深層攪拌樁復(fù)合地基現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)方法探討

韓淵明

摘 要：在大型邊坡和深厚基坑工程中，復(fù)合地基作為其支護(hù)結(jié)構(gòu)常常出現(xiàn)。但現(xiàn)行規(guī)范對(duì)復(fù)合地基的現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)無(wú)明確規(guī)定，檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)無(wú)章可循，本文以深層攪拌樁為例，對(duì)該項(xiàng)試驗(yàn)方法進(jìn)行探討，基本保持巖土原來(lái)的結(jié)構(gòu)、濕度和應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)深層攪拌樁豎向增強(qiáng)體和樁間土進(jìn)行試驗(yàn)，試樣尺寸大，人為擾動(dòng)也小于室內(nèi)試驗(yàn)的樣本，能更真實(shí)地反映復(fù)合地基的實(shí)際抗剪特性。

關(guān)鍵詞：深層攪拌樁復(fù)合地基；豎向增強(qiáng)體；現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0134-03

0 前言

現(xiàn)場(chǎng)直剪切試驗(yàn)[1]是在工地現(xiàn)場(chǎng)對(duì)確定的巖土層，基本保持巖土原來(lái)的結(jié)構(gòu)、濕度和應(yīng)力狀態(tài)，施加垂直及水平方向的荷載，以測(cè)定巖土或其沿某軟弱面的抗剪強(qiáng)度的原位試驗(yàn)。本文以深層攪拌樁為例，基本保持其原來(lái)的結(jié)構(gòu)、濕度和應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)深層攪拌樁豎向增強(qiáng)體和樁間土進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定復(fù)合地基的實(shí)際抗剪特性。

試驗(yàn)原理：根據(jù)庫(kù)侖定律（1776）

τf=c+σTanφ 式（0）

依據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的抗剪強(qiáng)度τf和試驗(yàn)時(shí)施加的垂直應(yīng)力σ，圖解得到相對(duì)應(yīng)的黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ值。

深層攪拌樁復(fù)合地基直剪試驗(yàn)原理示意圖見(jiàn)圖1。

1 試驗(yàn)方法概述

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)條件

試驗(yàn)場(chǎng)地地基土分布有：（1-2）素填土，（1-3）淤泥質(zhì)黏土（Ql），（2-1）粉質(zhì)黏土（Q4al+pl），（2-2）粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）。

1.2 深層攪拌樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)[2]

深層攪拌機(jī)施工，樁長(zhǎng)13.0m，樁徑φ=0.60m，樁間距1.50m，正方形布置；采用42.5普通硅酸鹽水泥，設(shè)計(jì)水泥摻灰比0.15，漿液水灰比0.6，28天強(qiáng)度大于0.45MPa。

1.3 深層攪拌樁復(fù)合地基直剪試驗(yàn)[1]

1.3.1 試件制備

（1）試件尺寸：1500mm×1500mm×300mm（長(zhǎng)×寬×高）；每組試件5個(gè)試樣。（2）根據(jù)業(yè)主要求，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師指定試驗(yàn)地點(diǎn)，開(kāi)挖4500mm×3000mm的工作面。（3）以豎向增強(qiáng)體為中心，削制邊長(zhǎng)為1500mm的正方形土柱，土柱側(cè)壁與剪切面基本垂直。（4）將剪力盒平穩(wěn)安放在土柱上，用平口鐵鍬小心削土柱，直至下剪力盒達(dá)到預(yù)定深度，鋪中砂找平試樣頂面，試樣與剪力盒之間空隙以中砂填充并人工壓實(shí)。

1.3.2 試件安裝

試驗(yàn)設(shè)備：剪力盒1500mm×1500mm，千斤頂若干，百分表若干。按相關(guān)規(guī)范要求安裝好垂直荷載系統(tǒng)、水平荷載系統(tǒng)和荷載量測(cè)系統(tǒng)，且千斤頂、油壓表和百分表均由法定檢定單位進(jìn)行了有效檢定。

