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岩土研究院

石灰桩复含地基的承载特性

333 2022-04-11 15:57:07

石灰桩复合地基,桩与土的模量比一般情况下小于10(E,E。<10),具有共同工作的条件。图3-8-3为室内及现场测试的11组载荷试验桩土应力比与荷载关系图。载荷板底无砂垫层的8"、9*过桩。应力首先向桩上集中。随着荷载的增加。桩产生变形桩十应力比陡隆。应力向十上转移、桩十开始共同处干弹性压缩状态。其它9组载荷试验均在压板底设有砂垫层(厚 10om),此时土承受相对无垫层时较大的荷载,随着荷载的增加,土的变形加大,荷载迅速向桩上转移。桩土应力比陡增,继而桩发生变形、桩土应力比降低。桩土开始共同处干弹性压缩状态。以上阶段为桩土变形的调整阶段,这一阶段由于基础与地基接触面不平整。垫层密实度不同等因素,使桩土应力比的变化较剧烈。此阶段变形微小,如图3-8-4中之 OA 段。

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随着荷载的继续增加,桩土应力比不断发生不大的调整。桩土的弹性变形不断增加,桩土应力比逐渐减小,一直持续到复合地基荷载达到比例界限,此阶段为弹性压缩阶段,其终了荷载接近复合地基的容许承载力。此阶段已产生可以容许的变形,如图3-8-4中之 AB段。继续增加荷载,桩土应力比仅发生微小的调整,桩土应力比缓慢减小,接近某一定值。桩和土均产生塑性变形,基础周边发生局部剪切变形。由于桩体的作用,继续增加荷载时,基础下土体不会发生整体剪切破坏;同时,由于土对桩的围护作用,桩又不会发生脆性失稳破坏,基础下的桩和土继续同时被压实,基础呈冲切形式,不断下沉而不破坏。此阶段为塑性变形阶段,复合地基持续产生较大的塑性变形,如图3-8-4中之 BC段。

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从图3-8-5桩顶应力与荷裁关系图中。可以看出在复合地基变形的三个阶段中,桩顶应力呈线性增长,说明可压缩的石灰桩在土的围护下具有持续向下传递荷载的能力,此时桩体发生压缩及鼓胀变形,经测试桩体应力达到0.65MPa时,桩顶直径增加2.5%。随着荷载的增加。桩的塑性区不断向下延伸。桩体压缩量在压板荷载达到370kPa时为68.58mm,为桩长的4%,表现了石灰桩的可压缩特征。基础外的土不发生显著隆起,表明桩土自上而下具有较天然地基明显的压密效果,使桩和土的模量随深度发生不同的变化,应力大的上部,模量随荷载递减的速度小于下部。随着荷载的增加。桩土沿深度的变形接近线性,见图3-8-6,表明在荷载作用下,不同深度区段的变形相等,即各点应变相等,ε为定数。说明了荷载对复合地基自上而下的持续压实效应,此时的p-s曲线接近线性(参见图3-8-4),证明了石灰桩复合地基在荷载作用下的稳定性。

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以上分析,石灰桩复合地基在整个受力阶段,都是受变形所控制,因此其承载力问题的实质是变形问题。石灰桩复合地基中桩土具有良好的协同工作的特征,土的变形控制着算合地基的变形。所以复合地基的容许变形的标准应当与天然地基的标准相一致。根据大量的载荷试验分析,石灰桩复合地基的比例界限多在(0.015~0.02)B 所对应的荷载附近。因此用沉降为(0.015~0.02)B的标准来控制石灰桩复合地基的承载力是适宜的。

表3-8-4统计了10 组载荷试验实测的桩土荷载分担数值。表中可以看出,当复合地基荷载达到其承载力标准值时,土的接触压力高于天然土承载力,而略小于经加固后的桩间土的承载力。其原因是由于桩的存在,土中应力还通过桩向下传递,虽然土的接触压力小于加固后的桩间土承载力,但土下部的应力还略大于接触压力为桩间土承载力时在该处所产生的应力。实际上说明了经如固后的桩间土能发挥其承载作用。

图3-8-7和图3-8-8为两根石灰桩单桩载荷试验的 p—s曲线和slgt 曲线,图中得出桩体比例界限荷载为0.4MPa,结合表3-8-5及图中北京模拟试验桩应力的实测结果,表明当复合地基荷载达到其承载力标准值时,桩顶应力也同时达到比例界限。

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图3-8-9为桩顶、桩底刺入变形与荷载的关系图。从图中可以看出,当复合地基荷载达到其承载力标准值时,当基础下设置砂石垫层时,桩顶的上刺入达最大值,而桩底的下刺入则刚进人斜率较大的线性变形阶段,底部刺人增长较快。顶部刺入开始减小,表明桩顶部分已开始发生塑性变形。

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在图3-8-3桩土应力比随压板荷载变化图中,当复合地基荷载接近其承载力标准值时(170kPa),桩土应力比由刚加载时的陡升陡降 ,开始转为稳定的缓慢下降趋势,此时的桩土应力比在2.5~5.0之间,随着荷载的继续增加,桩土应力比趋于某一定值。

表3-8-4还列出了实测的桩土荷载分担比。在复合地基的使用阶段,土分担了总荷载的40%~65%。

图3-8-10为压板下土的接触压力的分布图形。刚性压板下的土应力分布呈马鞍形。2*压板刚度稍差,应力分布为中间大,两边小。在使用阶段压板下土应力变化不大。从实测的边中桩与角桩的分层沉降中看出。边中桩与角桩的变形相差不大,因此压板下桩土的接触压力可按平均压力计算。

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综上所述,当复合地基荷载达到其承载力标准值时,具有以下特征;1.土的接触压力接近达到桩间土承载力的标准值。2、桩顶接触压力达到桩体的比例界限。

3、桩顶上刺入达最大值,底部刺入开始加大,桩顶出现塑性变形。4.桩土应力比趋于稳定,其值在2.5~5.0之间。5、土分担了总荷载的40%~65%。

6.桩、土的接触压力可采用平均应力进行计算。