天津市市政工程设计研究院天津 300392
摘要：劲性复合桩是一种复合桩，结合了刚性桩承载力高、柔性桩成本低的优点，具有很好的工程效益，其中管桩和水泥土搅拌桩组成的劲性复合桩较为常见。对这种常见的劲性复合桩进行现场试验，采用慢速维持荷载法检测其极限承载力，发现在粉砂地层中，在管桩各项参数都相同的情况下，劲性复合桩的承载力比单独的管桩提高了两倍以上。这是因为劲性复合桩中的管桩保证了桩体材料的强度，水泥土搅拌桩桩径较大，且被管桩挤压后，与桩周土的侧摩阻力有了很大的提高，二者的优势相互配合，使得承载力大幅提升。
关键字：劲性复合桩，竖向承载，侧摩阻力
1前言
劲性复合桩是一种由散体桩（由碎石、砂、钢渣、矿渣或砖瓦碎块等散体材料形成的桩）、柔性桩（一般为水泥土搅拌桩）和刚性桩（一般为钢筋混凝土预制桩或灌注桩）中的两种或三种复合而成的新桩型[1]。水泥土搅拌桩具有施工扰动小、施工速度快、成本低等优势，因此工程中广泛使用，但搅拌桩存在桩身强度低，施工质量不易控制等局限性。钢筋混凝土预制桩是强度和刚度均较高的桩体，但成本较高，而且其复合地基达到承载力极限时，往往是桩周土体先发生破坏，而桩身强度往往没有得到充分的发挥，很不经济。将水泥土搅拌桩与钢筋混凝土预制桩结合起来，即在水泥土桩中插入钢筋混凝土预制桩，形成的柔刚劲性复合桩既可以发挥钢筋混凝土预制桩的高承载力的优点，又可以显著降低工程成本，因此受到了工程界和学术界的广泛关注[2]，本文下述内容中所指的劲性复合桩，未经特殊说明，专指这种由水泥土搅拌桩和钢筋混凝土预制桩复合而成的桩型。目前在上海、天津、江苏等地都有该桩型的工程应用实例，国外也有类似的研究[3]。这种桩的基本形式如图1所示。
一般情况下，劲性复合桩的施工流程为：（1）提前制作钢筋混凝土预制桩；（2）水泥土搅拌桩施工；（3）插入钢筋混凝土预制桩；（4）桩体养护至少28天。
2试验概况
试桩场地位于江苏省南通市书香苑小区，参照场地的岩土工程勘察报告，该场区属于Q4长江三角洲河口相沉积单元，地层自上而下的分布与描述如下：（1）填土，色杂，地表为原建筑基础和建筑垃圾，下部为素填土，成分以粉土为主，结构松散，含水量高，不均匀，地基土承载力特征值未测，层厚0.50~2.00米；（2）粉土，灰黄色，中密，湿~很湿，干强度中等，韧性中等，摇振反应中等，无光泽反应，地基土承载力特征值为130kPa，层厚0.50~4.00米；（3）粉砂，青灰色，稍~中密，饱和，矿物组成以石英、长石为主，含云母碎片，地基土承载力特征值为160kPa，层厚2.80~4.70米；（4）粉砂，青灰色，中~密实，饱和，矿物组成以石英、长石为主，地基土承载力特征值为210kPa，层厚，5.50~7.60米；（5）粉砂，青灰色，中密，饱和，矿物组成以石英、长石、云母为主，地基土承载力特征值为180kPa，层厚6.00~13.90米；（6）粘土，黄褐色，可塑，含铁锰质结核，干强度较高，韧性高，摇震反应无。，地基土承载力特征值为220kPa，层厚0.00~6.60米；（7）粉砂，青灰色，中密，饱和。，地基土承载力特征值为190kPa，层厚0.00~3.50米；（8）粉质粘土，夹粉土，黄褐色，可~软塑，含铁锰质结核，地基土承载力特征值为150kPa，层厚9.40~17.10米；（9）粉砂，青灰色，中~密实，饱和，地基土承载力特征值为210kPa，钻孔未钻透此层土，层厚未知。本次试验中，试桩的具体参数如表1所示。
检测依据《建筑地基基础检测规范》DGJ32/TJ142-2012进行。检测加载方法采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试验桩加载至极限承载力设计值，然后分级卸载到零。荷载分级：每级加载为设计极限荷载的1/10，第一级按2倍分级荷载加荷。沉降观测：每级加载后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1小时后，每隔30min测读一次。每次测读值记入试验记录表。沉降相对稳定标准：每一小时的沉降量不超过0.10mm，并连续出现两次（从分级荷载施加后第30min开始），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。终止加载条件：（1）荷载~沉降（Q~S）曲线有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm；（2）某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经过24小时尚未达到相对稳定标准或连续4h尚未趋于收敛；（3）试验荷载已不小于设计荷载的2倍时，最大加载量达到了试验反力装置的最大加载能力；（4）已达到了设计要求（或验收要求）的最大加载量。