1.3.3 試驗(yàn)步驟

（1）每組試樣分5個(gè)垂直荷載級(jí)進(jìn)行，其垂直荷載分別為100kPa，200kPa，300kPa，400kPa，500kPa。（2）采用快剪法，一次性加完垂直荷載，立即施加水平推力。（3）每級(jí)垂直荷載均宜預(yù)估最大水平荷載，分10級(jí)施加。（4）連續(xù)、均勻施加每級(jí)水平荷載，每分鐘測(cè)讀油壓表和百分表，變形相對(duì)趨于平穩(wěn)時(shí)，即施加下一級(jí)荷載，直至剪切破壞。（5）當(dāng)剪切變形急劇增長(zhǎng)，壓力表壓力值下降或水平位移與試樣寬度比達(dá)到1：10時(shí)即為剪切破壞。（6）試驗(yàn)過(guò)程中，隨時(shí)觀察試樣及其周?chē)馏w的異?，F(xiàn)象，做好記錄。

1.4 豎向增強(qiáng)體和樁間土直剪試驗(yàn)[1][2]

1.4.1 試件制備

（1）試件尺寸：

豎向增強(qiáng)體：φ600mm×300mm（直徑×高）；每組試件5個(gè)試樣；

樁間土：707mm×707mm×300mm（長(zhǎng)×寬×高）；每組試件5個(gè)試樣。

（2）根據(jù)業(yè)主要求，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師指定試驗(yàn)地點(diǎn)，開(kāi)挖3000mm×1500mm的工作面。

（3）增強(qiáng)體的試樣以豎向增強(qiáng)體為中心，削制直徑為600mm的圓形樁柱，樁柱側(cè)壁與剪切面基本垂直；樁間土的試驗(yàn)削制邊長(zhǎng)為707mm的正方形土柱，土柱側(cè)壁與剪切面基本垂直。

（4）將剪力盒平穩(wěn)安放在土柱上，用平口鐵鍬小心削土柱，直至下剪力盒達(dá)到預(yù)定深度，鋪中砂找平試樣頂面，試樣與剪力盒之間空隙以中砂填充并人工壓實(shí)。

1.4.2 試件安裝同1.3.2

1.4.3 試驗(yàn)步驟同1.3.3

1.5 室內(nèi)試驗(yàn)

采用XY-100A型工程鉆機(jī)進(jìn)行豎向增強(qiáng)體的鉆取芯樣工作，雙管單動(dòng)抽芯管，泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)。取得芯樣進(jìn)行了室內(nèi)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和抗剪試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備為微機(jī)控制應(yīng)變伺服式多功能材料試驗(yàn)機(jī)，該設(shè)備由法定檢定單位進(jìn)行了有效檢定。

2 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

（1）深層攪拌樁復(fù)合地基直剪試驗(yàn)。深層攪拌樁復(fù)合地基直剪試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

（2）豎向增強(qiáng)體直剪試驗(yàn)。豎向增強(qiáng)體直剪試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

（3）樁間土直剪試驗(yàn)。樁間土直剪試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果匯總統(tǒng)計(jì)

（1）深層攪拌樁復(fù)合地基、豎向增強(qiáng)體和樁間土各進(jìn)行3組直剪試驗(yàn)，采用圖解法確定試驗(yàn)結(jié)果。3組試驗(yàn)的平均值見(jiàn)表1。

（2）室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

（3）參照《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T50783-2012）5.2.1，計(jì)算復(fù)合地基的直剪試驗(yàn)強(qiáng)度[2]

m====0.1253

式（2.2.3-1）

csk=βpmc樁+kpλp（1-m）c土=43.1kPa

式（2.2.3-2）

φsk=βpmφ樁+ksλs（1-m）φ土=17.34

式（2.2.3-3）

式中：kp—復(fù)合地基中豎向增強(qiáng)體的實(shí)際抗剪強(qiáng)度修正系數(shù)，因暫無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，現(xiàn)取值1.0。

ks—復(fù)合地基中樁間土地基實(shí)際抗剪強(qiáng)度的修正系數(shù)，因暫無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，現(xiàn)取值1.0。

