加芯搅拌桩破坏模式的分析

第３２卷第１２期　・８６・　２　０　０　６年６月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖ。１．３２　Ｎｏ＋１２　Ｊｕｎ．２００６　文章编号：１００９—６８２５（２００６）１２—００８６—０２　加芯搅拌桩破坏模式的分析　栅　柱　孙光文　陈颖辉　陈忠义　摘要：结合加芯搅拌桩的成桩特点，通过原位试验的研究，对加芯搅拌桩的几种破坏模式进行了研究、分析，可供工程　设计参考，从而使工程既安全又经济。　关键词：加芯搅拌桩，原位试验，破坏模式　中图分类号：ＴＵ４７２．３　文献标识码：Ａ　三三三　　一引言　先进行水泥土搅拌桩的施工，一般按水泥土搅拌桩的施工规　在水泥土固化之前，应立即插入混凝土桩，使用静　加芯搅拌桩在软土地基中运用的越来越广泛，但目前的理论　程进行。然后，一般按打预制桩规程进行。此外要保证搅拌桩和预制　研究尚未完善。在现有研究成果中，只对加芯搅拌桩的一些特性　压法插桩，　进行探讨以及它与灌注桩、水泥土搅拌桩的性能和经济指标进行　桩的同轴度，以及预制桩的垂直度。对比，并得出结论【０　。在对一种新型桩设计和研究过程中，单桩　２加芯水泥土搅拌桩的荷载传递机理　竖向承载力是一个重要指标，也是对其进行更进一步研究的基本　加芯搅拌桩在竖向荷载作用下，桩的内、外芯界面上存在着　条件。现就对加芯搅拌桩的单桩竖向承载力进行探讨。　相对位移和剪切，同时外芯与土之间也存在着相对位移和剪切。　１　加芯水泥土搅拌桩的构造和施工方法　１．１　结构构造　因此，它的荷载传递机理比单一材料桩的荷载传递机理要复杂得　多。当竖向荷载逐步作用于桩顶，由于内芯的强度和刚度远远大　加芯水泥土搅拌桩的桩身由水泥土搅拌桩外芯和小直径的　于水泥土的强度和刚度，所以绝大多数荷载集中在内芯，即应力　预制钢筋混凝土桩内芯两部分组成。结构简图见图１。　集中。内芯上部受到压缩而产生相对于外芯水泥土的向下位移，　与此同时，内芯侧表面则受到外芯提供的向上摩阻力。同理，水　丁丁　泥土外芯与土之间也产生摩阻力。作用在桩顶的荷载，一部分沿　内芯向下传递，另一部分则通过内、外芯与外芯、土之间的侧摩阻　力传递到桩周土层中。而随着深度增加，桩下部所承担的荷载比　例减少，则桩身压缩变形也随着深度增加而减少。当两层界面上　的相对位移为零时，其摩阻力尚未开始发挥作用。随着荷载进一　圄１　加芯水泥土搅拌桩的构造图　步增加，内芯和水泥土的压缩量和位移量也增加，桩下部的摩阻　力随之被调动起来。当荷载到达一定程度后，荷载扩散到内芯的　１．２施工方法　桩端，而通过内芯下面的水泥土把荷载传递到桩端。同时，桩土之　其作用也愈大。在相互作用中起主导作用的是地基，其次是基　种基础形式，并取相同的埋深，持力层也相同。有时由于持力层　础，而上部结构则是在压缩性地基上基础整体刚度有限时起重要　土质不均匀或者上部结构荷重分布差别较大，为了使地基均匀沉　作用的因素。所以在不均匀地基上的基础设计中，重点是要处理　降，可以根据计算，有意识地通过调整基础面积大小以达到调整　好地基和基础，但上部结构的刚度也要做适当加强。根据上述原　基底压力使沉降均匀的目的。　理所采取的构造措施主要有：增大地梁截面，降低地梁标高，薄弱　部位加大梁截面和配筋，楼板面筋拉通等。　同时，建筑物的刚度越大，调整不均匀沉降的能力越大；强度　刚度与强度。　越高，抵抗附加应力的能力越强。因此必须同时考虑提高结构的　５结语　参考文献：　在地基不均匀的情况下，首先应当考虑建筑体形力求简单，　５０００７—２００２，建筑地基基础设计规范［ｓ］．　设置沉降缝将建筑物分成若干个独立的单元，通过设置沉降缝调　［１］ＧＢ　［２］莫海鸿，杨小平．基础工程［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，　整不均匀沉降　２。　当建筑不可以设缝或者形体复杂时，同一建筑物宜采用同一　２００３．４４—４５．　