单桩竖向抗压极限承载力按下列方法分析确定：（1）Q~S曲线陡降明显，取相应陡降段起点对应的荷载值；（2）某级荷载作用下桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的的2倍，且经过24h尚未达到相对稳定（或经过4h尚未趋于收敛）时，取前一级荷载值；（3）Q~S曲线呈缓变形时，取桩的总沉降量S为40mm对应的荷载值；（4）取S~lgt曲线尾部出现明显乡下弯曲的前一级荷载值；（5）当试验已达到设计要求（或验收要求）的最大加载量而未能出现上述第1~4款条件时，可取最大试验荷载值。
3试验结果与分析
由实测数据绘制的Q-s曲线（如图2所示），根据本文第二节中所述的单桩竖向抗压极限承载力确定方法来确定每根试桩的竖向抗压极限承载力。试桩的结果汇总如表2所示。
从图2和表2中可以看出，在粉砂土层中，PHC管桩以劲性复合桩的形式施工后，其极限承载力比单独的PHC管桩提高了两倍以上。桩体承载失效主要有两种原因：桩体材料强度不足，或者桩与桩周土之间的侧摩阻力不足。由于两种施工形式中，管桩的各项参数完全一致，不存在桩身材料强度不足的问题，因此可以判断为劲性复合桩中水泥土搅拌桩与粉砂土之间的侧摩阻力对承载力起控制作用。虽然水泥土搅拌桩的直径比管桩要大，但直径只增加了60%，而承载力提高了200%以上。这是由于管桩的打入对水泥土搅拌桩有一定的挤压作用，使得水泥土搅拌桩与桩周土更加紧密，所以侧摩阻力有了很大的提高。
该试验表明，管桩与水泥土搅拌桩在粉砂地层中复合成桩，管桩保证材料强度，水泥土搅拌桩被管桩挤压，提高了与桩周土之间的侧摩阻力，二者的结合起到了一加一大于二的效果，充分发挥了管桩材料强度高和水泥土搅拌桩与桩周土侧摩阻力较高的优点，因此承载力有大幅的提升，该复合桩具有极佳的工程效益。
4结论
劲性复合桩在粉砂土层中，可比相同尺寸、混凝土标号的管桩多两倍以上的极限承载能力。这是因为管桩本身保证了材料的强度，管桩的打入挤压水泥土，又提高了水泥土搅拌桩与桩周粉砂土的侧摩阻力。
参考文献
[1]万通建设集团有限公司, 昆明二建建设(集团)有限公司.JGJ/T327-2014劲性复合桩技术规程[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2014.
[2]钱于军, 许智伟, 邓亚光等. 劲性复合桩的工程应用与试验分析[J]. 岩土工程学报, 2013, 35(S2): 998-1001.
[3]Voottipruex P, Suksawat T, Bergado D T, et al. Numerical simulations and parametric study of SDCM and DCM piles under full scale axial and lateral loads[J]. Computers and Geotechnics, 2011, 38(3): 318-329.
作者简介：
李立业(1990.4~)男，山西阳泉人，天津市市政工程设计研究院，硕士，助理工程师，从事结构设计工作，天津，300392。
通讯地址：天津市滨海新区第三大街51号W4C~2，邮编300457
Email：abcliliye@163.com
论文作者:李立业
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/18
标签：承载力论文; 荷载论文; 水泥论文; 地基论文; 管桩论文; 钢筋混凝土论文; 强度论文; 《基层建设》2017年2期论文;