摘要 本文在總結(jié)水泥攪拌樁處理軟基研究成果的基礎(chǔ)上，進一步分析了水泥攪拌樁 加固軟土地基的機理及其受力和變形性狀 水泥攪拌樁復(fù)合地基處理技術(shù)自八十年代引入我國以來，已經(jīng)有二十多年的歷 史，隨著我國近年來的經(jīng)濟和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，該技術(shù)在軟土地基處理方面得 到了越來越廣泛的應(yīng)用，并出現(xiàn)了很多分析和計算方法。但是，國內(nèi)外對水泥攪拌 樁復(fù)合地基的理論研究并不是十分成熟，其計算理論和實際工程應(yīng)用之間也存在較 大差異，因此有必要對水泥攪拌樁復(fù)合地基的作用機理、承載力和沉降計算作進一 步的分析研究 根據(jù)國內(nèi)外大量試驗成果，歸納出水泥土各種物理、力學(xué)指標(biāo)的取值方法和相 關(guān)關(guān)系。經(jīng)過詳盡的分析與比較，得出群樁復(fù)合地基荷載傳遞規(guī)律與水泥土單樁荷 載傳遞規(guī)律的差異；分析了水泥土樁復(fù)合地基的樁士受力特點；通過計算，得出水 泥土樁復(fù)合地基的沉降隨樁長、置換率、樁身強度等因素變化的關(guān)系；具體地提出 了水泥土樁復(fù)合地基的設(shè)計步驟，并對其沉降實用計算方法進行了分析，提出了較 符合實際、簡便的計算方法，為水泥攪拌樁復(fù)合地基的設(shè)計提供了一定的參考。最 后通過工程實例，利用大型的計算軟件a n s y s 對上部結(jié)構(gòu)物的基底應(yīng)力和應(yīng)變作了 比較精確的計算，為軟土地基的合理處理提供了可靠的依據(jù)。通過實際算例。驗證 了軟土地基處理的適用性。 關(guān)鍵詞：水泥攪拌樁，力學(xué)特性；承載力；有限元；a i l s y s b s t l 譴c t a b s t r a c t o nt b eb a 0 f 刪e w 虹峙n 協(xié)餓墟n e n t - i l 曲，af i l r t h 盯吼u d yi bc d u c 忙d m e m h 姐i s m0 f m c n t - s o i lp i 】e 饑船ds o f cc l a yf o u n d a d o n ，t h h 缸餾噎s 如0 f1 0 a d 廿a i i 曲觚dn 圮d c f 0 眥6 i sa l s oe x p l 0 d t h e 鈀c h n o l o g yo fc 鋤p o s i t ef b 岫捌口既岫e n t0 f 儀釉td 缸】【i n gp i 】eh a sh e n i n 仃0 d u d 如dw i d e l ya p p l i e di l ic h i 觸f 甜o v 盯2 0y e 盯ss i l l 1 9 8 0 s j w i t ht h en 西d d e v e l o l 加惦n ti ne c 咖y 觚di n 觸曲e u c t i l 聆i n 北渤ty e a 硌i l ic h i i l a ，m e 證圮h n o b g yh 船 b 嘲ie x 咖s i v e l ya d 嘴di nt h e 仃e 鋤e n to fs 硪s o i lf o u n d a 吐o n h o w e v 盯，曲峙山e 啪6 c a l r e s e a 此hi nm i sf i e 】db o 也i nc h i n aa n da l x o a di gf 打f 脅m a t i 聰。a n dm e h a v eo c c u 盯e d az r e a tv a r i e 坤o fm c t h o d si n 蛐a l y s i s 鋤dc a k l l l a t i ，w h i c hf h i lt o 他v e 曩lm e t i l a l s i t 嘣o n 1 b 汜f o f et h 啊ci sa 璺- 鼬in e s s i 坶t oc d u c t v 山盯i n - d i c p 血a l l a l y s i s 鋤d r e a hi nt e f m so ft h ef 啪c 吐o n a lb e h a “講 h 溺n gc a p a d t y 髂w e 船t h e t d 鋤e n t c a 】c u 蜥i n 山ec 鯽p o s bf o u n 