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｕｎｅｖｅｎ　ｇｒｏｕｎｄ　ＹＥＢｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｏｒｋ　ｏｆ　ｏｎｅ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｎ　ｕｎｅｖｅｎ　ｇｒｏｕｎｄ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｎｅ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｏｒ—　ｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｎ　ｐｒｏｂｌｇｅｍ　ｏｎ　ｕｎｅｖｅｎ　ｇｒｏｕｎｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａＳ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｂｙ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｗｏｒｋｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｎｅｖｅｎ　ｇｒｏｕｎｄ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｎ，ｄｉｇｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　收稿日期；２００５．１２．２７　作者简介：孙光文（１９７０．），男，工程师，云南省陆良县设计院，云南陆良６５５６００　陈颖辉（１９６３．），男，硕士，副教授，昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明６５０２２４　陈忠义（１９６６．），男，工程师，中油辽河石化分公司工程质量监督站，辽宁锦州１２４０２２　维普资讯 http://www.cqvip.com

目　世蛙　加　∞　∞　∞　鲫　∞　第３２卷第１２期　２　０　０　６年６月　孙光文等：加芯搅拌桩破坏模式的分析　・８７－　间的荷载也传递到桩端附近，两者共同形成桩的承载力。当荷载　因此，急进破坏的承载力主要由上部的钢筋混凝土和水泥土　较大，荷载传递到桩端之前时，桩侧摩阻力就已达到极限，并发生　的抗压强度决定。　破坏，就称为摩擦型桩。而当部分桩端阻力得到发挥之后，桩侧　３．４渐进破坏机理及影响因素　摩阻力才达到极限，则称为摩擦端承桩。　渐进破坏机理：随着内芯上截面面积的增大，内芯所能承担　３加芯水泥土搅拌桩的破坏模式　３．１试验数据　的荷载变大，再加上内芯长度比较长，使荷载比较有效地往下传，　同时分担到水泥土的荷载变小。即由于内芯与水泥土的体积比　使材料能充分发挥它的能力，因而能大幅度提高其承载　文中收集了昆明谷堆村加芯搅拌桩试验ｌ１　Ｊ和天津大学六里　相适应，力。即内芯上截面面积的增大和芯长的加大，使荷载分布更趋合　台小操场北侧试验ｌ２　Ｊ的数据。　３．２试验数据分析　经分析可得Ｑ—Ｓ曲线见图２，图３。从图２，图３中的Ｑ—Ｓ　理，有效提高承载力。　曲线可见：加芯搅拌桩有两种破坏模式，可称为急进破坏和渐进　破坏。急进破坏：当荷载逐渐作用在桩顶时，在Ｑ—Ｓ曲线一开　始就呈现非线性变化，且随着荷载的增加，变形加速发展，急进破　坏时的极限承载力较小。渐进破坏：当荷载逐渐作用在桩顶时，　开始时Ｑ—Ｓ曲线呈现线性变化，只有荷载达到一定数值后，随　着荷载的增加，变形才加速发展，渐进破坏时的极限承载力较大。　图２中Ａ一１为急进破坏，Ａ　２，Ａ一３，Ａ一４为渐进破坏。图３中　１～１～１—３为急进破坏，１—４～１—１１为渐进破坏。　极限承载力／　极限承裁力／　Ｚ　８ｏｏ　．收６００　榔　蓥４００　辎２００　Ｏ　含芯率／％　芯长／ｍ　图４　含芯率与极限承载力关系图　图５　芯长与承载力的关系图　渐进破坏的影响因素：　１）含芯率：由图４可见，当含芯率ｍ＞０．２５时，随着含芯率　的增加，承载力几乎不变。因此，含芯率　含　＝０．２５为最佳含　芯率。２）内芯长度：芯长与承载力的关系如图５所示　由图５可　知，随内芯长度的增加承载力呈线性增长。３）芯长比：钢筋混凝　土内芯长与桩长的比值。