置，桩距s＝1.4 m，桩长14.6～17.6 m，水泥掺量150 kg／m，水灰比1∶1，喷 浆 压 力 23 MPa。对 5-17＃，13-17＃，34-2＃，46-2＃4个实验点进行复合地基载荷试验，载荷板尺寸为1.41 m×1.41 m，p-s曲线见图1，设计复合地基承 载 力 特 征 值 为 150 k Pa；对 9-14＃，40-4＃，46-8＃3个实验点进行单桩竖向抗压载荷试验，p－s曲线见图2，设计单桩抗压承载力特征值为130 k N。

表1 场地土层条件Tab.1 Stratum conditions

3.1 承载力的理论估算

从图2可以看出，9-14＃，40-4＃，46-8＃单桩竖向抗压承载力极限值均不小于260 k N，单桩竖向抗压承载力特征值均不小于130 k N，满足设计要求。由《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106－2003）［5］第4.4节知单桩竖向抗压承载力特征值为Ra＝130 k N。故复合地基承载力估算值为f spk＝mR a／A p＋β（1－m）f sk＝92.75 kPa。

3.2 承载力的现场试验确定

由图1可知5-17＃复合地基的极限承载力不小于300 k Pa，承载力特征值不小于150 k Pa，满足设计要求。13-17＃，34-2＃和46-2＃没有按预定最大试验加载量完成试验，p-s曲线提前出现明显拐点，承载力均不满足设计要求。根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79－2002）第A.0.9条确定各试验点承载力特征值见表2，显然极差大于平均值的30%。

表2 复合地基载荷试验结果Tab.2 Load test results of composite foundation

根据复合地基载荷试验结果计算复合地基承载力试验结果平均值为

3.3 结果分析

从计算结果可以看出，承载力理论值小于现场载荷试验值，主要是因为以下2点。

由于本实例只是对由按照设计要求施工的工程桩构成的复合地基的承载力是否能达到设计要求进行检验，所以，试验的最大加载量可只加到设计载荷的2倍［6］。在加载过程中没有出现极限载荷，并且相应沉降很小，因而计算时其值取为最大加载量的1／2作为特征值。其实际特征值往往会比此值大。

由于复合地基中桩间土应力在桩侧产生附加应力，导致桩的侧向阻力增加，同时在桩端产生的附加应力形成边梢效应，增加了桩端阻力，所以，复合地基中的单桩承载力要比自由条件下的单桩承载力大一些，用自由条件下的单桩载荷试验结果估算的承载力偏安全一些。

2）fsk的取值偏小

由于复合地基中桩的存在，使得桩间土的侧向变形受到很大限制，从而使桩间土的竖直向变形变小，承载力相对于天然地基有所提高。

此外，由统计结果可知，按照《岩土工程勘察规范》（GB 50021－2001）第14.2.4条确定岩土参数标准值的统计方法得到的复合地基承载力统计值很接近最小试验值。静载检测本身是通过小样本来推断总体，样本容量越小，可靠度越低。本实例样本容量较大，以统计方法得到的复合地基承载力统计值作为该复合地基承载力特征值是比较合适的。

4 结 论

通过以上分析，可以得出如下结论。

1）可按式（1）初步估算复合地基承载力特征值，同时也要考虑当地经验，合理确定Ra，f sk，β。

2）通过对深圳某旋喷桩复合地基静载试验结果的统计特征进行分析，提出了在极差大于平均值30%的情况下，复合地基承载力特征值的取值可参照《岩土工程勘察规范》（GB 50021－2001）第14.2节（岩土参数的分析和选定）所推荐的方法进行统计计算。

3）用现场载荷试验确定复合地基承载力特征值时，试验与实际工程具有相同的桩土置换率是最理想的。但要做到这一点是很困难的，因此，可先采用标准的压板面积进行载荷试验，再按本文换算公式进行换算，进而得到相对合理的结果。

［1］赵明华.土力学与基础工程［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2003.

［2］JGJ 79—2002，建筑地基处理技术规范［S］.

［3］李 琴，张同贵.粉喷桩复合地基承载力现场试验研究［J］.盐城工学院学报（自然科学版）（Journal of Yancheng Institute of Technology（Natural Science Edition）），2006，19（1）：76-78.

［4］GB 50021—2001，岩土工程勘察规范［S］.

［5］JGJ 106—2003，建筑基桩检测技术规范［S］.

［6］马克生，梁仁旺，白晓红.水泥搅拌桩复合地基承载力的试验确定［J］.岩石力学与工程学报（Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering），2004，23（15）：2 652-2 654.

Determination of bearing capacity of rotary jet grouting piled composite foundation

SONG Xing-hai1，LIU Zhen-jing1，ZHANG Yun1，LU Wei1，SUN Lian-ge2
（1.Department of Civil Engineering，Hebei Engineering and Technical College，Cangzhou Hebei 061001，China；2.Admissions Office，Cangzhou Medical College，Cangzhou Hebei 061001，China）

This paper introduces a method of determining the bearing capacity of rotary jet grouting piled composite foundation，and in combination with the on-site experiment of rotary jet grouting piled composite foundation in Shenzhen area，makes the analysis on the bearing capacity of the composite foundation.It is confirmed that while utilizing the formula to estimate the characteristic value of capacity，the values ofRa，f skandβshould be properly chosen.The determination of the characteristic value of capacity is studied when the range is 30%greater than that of the average in the static load test.Accordingly，a method is put forward to convert the bearing capacity of composite foundation by different pressure plate area load tests to the actual bearing capacity of composite foundation.

composite foundation；rotary jet grouting pile；bearing capacity

TU473

A

1008-1542（2012）01-0074-05

2011-08-29；责任编辑：冯 民

宋兴海（1982-），男，河北南皮人，讲师，主要从事土力学与地基基础方面的教学与研究。