振沖碎石樁復合地基承載力及變形分析

陳金

摘要：我國地域遼闊土類眾多，其中占比較大的是松、軟土類。然而這些土質(zhì)恰恰是建造建構筑時所必須利用的。松、軟土類具有強度低、壓縮性大、承載力底、抗震性差的缺點。因土地資源緊張，我們不得不在這種不良的土質(zhì)上建造建構筑物。改良松、軟土質(zhì)的地基處理方法有多種，換填、強夯、水泥土攪拌、振沖碎石等方法均能起到不錯的效果。本文著重分析振沖碎石樁復合地基的作用原理及使用方法。

關鍵詞：振沖碎石復合樁；承載力；變形；

目前，地基基礎設計是根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》對振沖碎石樁復合地基進行設計、施工監(jiān)測的。但由于各種條件的限制，無法對每處地基進行現(xiàn)場載荷試驗。那么如何利用原位測試和室內(nèi)土工試驗所得出的原理對振沖碎石樁復合地基承載力、變形進行準確計算就成必須面對的現(xiàn)實問題[1]。

1、振沖碎石復合地基

采用一個管狀的震動設備（振沖器），要求能夠水平方向振動。在高壓水流的作用下在軟弱性土中邊沖邊振成孔。再于孔內(nèi)分批裝入碎石等硬度高的材料形成樁體。樁體與原軟弱性土質(zhì)組成了復合性地基。處理后的地基土具有承載力高、壓縮性小等特點。它可適用在中、粗砂、粉土（液化）、人工填土等地基。

2、振沖碎石復合地基的受力元素

在一般情況下，當樁體打入持力層時。樁體的自身硬度要遠大于粘性軟弱的強度，因此通過基礎傳遞給復合地基外的壓力由于樁、土的變形逐漸集中到樁體上。從而使軟土所承載的壓力減輕。那么相對于原有地基，復合地基的承載力相對增高，壓縮性減少。這就說明復合地基中樁體起到集中承載力的作用[2]。還有一種情況就是樁體打入不到地基持力層時，也就是說樁體與持力層未有根本的接觸。那么復合地基就起到墊層的作用，墊層是將承載負荷進行擴散，可以讓附加載荷均勻分布，從而可以減緩地基的沉降速度。

3、振沖碎石復合地基承載力及變形計算

3.1承載力標準值的計算方法

計算單樁側(cè)向極限應力是計算單樁極限承載力的關鍵。Brauns理論是計算碎石樁的單樁極限承載力的基本理論。但它忽略了樁體自重、土體自重、樁體界面剪應力等諸多因素，所以計算出來的數(shù)據(jù)稍有偏差。土體在圓孔擴張的作用下，樁周圍的土體由原來的彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。隨著載荷的增大土的塑性不斷加強。到了極限狀態(tài)時，圓孔擴張壓力即為樁周側(cè)向極限應力[3]。再通過公式的分析，試算。對不足的地方進行合理的修正。得出準確的單樁承載力。

根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012），應通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗來確定振沖樁復合地基承載力值。以單樁和處理后樁間土承載力進行初步設計進行計算。如下公式：

[fmp.k=mfD.K+（1-m）fs.k]

公式中：[fmp.k]指復合地基承載力標準值；[mfD.K]指樁體單位截面積承載力標準值；[fs.k]指樁間土承載力的標準值；m指面積置換率；

3.2面積置換率的計算方法

[m=d2de2]

公式中：[d]指樁體直徑；[de]指等效影響圓直徑；[m]指面積置換率

根據(jù)樁體的壓縮性進行改進，對樁土容量差異及承受載荷時應力與變形深度具體分析。對影響系數(shù)計算公式做出相應的總結(jié)。從而方便快速進行有效精準計算，繪出計算簡圖。最后通過工程實例進行有效驗證。

