悬浮水泥搅拌桩βp与βs参数取值静载试验研究

张兆光

(珠海情侣海岸建设有限公司，广东 珠海 519000)

1 引言

珠江三角洲地区普遍分布有深厚软土层，软土主要由淤泥和淤泥质土组成，其具有含水量高、孔隙比大、压缩性大、强度低、流变触变等特征，是导致出现工程问题的主因[1-3]。水泥搅拌桩具有施工工艺成熟、工程造价较低、施工速度快等优点，普遍用于深厚软土处置工程中[4-5]。水泥搅拌桩的设计计算是工程界讨论的热点问题之一，由于岩土成因的复杂性，不同区域采用水泥搅拌桩加固时参数取值具有明显的差异性。国内不同规范对水泥搅拌桩复合地基承载力计算时的桩体竖向抗压承载力修正系数βp和桩间土地基承载力修正系数βs的取值存在差别，其中GB/T 50783—2012《复合地基技术规范》[6]中规定βp宜按当地经验取值，无经验时可取0.85～1.0，设置垫层时应取低值；βs宜按当地经验取值，当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土地基承载力特征值的平均值时，可取0.10～0.40，差值大时应取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土地基承载力特征值的平均值时，可取0.50～0.95，差值大时或填土路堤和柔性面层堆场及设置垫层时应取高值。JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》[7]中βp可取1.0；βs对于淤泥、淤泥质土和流塑状软土等处理土层，可取0.1～0.4，对其他土层可取0.4～0.8。JTG/T D31-02—2013《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》[8]默认βp取1.0；βs当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.1～0.4，差值大时应取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.50～0.9，差值大时或设置垫层时应取高值。广东省标准DBJ/T 15-38—2019《建筑地基处理技术规范》[9]中βp可取1.0；βs对于淤泥和淤泥质土可取0.1～0.4，当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值平均值时，可取0.5～0.8。GDJTG/T E01—2011《广东省公路软土地基设计与施工技术规定》[10]默认βp取1.0；βs如无经验时可取0.65～0.95，桩长度大、设置褥垫层时取高值。

目前，单轴搅拌桩的设备施工最大桩长不大于25 m，对于软土层厚度大于25 m 的情况，且工程对工后沉降要求不高时，往往采用悬浮水泥搅拌桩，规范中并未针对悬浮水泥搅拌桩的设计计算参数做出规定，因此，研究悬浮水泥搅拌桩的βp和βs取值具有很好的工程意义。本文依托珠海地区深厚软土路基项目，对已完工的水泥搅拌桩进行单桩承载力和复合地基承载力静载试验，通过静载试验的荷载与沉降曲线，研究试验桩的βp和βs取值。

2 工程概况

2.1 项目概况

拟建道路等级为城市支路，红线宽度18 m，双向2 车道，设计车速为30 km/h。软土路基采用水泥搅拌桩处理，设计桩径800 mm，桩间距1.9 m，矩形布置，桩顶标高1.5 m，水泥掺入量18%，施工工艺为四搅四喷，设计桩长25 m。试桩位于ZK06 附近，根据典型地质剖面图可知，该处搅拌桩未打穿淤泥层，为悬浮水泥搅拌桩。

2.2 工程地质条件

根据勘察报告，本项目地层自上而下分别为：

1）杂填土，土黄、土灰色，主要由花岗岩风化土堆填而成，岩芯呈松散状，湿～ 饱和，欠压实，局部含花岗岩碎块石，以及少量建筑物垃圾，堆填时间为10年以上，厚度4.50～10.50 m，平均厚度7.18 m。

2）淤泥，灰黑色，具腐臭味，质较纯，含有机质，手拈滑腻，底部含砂量较高，饱和，流塑。厚度15.90～24.90 m，平均厚度20.16 m。

4）全风化花岗岩，土黄色，岩芯土柱状，原岩结构隐约可辨，组分主要为黏土、石英及少量长石碎屑，很湿，硬塑。岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类。厚度4.80～8.50 m，平均揭露厚度5.95 m。

典型地质剖面图如图1所示，岩土参数指标如表1所列。

表1 岩土参数指标

3）砂质黏性土，土黄色，岩芯呈土柱状，为花岗岩风化土残积而成，原岩结构已破坏，主要由黏性土和石英砂组成，很湿，硬塑。厚度7.50～12.70 m，平均揭露厚度10.18 m。

3 现场静载试验

现场按照设计要求进行了试桩，龄期达到28 d 后，进行了单桩承载力和单桩复合地基承载力静载试验，其中单桩复合地基静载试验压板尺寸为3.61 m2，获得了单桩静载试验的荷载与沉降曲线如图2所示，单桩复合地基静载试验的荷载与沉降曲线如图3所示。

1）由图2可知：搅拌桩在试验荷载420 kN 作用下压力稳定，桩顶沉降量累计为29.27 mm，加载至480 kN 时，沉降量进一步增大，桩顶沉降量累计为48.19 mm，随后加载至540 kN，桩顶沉降量累计为80.54 mm，终止加载，曲线无回弹，Q-s 曲线呈缓变形特征，根据DBJ/T 15-60—2019《建筑地基基础检测规范》规定，可取s=40 mm 所对应的荷载为该桩的单桩竖向抗压极限承载力，即Qu＝454 kN，则单桩承载力特征值为227 kN。

2）由图3可知：试验加载到722 kN 时，总沉降为10.99 mm，沉降量不大，而且Q-s 曲线平缓，无明显陡降段，最大沉降量10.99 mm，最大回弹量5.15 mm，回弹率46.86%，根据DBJ/T 15-60—2019《建筑地基基础检测规范》规定，可取最大加载量荷载为复合地基承载力极限值722/3.61=200 kPa，则单桩复合地基承载力特征值为100 kPa。

3）将单桩静载和单桩复合地基荷载与沉降曲线进行对比分析，由图4可知，复合地基静载试验曲线沉降较小，单桩静载试验曲线沉降较大，在复合地基承载力特征值100 kPa 对应的沉降值为10.99/2=5.495 mm，对应的单桩承载力=180+(5.495-5.11）/(7.82-5.11）×(240-180）=188 kN。

4 βp 和βs 值计算

4.1 βp 计算

根据复合地基静载试验沉降对应的单桩承载力为188 kN，单桩静载确定的单桩承载力特征值为227 kN，因此，βp=188/227=0.828。

4.2 βs 计算

根据复合地基承载力公式计算如下：

式中，fspk为复合地基承载力特征值，kPa；m 为复合地基置换率；Ra为单桩竖向抗压承载力特征值，kN；Ap为单桩截面积，m2；fsk为桩间土地基承载力特征值，kPa。

5 结论

当采用悬浮水泥搅拌桩设计时，由于桩端未进入良好持力层，桩与地基土共同承载、协调沉降。单桩承载力不能完全发挥，桩体竖向抗压承载力修正系数βp＜1.0，本项目计算得到βp=0.828。从计算结果可知βs≈1.0，说明桩间土承载力能够完全发挥，与现有规范规定的系数有较大的出入，因此，设计估算承载力时应合理取值。