λp—豎向增強(qiáng)體抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮系數(shù)，因暫無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，現(xiàn)取值1.0。

λs—樁間土地基抗剪強(qiáng)度的發(fā)揮系數(shù)，因暫無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，現(xiàn)取值1.0。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）圖2和圖3為攪拌樁復(fù)合地基和豎向增強(qiáng)體現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)，結(jié)果出現(xiàn)峰值，取峰值強(qiáng)度為試驗(yàn)結(jié)果，分別為C=83.5kPa，φ=22.7°和C=126.2kPa，φ=29.5°。

（2）圖4為樁間土現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)，結(jié)果未出現(xiàn)峰值，參照《冶金工業(yè)巖土勘察原位測(cè)試規(guī)范》（GB/T 50480-2008） 12.3.1.5（3），“橫向位移與試樣寬度之比達(dá)到1/10時(shí)即為剪切破壞”[1]，試驗(yàn)結(jié)果為C=31.2kPa，φ=15.6°。

（3）表2中，豎向增強(qiáng)體芯樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu= 0.9MPa，室內(nèi)抗剪試驗(yàn)黏聚力c=83.6kPa，c：qu=1：10.8。

（4）對(duì)比表1和表2，豎向增強(qiáng)體現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)C=126.2kPa，φ=29.5°，室內(nèi)直剪試驗(yàn)C=83.6kPa，φ=24.9°，后者的黏聚力和內(nèi)摩擦角均小于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果。

（5）攪拌樁復(fù)合地基實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度C=83.5kPa，φ=22.7°，公式計(jì)算結(jié)果C=43.1kPa，φ=17.3°，說(shuō)明復(fù)合地基抵抗水平剪切力主要由豎向增強(qiáng)度承擔(dān)，樁間土分擔(dān)比例小。原因是：1）樁間土的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于豎向增強(qiáng)度，在試驗(yàn)初期樁間土即開(kāi)始出現(xiàn)剪切破壞，兩者不能有效同步抵抗水平荷載；2）因暫無(wú)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，各修正系數(shù)取值均為1.0，對(duì)計(jì)算結(jié)果也有較大影響。

3 結(jié)論及需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題

3.1 結(jié)論

（1）深層攪拌樁復(fù)合地基的現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)可以順利進(jìn)行，且千斤頂、油壓表和百分表均由法定檢定單位進(jìn)行了檢定，滿足計(jì)量溯源要求；試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，方法可行。

（2）現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)基本保持巖土原來(lái)的結(jié)構(gòu)、濕度和應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)豎向增強(qiáng)體和樁間土進(jìn)行試驗(yàn)；與室內(nèi)試驗(yàn)比較，試驗(yàn)尺寸大，人為擾動(dòng)也小，能更真實(shí)地反映攪拌樁復(fù)合地基的實(shí)際抗剪特性，試驗(yàn)真實(shí)有效。

（3）復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度主要由豎向增強(qiáng)度承擔(dān)，樁間土分擔(dān)比例小。

3.2 需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題

（1）現(xiàn)行規(guī)范對(duì)復(fù)合地基的現(xiàn)場(chǎng)直剪試驗(yàn)無(wú)明確規(guī)定，檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)無(wú)章可循，試驗(yàn)方法需要規(guī)范化，建議在相關(guān)規(guī)范修編時(shí)加入該項(xiàng)內(nèi)容。

（2）本次試驗(yàn)樣本不多，不能從混凝土強(qiáng)度的角度考慮黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響；強(qiáng)度計(jì)算公式參數(shù)也需要大量試驗(yàn)來(lái)總結(jié)得到，希望在今后的生產(chǎn)工作中多積累經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50480-2008，冶金工業(yè)巖土勘察原位測(cè)試規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T50783-2012，復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2012.