・ｌ３８・ 路基工程 Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１１年第２期（总第１５５期） 不同工艺的水泥土搅拌桩载荷试验研究 刘志方 （广州市城市规划勘测设计研究院，广州５１００６０） 摘 要：针对水泥土搅拌桩的粉喷和湿喷两种工艺，分别进行了施工后不同龄期的桩身载荷试 验，通过桩项、桩间土的应力观测以及载荷试验测斜观测，对水泥土搅拌桩加固软土地基的效果进行 分析，并对两种工艺的加固效果进行了对比。结果表明，在饱和软土地区，复合地基承载力粉喷桩明 显高于湿喷桩，其成桩及加固效果前者好于后者。 关键词：水泥土搅拌桩；粉喷桩；湿喷桩；载荷试验；桩土应力比；测斜 中图分类号：ＴＵ４７３．１ １ １ 概述 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—８８２５（２０１１）０２—０１３８—０３ 硬壳层的静力触探值约为软土层的２倍。硬壳层的原 状土剪切强度为３７．９ ｋＰａ，灵敏度为３．６，属中一弱 载荷试验是检验复合地基承载力的主要方法，各 种基础设计规范及地基处理规范对复合地基载荷试验 均作出了明确的规定 。水泥土搅拌桩 是一种近年 来得到广泛应用、快速发展的加固软土地基的方法， 由于其施工工艺的不同，对软土地基的加固效果差异 结构性土。软土层原状土剪切强度为１７．１ ｋＰａ，灵敏 度为５．２，属中等结构性土。 ＳＣ９ Ｋ—４＋—２４８ ＪＩ１ 较大 ，本文采用现场载荷试验对其粉喷法和湿喷法 两种工艺加固软土地基的地基承载力进行检测，并通 过桩顶、桩间土压力及载荷试验测斜观测，对水泥土 搅拌桩两种不同的工艺处理软土地基 的效果进行综 合评价及对比。 ２试验场地工程地质特性 试验场地位于滨海相海积平原区，场地内分布有 深厚的含水量高、强度低和压缩性大的软粘土。场地 表层为１．５ ｍ厚的硬壳层耕植土及粘土，其下沉积约 ９．０ ｍ的淤泥质土，场地土层分布见图ｌ，土层物理 力学特性见表１。 ２５．８５ 现场静力触探及十字板剪切试验表明，硬壳层ｑ，的 平均值为０．７０ ＭＰａ，软土层ｑ 的平均值为０．３３ ＭＰａ， 表１ 试验段土层物理力学特性 图１场地土层分布示意 ３试验成果分析 桩试验段喷灰量为６５ ｋｇ／ｍ；湿喷桩喷浆量为６５ Ｌ／ｍ，水灰比约０．５，现场施工中浆液比重为１．７。喷 粉喷桩与湿喷桩的桩间距均为１．５ ｍ。其中粉喷 收稿日期：２００９—１２—２８ 作者简介：刘志方（１９８１一），男，湖南邵阳人。工程师，硕士， 从事岩土工程勘察、设计及技术研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｆｌｉｕ１９８１ ＠ｑｑ．（３０１１３。 粉压力和喷浆压力约为０．４ ＭＰａ。 ３．１载荷试验实施方法 共进行４组三桩载荷试验（按Ａ～Ｄ编号），在 １．５ Ｉｎ桩间距的粉喷桩试验区和湿喷桩试验区各进行 两组。载荷圆板等效面积为５．８５ Ｉｌｌ ，直径为２．７３ ｎｑ。 刘志方：不同工艺的水泥土搅拌桩载荷试验研究 ・１３９・ 载荷试验采用堆载（堆砂法）一慢速维持荷载法， 设计配重为１７０ ｔ。荷载分级施加，每级荷载增量为 预估极限荷载（１７０ ｔ）的１／１０，即１７ ｔ。得到的粉喷 桩和湿喷桩的ｄｓ／ｄｐ－ｐ曲线如图２。 荷载ｐ／ｋＰａ Ｏ ２０ｏ ４ｏ０ ６ｏｏ ８０ｏ ｌ００Ｏ ｌ２００ １４ｏｏ １６ｏ０ 时，基准值取该比例界限所对应的荷载值。当极限荷 载值能确定，且该值小于对应比例界限的荷载值的 １．５倍时，基准值取极限荷载值的一半 。取所得 粉、湿喷桩复合地基承载力基准值的平均值为最终设 计承载力基准值，得到１．５ ｍ桩间距的粉喷桩设计承 载力的基准值为１７４．７ ｋＰａ，而１．５ ｍ桩问距的湿喷 桩设计承载力的基准值为１２１．３ ｋＰａ。 ３．２桩土应力分布及桩土应力比 至 圣 三 ｇ 进行载荷试验时，在载荷板下分别布置土压力盒 进行应力观测，其中桩顶布置１个，桩间土不同深度 布置３个，通过对粉喷桩／湿喷桩载荷试验的载荷板 下的土压力盒的测试，得到不同荷载下桩顶荷载和桩 间土荷载。 书 １．０ 取三桩桩顶（距板心０．８６ ｍ）应力的平均值作 为桩顶荷载，两个两桩中间应力的平均值为距板心 ０．４３ １ＴＩ的桩问土荷载，三桩中间土的应力为板心的 荷载。据此可依次作以板心为原点，距板心不同距离 处４个载荷试验的桩土应力分布图（图３～图６）。 图２粉喷桩和湿喷桩三桩载荷试验的（ｂｌ＠－ｐ曲线 对图２ Ｐ—ｓ及ｄｓ／ 一Ｐ进行分析，可得复合地 基的承载力基准值。