咖0 f n 姍tm j 越n gp i l e t h 們g hal m0 fd i 瑚e s l i ca n df b f c i 辨e x p 婦e n l a la c h i c v 鋤t ，t h ep a p 日s u m bu p s e l e c tm e m o d s蛐dc o n - e l a 虹so fv 嗣i r i o u sp h y s i c a l柚dm e c h a n i c a li n d e xo f s o i l 柚d 黼m c n t a f b rd e t a i l c d 柚a l y s i c 鋤dc 伽p a r i s o n j tp o i n 拓塒nt h ed j f ! f b 犯n c e s b e t w nl o a d 口姐d hb e h a v i o fo f 霉伽p e dp i l e sa n dt h 砒o fs i i i g l c dp i 】e i ta l s o 柚a l y z e s t h ec h a r a c 州s d c so fp i k s o i rss 扛e 鼴i i ls o n - c c m e n tm i 】【i n gp i l cc 鋤p o s i 協(xié)f o u n 枷 b yc a l c u l a 吐 i tc c l u d e st h a tt h es c m e m e n t l l l l c so fs o i l _ c e m e n tm i x i n gp i l cc 哪p o s i t e a r e i l l f l u e n c e d b y t h e c h 蛐霉eo fp i l e s l e n g t h 、d i s p l a c 伽e n tp i 】c s 髓嗍g t h 皿p u t s f o r w 舡d t h ed e t a i l e dd e s i 四碑o o e d l l o fs o i l - c e m e n tm i x i l l gp i | ec o m p o s i t ef b 蚰螄鋤d 銣豫l y z e st h es e “i e m e n tc a 】c u l a l i m e t h o d s a sar c s u i t ，au 辯f u l 缸ds i m p km e t h o do f s e l l l e m e n tc a l c u l a t i f b fc a n 曲tm i 】【i n gp i i ec o m p o s i t ef 伽n 枷o ni ss u g 窖e s t e d ，w b i c h p r o v i d e s r e f e 托n sf b fl h e c i c s i 篁皿o f s o i l - c e m e n t p i l ec 鯽p o s i 倫 f o 岫d a d f i n a y ，岫u g hi t s 蘆6 c a lc n g i n r i n ga p p c a d 吼u s i i l g t h ec 啪p u t e f s o f t w a 托- a n s y s c a l c l l 】a 把t h e 曲r e s s - s 扛a i nf o ft h ea _ b o v e 啦l l c d 鋤dp f o v i d ef o r d e a l i n gw i 山t b e 舳nf o u n 塒嘰 k e y w o r d s ： m e n tm i 】【i i l gp i l e m e c h 鋤缸a lp f o p ，n y b e a r i n gc a p a c 姆 f m i t ee k m e n t 重慶交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究 工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人 或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集 體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 躲害撕 日期：少一年p 月乒日 重慶交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保 留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借 閱。