Ａ一２，Ａ一３，Ａ一４桩为同一含芯率，芯　长比越大的承载力越高。其中，虽然Ａ　２桩的桩长不是最长，但　它的承载力最大，说明Ａ一２桩的桩身强度、桩侧摩阻力和桩端阻　力同时得到发挥。说明芯长比０．７５是优化芯长比。　图２　昆明试桩Ｑ—ｓ曲线　图３天津试桩Ｑ—ｓ曲线　由于芯长比小于０．７５时，桩端承载力未能得到发挥，对承载　３．３急进破坏机理及影响因素　急进破坏机理：从加芯搅拌桩的荷载传递机理可知，桩顶荷　力的贡献很小，可忽略。因此，称此类桩为纯摩擦桩。而芯长比　不小于０．７５时，称此类桩为摩擦端承桩。　载主要由内芯承担，其中一部分扩散到桩周土体中。急进破坏的　４结语　加芯搅拌桩的破坏模式可分为：急进破坏和渐进破坏。而且　桩芯上截面面积普遍较小。因此，桩芯所承担的荷载较小，影响　　了荷载向下传递的能力。从而大部分荷载由水泥土承担，而水泥　利用含芯率来判断其破坏形态，能满足实际工程的需要。根据上述破坏模式的影响因素，在对其设计时，应尽量使加　土本身强度很低，单位面积的承载力远远低于钢筋混凝土的承载　芯搅拌桩的破坏模式为渐进破坏中的摩擦端承桩，这样对工程既　力。因此，急进破坏时所能承担的极限荷载小。　急进破坏的影响因素：　安全又经济。　　１）含芯率：根据急进破坏的机理可知，内芯上截面面积的大　参考文献：Ｊ］．昆明冶金高等　小是影响急进破坏的重要原因。因此，引入含芯率　。含芯率　［１］陈颖辉．昆明谷堆村加芯搅拌桩试验研究［专科学校学报，２００３（３）：１－６．　内芯上截面面积占桩截面面积的百分比。如图４所示，含芯　——率　＝０．２５是一个界限值。　［２］刘　杰．组合桩承载力的试验研究［Ｊ］．天津大学学报，２００３　（１）：１２４—１２８，　含芯率可以作为界定急进破坏和渐进破坏的依据。文中规　定：ｍ＜０．２５时为急进破坏；　＞／ｏ．２５时为渐进破坏。　２）水泥的强度：根据昆明谷堆村试验，对Ａ　１桩进行开挖，发　［３］成立芹．水泥土搅拌组合桩承载能力研究［Ｊ］．建筑技术开发，　２００２（１１）：３３—３６．　ＪＧＪ　９４—９４，建筑桩基设计规范［ｓ】．　现在Ａ一１桩上部１．５　ｍ处开裂。而水泥土搅拌桩在上部１．２　ｍ　［４］５］ＧＢ　５０００７　２００２，建筑地基基础设计规范［Ｓ］．　处开裂。由此可见，Ａ一１桩和水泥土搅拌桩的工作性能相当接　［［６］ＪＧＪ　７９—２００２，建筑地基处理技术规范［Ｓ］．　近。因此，水泥土强度对承载力起着重要作用。　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｄａｍａｇｅ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｃｏｒｅ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ＳＵＮ　Ｇｕａｎｇ－ｗｅｎ　ＣＨＥＮ　Ｙｉｎｇ－ｈｕｉ　ＣＨＥＮ　Ｚｈｏｎｇ－ｙｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｐｉｌｅ．ｆｏｒｍｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｒｅ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｄａｍａｇｅ　ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ｃｏｒｅ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｒｅｓｅａｒｃｈ＿　ｉｎｇ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｔｅｓｔ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｆｅｒｒｅｄ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｒｅ　ｍｉｘｉｎｇ　ｐｉｌｅ，ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｔｅｓｔ，ｄａｍａｇｅ　ｍｏｄｅ