当Ｐ—ｓ曲线上有明确的比例极限 距板中心点距离／ｍ ０ ０－２ ０．４ ０．６ ０．８ １．０ ｌ距板中心点距离／ｍ Ｏ Ｏ．：１ ０．４ ０．６ ０．８ １．Ｏ ＿距板中心点距离／ｍ ０ ５００ 一一 ４ １【ｘ】Ｏ １５００ 一￣一５ｌ０ｋＰａ 、 ： １．３ ＼ 、． 板．板： ５０ 一０．２ ０．４ ０．６ ０．８ １．０ ３４ ０ｋＰａ、 ｌ＼ １．３ 板 １．３ ：＋－＊－１２３６００ｋＰａＰａ 氇２５００ 一１５３０ｋＰａ ３ｏ０Ｏ 。一１７Ｏ０ｋＰａ ３５００ ２０００ ６８０ｋＰａ ８５０ｋＰａ＋１０２０ｋＰａ ５ ｌＯｋＰａｌＯＨ０ 一 ÷ 、 、． 桩 一 ６８０ｋＰａ ．＼ 、“ 桩 ２００ ａ ３４０ｋＰ４００ 一５１ｏｋＰａｋＰａ ￣－６８０：８５６００ ０ｋＰＩａ＋１０２０ｋＰａ －－＼－ 生１５０ ２００ 、 桩 一＼ ＼、、 、 。 、、 ２５０ ３ｏｏ ８００ ＋１２００ｋＰａ Ａ载荷试验 １．５ｍ间距粉喷桩 Ｂ载荷试验 １．５ｍ间距粉喷桩 １．５ｍ间距湿喷桩 图３载荷试验Ａ桩土应力分布 图４载荷试验Ｂ桩土应力分布 图５载荷试验Ｃ桩土应力分布 把三桩桩顶应力的平均值作为桩顶应力，将三个 可得四个载荷试验的桩土应力比随板顶不同荷载的关 系（图７，图８）。 ４００ ３５０ ｔ ３００ 桩间土应力的平均值作为桩间土的应力，进一步整理 距板中心点距离／ｍ ０ ０．２ ０．４ ０．６ ０．８ １．０ 板半， ５ｏ０ 盛 一３４０ｋＰａ １ 、 １．３６ｎ 桩 掣５： 。１０００ 一５ｌＯｋＰａ ＼ 、、 １５０ 凸一 一６８０ｋＰａ １５００ 一８５０ｋＰａ ＼＼＇ 、 ＋１０２０ｋＰａ ｌ、 、、 ＋１２００ｋＰａ Ｉ ｔ Ｄ载荷试验 、 ＼ 、 １００ ５０ ０ ２Ｏｏｏ ２５００ ５０ １００ ｌ５０ ２００ ２５０ ３０ｏ ４０ ６０ ８０ ｌＯ０１２Ｏ１４０ｌ６Ｏｌ８Ｏ ２００ ２２０ １．５ｍ间距湿喷桩 ３ 板底应力／ｋＰａ 板底应力／ｋＰａ 图６载荷试验Ｄ桩土应力分布 图７粉喷桩载荷试验桩土应力比的分布图８湿喷桩载荷试验桩土应力比的分布 ３．３载荷试验测斜观测 载荷试验中，分别作了ｌ组粉喷桩载荷试验（Ｂ 组）和湿喷桩载荷试验（Ｃ组）的测斜观测。测斜 管已预先埋设，在载荷试验前已稳定。测斜管长１５．０ ｍ，土下深度约为１４．５ １ＴＩ。埋设在载荷板边沿１０ ｃｍ 桩中间土处（尽可能避免桩对土的影响）。 在试验中分别施加各级荷载，待载荷板稳定时， 开始观测。测得数据经整理后，得到载荷板周围土体 路基工程 ・１４０・ Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１１年第２期（总第１５５期） 在刚性荷载下的侧向变形哪， ｍ／ 送 （图９，图１０）。 ２ ４ ６ ８ Ｏ ２ ４ ６ （３）从载荷试验的结果发现，水泥土搅拌桩复 ２ ４ ６ 侧向位移／８ ０ ｃｍ ２ ４ 合地基在刚性快速荷载作用下，侧向位移较小。对比 ０ —０．２ —０．４ —０．６ —０．８ —１．０ 粉喷桩和湿喷桩载荷试验的侧向位移，粉喷桩复合地 基在刚性瞬时荷载的作用下，侧向位移较湿喷桩复合 地基的侧向位移小。在１ ３６０ ｋＮ压力作用下，粉喷桩 复合地基最大的侧向位移为８ ｍｌＴｌ，而湿喷桩复合地 基的侧向位移为２７ ｍｍ，粉喷桩复合地基侧向位移仅 为湿喷桩侧向位移的１／３，说明粉喷桩的成桩质量及 加固效果明显强于湿喷桩。 ４结语 图９粉喷桩载荷试验土体侧向变形 （１）在饱和软土地区，复合地基加固效果粉喷 侧向位移／ｃｍ 桩比湿喷桩好，现场载荷试验结果表明复合地基承载 ０ －０．５ —１．０ —１．５ —２．Ｏ 一２．５ —３．０ 力前者明显高于后者。 （２）粉喷桩复合地基桩土应力比随荷载增大而 增大，湿喷桩复合地基桩土应力比在荷载增大到一定 程度后呈下降趋势，表明粉喷桩成桩效果及桩身强度 明显好于湿喷桩。 （３）考虑到粉喷桩和湿喷桩的强度增长规律与 场地工程地质条件的关系，建议在饱和软土地区使用 水泥土搅拌桩进行地基处理时，应优先采用粉喷法施 工工艺。 图１Ｏ湿喷桩载荷试验侧向变形 通过粉喷桩和湿喷桩载荷试验及相关的桩土压 参考文献： 力测试和测斜试验，可得以下基本结论。 ［１］曾国熙，卢肇钧．地基处理手册［Ｋ］．北京：中国建筑工业出版 （１）在桩土应力比测试时，桩土平面整平和砂 社，１９９３． ［２］戴洁．水泥搅拌桩在南沙城市道路应用中的质量控制［Ｊ］．路基工程， 垫层铺设密实对应力比测试有很大影响。 ２００８（５） （２）载荷试验得到的１．５ ｍ桩间距的粉喷桩的桩 ［３］牛志荣，李宏，穆建春，等．复合地基处理及其工程实例［Ｍ］ 北 土应力比约为６—１５，而湿喷桩的桩土应力比过大， 京：中国建筑工业出版社，２０００． 超过１００。其原因可能在载荷板板底铺设砂垫层时， ［４］邹玉华，何昌荣，李积彦．粉喷桩和浆喷桩加固软土试验研究［Ｊ］． 路基工程，２００８（４） 未能及时将砂垫层夯实，导致加荷时，桩问土砂垫层 ［５］ＪＧＪ７９—２００２，建筑地基处理技术规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版 上的土压力盒未能合理受力。 社．２００２． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌｏａｄ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｃｅｍｅｎｔ Ｍｉｘｉｎｇ Ｐｉｌｅ ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ＬＩＵ Ｚｈｉ－ｆａｎｇ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １００６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｃｅｍｅｎｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｇｅｓ ａｆｔｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｄｒｙ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ａｎｄ ｗｅｔ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｓｏｉｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｐｉｌｅ ｔｉｐ ａｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｉｌｅｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｏｆｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｂｙ ｃｅｍｅｎｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ ｕｓｉｎｇ ｄｒｙ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ａｎｄ ｗｅｔ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｄｒｙ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ ｉｓ ｍｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｗｅｔ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ ｉｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ，ａｎｄ ｐｉｌｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ａｒｅ ａｌｓｏ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｌａｔｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ；ｄｒｙ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ；ｗｅｔ ｊｅｔ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅ；ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ；ｐｉｌｅ—ｓｏｉｌ ｓｔｒｅｓｓ ｒａｔｉｏ；ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