3.3總沉量的計算

松軟土體在進行振沖碎石樁技術處理后，直接加固了松軟土體，使土的密度增加，強度增大、壓縮性減少、抗震性能增加，因而工程性能可以得到極大的改善。在松軟土體中構建了剛度較軟土大得多的碎石組成復合地基，共同承擔其上部的荷載。在基礎的整體變形下，通過樁、土的互相協(xié)調(diào)，大部分載荷傳遞給剛度大、強度高的碎石樁體。減少土體的負荷。使其沉降與不勻稱沉降大為減少[4]。

地基土的受力情況和土的變形性質(zhì)來取決地基沉降的大小。由此可以計算出準確的承載值，提高地基承載力減小地基沉降。這種復合地基的技術具有良好經(jīng)濟效益與社會效益，且得到了廣泛的應用。因此不少學者結(jié)合自身的工程實踐經(jīng)驗，提出了比較實用的降沉計算方法。如下公式：

[SF=SSP+SX]

公式中：[SF]指復合基地的總沉量；[SSP]指復合地基加固區(qū)壓縮量；[SX]指下臥層壓縮量

在估算振沖碎石樁復合地基沉降值之前，首先應該注意先確定建筑物能承受的沉降量限值，不勻稱沉降的數(shù)值多少。對所有與沉降估算相關的土體參數(shù)信息進行匯總，如篩分、模量、PMT、CPT、SPT、全載荷測試、載荷板測試。對相關場地應力查明，如基礎所在場地是否開挖過。其次，確認準確的基礎尺寸和基礎的載荷，確定是否適合振動加密。對基礎載荷是重復加載還是原始載荷進行判定確認，查明總載荷是否接近極限破壞載荷。沉降計算值還是取決試驗與觀測值。

經(jīng)過碎石樁的破壞模式和工作機理，向彈塑性力學中的半無限彈性體中，圓柱孔橫向變形理論推出計算振沖碎石樁單樁的承載力公式。對公式進行試算中的不足進行分析，讓計算值接近實際承載力。

4、面積置換率的確定

在對振沖碎石復合地基進行承載力檢測時，因為面積置換率與樁體直徑有著直接的關系。然而樁體直徑往往與設計值有著很大的差異。對于面積置換率m的取值往往采用設計值或者整個場地的平均值這是不準確的。例如，太原某化工企業(yè)搬遷改造工程，樁徑設計值為0.9m，開槽實測樁徑卻為1.0～1.2m。因為基礎布置與上部結(jié)構的影響，以及場地上不一樣的軟硬程度。樁間距離與樁體本身直徑就會存在很大的差異。所以置換率就會有不一樣的數(shù)值。但如果面積置換率采用的設計值，或整個場地的平均值。就會造成實際值的不準確，人為使檢測結(jié)果不準確。所以用實測樁體直徑和樁間距離來計算樁的面積置換率，以保證測驗實際值準確性。

5、結(jié)束語：

各種振沖復合地基承載力及變形的計算都需要收集足夠的土工參數(shù)和測量數(shù)據(jù)來修正計算模型。在振沖設備與施工工藝兩方面大大的影響地基的承載力和后期沉降。對復合地基承載力特征值計算公式進行分析，從樁土應力分配角度和施工工藝兩方面因素。對復合地基承載力計算方法進行修正，應優(yōu)先采用載荷試驗的方法對復合地基承載力進行檢測。若是受到條件限制，應同時對樁體和樁間土進行檢測。運用原位測試和室內(nèi)土工試驗相結(jié)合的辦法對樁間土進行檢測，采用重型動力觸探對樁體進行檢測，計算出地基承載力及壓縮模量。

參考文獻：

[1]黃小軍. 振沖碎石樁復合地基承載力與沉降計算研究[D]. 吉林大學， 2007.

[2]張文勇， 胡曉鋒. 振沖碎石樁加固軟弱地基的承載力與沉降計算探討[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2013（22）：63-64.

[3]賈麗華. 振沖碎石樁加固軟弱地基的承載力與沉降計算探討[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟， 1999（4）：63-64.

[4]王作安. 振沖碎石樁復合地基容許承載力的計算[J]. 山東煤炭科技， 1990（1）：35-38.