本人授權(quán)重慶交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫 進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名 日期：岬葉月，日 指導(dǎo)教師簽名：墩 日期：口7 年聲月 第一章緒論 第一章緒論 1 1 概述 水泥土攪拌法是適用于加固飽和粘性土和粉土等地基的一種方法。它是利用 水泥( 或石灰) 等材料作為固化劑，通過特制的攪拌機械邊鉆進邊往軟土中噴射漿 液或霧狀粉體，在地基深處就地將軟土和固化劑( 漿液或粉體) 強制攪拌，使噴入 軟土中的固化劑與軟土充分拌合在一起，由固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物 理一化學(xué)作用，形成抗壓強度比天然土強度高得多，并具有整體性、水穩(wěn)性的水 泥加固土，從而提高地基土強度和增大變形模量。根據(jù)固化劑摻入狀態(tài)的不同， 它可分為漿液攪拌和粉體噴射攪拌兩種，前者是用漿液和地基土攪拌，后者是用 粉體和地基土攪拌。 水泥土攪拌法起源于二十世紀(jì)六十年代的美國和日本，到七十年代深挖樁技 術(shù)在生產(chǎn)實踐和理論研究中都得到了快速發(fā)展。1 9 7 9 年，瑞典皇家技術(shù)學(xué)院教 授b e n g m b 姍s 發(fā)表了在石灰系深攪樁方面的研究成果，提出了一套較完整的 設(shè)計計算理論。1 9 8 4 年，在日本召開的關(guān)于復(fù)合地基強度和變形的討論會上， 專家們對地基加固技術(shù)在工程中的實際應(yīng)用進行了總結(jié)。國內(nèi)于1 9 7 7 年由冶金 部和交通部協(xié)作開始進行深層攪拌樁機械研制和室內(nèi)外試驗，1 9 年起正式采 用深層攪拌樁法加固軟粘土地基。進入九十年代，連續(xù)數(shù)屆全國土力學(xué)及基礎(chǔ)工 程學(xué)術(shù)會議和全國地基處理學(xué)術(shù)討論會上，專家和學(xué)者們又把深攪樁的理論研究 向前推進了一大步?？梢姡顚訑嚢璺ㄗ鳛橐环N擾動小、施工迅速、造價較低、 見效快的地基處理方法己引起國內(nèi)外巖士界的極大關(guān)注。 但是，由于土層本身的多樣性以及復(fù)合材料與土相互作用關(guān)系的復(fù)雜性，人 們對于深攪樁復(fù)合地基在荷載作用下的荷載傳遞及變形規(guī)律了解不夠深入，復(fù)合 地基理論，特別是沉降理論還很不成熟。本文旨在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上， 對樁一土荷載傳遞機理及其影響因素進行較為系統(tǒng)的探討，尋求更為合理的深層 攪拌樁復(fù)合地基沉降計算方法 1 2 水泥土攪拌法研究現(xiàn)狀及存在問題 1 2 1 研究現(xiàn)狀 近年來，我國不少學(xué)者致力于水泥土樁的荷載傳遞、變形問題的研究，取得 了不少成果，但由于水泥土樁的加固機理還不清楚，有一些問題需要進一步研究。 陸貽杰、周國均利用三維有限元，對荷載作用下水泥攪拌樁復(fù)合地基的應(yīng)力傳遞、 變形分布及荷載變化對其性狀的影響作出了定量分析【。1 9 9 1 年林瓊通過室內(nèi)模 型試驗，研究了水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力，當(dāng)水泥摻入量小于等于1 0 時，復(fù) 第一章緒論2 合地基承載力與樁長無關(guān)，呈現(xiàn)柔性樁的特性；當(dāng)水泥的摻入量大于等于2 0 后，復(fù)合地基的承載力隨樁長的增加而增加；當(dāng)水泥的摻入量為1 0 2 0 惕時， 復(fù)合地基的特性類似于剛性樁圓。1 9 9 3 年陳竹昌、王建華對水泥攪拌樁的沉降及 組成、樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮程度進行了分析，并提出了剛性樁與柔性樁的判別標(biāo)準(zhǔn)。 剛性樁的承載力及沉降主要取決于樁周土和樁端土的性能，而受樁身壓縮變形的 影響較?。