刚性芯桩组合桩复合地基动力试验研究

张攀星 冯俊辉

（河北大学 建筑工程学院，河北 保定 071002）

0 引言

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强、或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固体是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。

刚柔组合桩复合地基是在现有单一桩型复合地基的基础上，采用刚性桩和柔性桩组合而成的复合地基。由于岩土工程的复杂性，单一桩型的复合地基有事难以从功能或经济的方面满足工程要求，而组合桩复合地基则可以发挥单一桩型复合地基的优点和长处，达到增加强度，变性协调、经济和技术的统一。

随着经济的迅速发展，复合地基的动力问题已经成为人们关注的热点，因此，复合地基设计中引入抗震的理念具有特别重要的理论和现实的意义。

国内外针对场地地基和土坝的动力反应与抗震分析的研究开展得比较多，针对复合地基的特点来研究抗震动力反应特性的成果还很少。因此通过现场试验研究刚柔组合桩复合地基的破坏机理和动力特性是非常必要的。

本文采用爆破地震动模拟天然地震，将柔性桩、刚性桩进行优化组合形成刚芯桩长短桩复合地基、刚性桩和柔性桩组合桩复合地基、刚性芯柔性桩复合地基。根据场地的工程地质特性设计了等比例现场动力试验；对刚柔组合桩复合地基的动力特性进行对比试验研究。

1 试验场地概况

试验场地勘察任务由河北建研科技有限公司承担。本次勘察根据钻探揭露，在最大深度20m内，场地地基土层主要有耕植土，黄土状粉质粘土，细砂，中砂，和粉质粘土构成。

2 刚性芯桩组合桩复合地基动力试验模型

本试验选取4m×4m正方形地块，将表面耕植土清理后使用。刚性芯桩水泥土环直径设计为350mm，芯桩桩径设计为110mm，桩间距为1m，桩长6m褥垫层采用级配碎石，厚度为0.1m。选取6#桩作为试验桩，在6#桩身和桩顶安装加速度传感器，间隔2米；并在桩间土中安装加速度传感器。

复合地基静载试验选用堆载形式进行加载，荷载板选用2m×2m，厚度为 2cm 的钢板。 加载分级为：18t、36t、54t、72t，对应的基底压力分别为：45kPa、90kPa、135kPa、180kPa。 均小于复合地基承载力特征值。动力荷载采用爆破地震动获得。爆破地震动采用的炸药量2kg。

本次试验动力荷载采用爆破激振激振方式。试验分为以下两种工况：

工况1：空载爆破激振方式时，刚性芯桩组合桩复合地基动力特性和时程响应分析。

工况2：分级加载爆破激振方式时，刚性芯桩组合桩复合地基动力特性和时程响应分析。

3 刚性芯桩组合桩复合地基动力试验结果分析

（1）加速度时程曲线图以刚性芯桩复合地基在空载的情况下爆破地震动为例得出曲线图如图1。

图1 0、6、9号测点加速度时程曲线

图2 爆破地震不同荷载下，刚性芯桩复合地基水平（左）与竖直方向（右）峰值加速度

图3 爆破地震不同荷载下，刚性芯桩复合地基水平方向（左）与竖直方向（右）主频变化曲线

上图分别表示了在爆破地震动作用下，空载、36吨和72吨荷载时刚性芯桩复合地基不同深度不同方向的峰值加速度变化曲线。

（2）刚性芯桩组合桩复合地基在爆破地震动情况下主频分析（图3）。

4 结论

本文对刚性芯桩组合桩复合地基分爆破情况下下对该类型复合地基进行了动力特性和动力响应研究，在相同爆破地震动作用下，分别对主频和峰值响应进行了分析，得出了下列规律：

（1）刚性芯桩组合桩复合地基对加速度峰值沿桩体有放大作用；

（2）对于复合地基来说，上部荷载的大小对主频由直接影响，载荷越大，主频越小，反之，主频越大。

［1］龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

［2］王立忠，柯瀚，陈云敏.地震荷载作用下水泥搅拌桩的动力响应[J].振动工程学报，1998，11（4）：416-423.

［3］章定文，刘松玉.水泥土桩复合地基动力效应研究进展[J].地震工程与工程振动，2006，26（2）：149-155.

［4］王伟，杨尧志.水泥粉煤灰碎石桩复合地基抗震性能分析[J].世界地震工程，2000，16（2）：97-100.

［5］陈善民，王立忠，李挺.水泥土动力特性研究室内试验及复合地基抗震特性分析[J].浙江大学学报，2000，34（4）：398-403.

［6］陈善民.水泥土搅拌桩复合地基的静、动力特性研究[D].浙江大学，2000.

［7］杨志华，杨庆.水泥土搅拌桩复合地基震动性能时程分析[J].岩土力学，2008，29（3）：805-810.

［8］潘晓东，徐长节，蔡袁强.水泥搅拌桩加固坝基动力响应分析[J].振动工程学报，2001，14（3）：359-363.

［9］祝彦知，王俊林.复合地基各向异性地震反应的数值模拟[J].工业建筑，2005，35（6）：45-48.

［10］张艳美.碎石桩复合地基三维地震响应分析[J].工程地质学报，2008，16（1）：48-52.