蝗嵝詷兜某休d力及沉降不僅與樁周土和樁端土的性能有關(guān)，而且受樁 身壓縮變形的影響很大網(wǎng)1 9 9 4 年段繼偉通過現(xiàn)場足尺試驗，研究了水泥攪拌樁的 荷載傳遞規(guī)律，認(rèn)為樁體的變形、軸力、側(cè)摩阻力主要集中在臨界深度這部分樁 體上，超過臨界深度以后，樁體的變形、軸力、側(cè)摩阻力發(fā)揮較小嗍何開勝通 過對大型構(gòu)筑物下水泥土群樁的原位觀測，探討了超長水泥土攪拌樁的荷載傳遞 特性，結(jié)果表明，對樁身質(zhì)量良好的水泥土樁，在長期荷載作用下呈現(xiàn)出接近剛 性摩擦樁的荷載傳遞特性和較高的樁土應(yīng)力比，并且，只要樁身中下部水泥土強 度有保證，群樁中樁身軸力的有效傳遞深度可達2 5 米以上【5 】。鄭剛等通過模型 試驗和軸對稱有限元無窮元耦合分析，研究了基礎(chǔ)、樁長和墊層對水泥攪拌樁 復(fù)合地基荷載傳遞的影響舊。李寧利用數(shù)值試驗的方法，分析了褥墊層在復(fù)合地 基中的加固機理與作用r 7 】。 水泥土樁復(fù)合地基的沉降量計算，目前采用的一般方法是將樁身范圍內(nèi)加固 層的壓縮量與加固體下臥土層的壓縮量之和作為復(fù)合地基的沉降量。至今己提出 的水泥土樁復(fù)合地基沉降實用計算方法中，對下臥層壓縮量大多采用分層總和法 計算，而對加固區(qū)范圍內(nèi)土層的壓縮量則采用復(fù)合模量法、應(yīng)力修正法、樁身壓 縮量法。而許多工程實踐表明，采用上述方法計算的建筑物沉降量遠(yuǎn)大于實測值。 正因如此各種沉降計算方法就應(yīng)運而生了。文獻【司將n i m 血n 應(yīng)力解用于變形計 算中，并考慮水泥土樁存在臨界樁長，將復(fù)合地基壓縮層從上到下分為三層：第 一層為加固區(qū)的臨界樁長范圍，第二層為臨界樁長以下的樁身范圍部分，第三層 為未加固的下臥層，提出了一種按三層地基模式計算水泥土樁復(fù)合地基變形的方 法文獻【9 采用復(fù)合模量當(dāng)層法并將臨界樁長引入計算沉降。文酬1 們對于結(jié)構(gòu)性 軟土而言，在計算沉降時應(yīng)考慮土體結(jié)構(gòu)性的影響。還有其它的沉降計算方法， 本文不再列舉。若要認(rèn)可或推廣應(yīng)用成為統(tǒng)一的方法，還需要大量的研究和實踐。 1 2 2 存在問題 攪拌樁技術(shù)在我國的發(fā)展己有2 0 年，但真正得到廣泛應(yīng)用研究不過l o 年， 雖然該技術(shù)已經(jīng)滲透到土木工程的各個領(lǐng)域，然而由于種種原因攪拌樁存在不少 問題，出現(xiàn)了不少的工程事故，給予人們深刻的教訓(xùn)。在1 9 9 7 年l o 月全國第五 屆地基處理學(xué)術(shù)討論會上提出一個發(fā)人深思的問題一“攪拌樁能否繼續(xù)使用”。 下面小列幾例來反映它存在的問題：上海市在1 9 9 3 年間大量采用水泥攪拌樁， 第一章緒論3 由于工程應(yīng)用一擁而上，相應(yīng)施工控制、技術(shù)管理與質(zhì)量檢測未能跟上，出了一 些問題，如沉降過大，超過3 0 c m ，出現(xiàn)不均勻沉降、傾斜、開裂現(xiàn)象等。致使 上海市建委發(fā)文，暫停使用粉噴樁，而對漿噴攪拌樁實行培訓(xùn)發(fā)證上崗。天津市 也出現(xiàn)了類似的情況，政府明令禁用，有些地方雖然未明令禁止，但也有受排擠 的現(xiàn)象南京市某小區(qū)住宅采用水泥攪拌樁，部分出現(xiàn)不均勻沉降及開裂，因此 不得不改用造價高的剛性樁基礎(chǔ)。攪拌樁的發(fā)展是迅速的，應(yīng)用是廣泛的，教訓(xùn) 是慘重的，然而造成事故的原因是多方面的，包括勘察、設(shè)計、施工、管理等等， 筆者認(rèn)為其主要的原因有以下三方面： ( 1 ) 技術(shù)參數(shù)的取值 目前由于多數(shù)工程施工時間緊迫，要求在短時間內(nèi)進行并完成眾多的實驗， 往往是很難實現(xiàn)的，致使室內(nèi)水泥土試塊試驗種類和數(shù)量較少，施工前也無現(xiàn)場 試驗樁的實測資料，在確定水泥土各種參數(shù)時無明確的標(biāo)準(zhǔn)，從而造成設(shè)計參數(shù) 嚴(yán)重偏離現(xiàn)場實測參數(shù)。所以制定出水泥土各種物理、力學(xué)指標(biāo)的試驗方法和統(tǒng) 一的取值標(biāo)準(zhǔn)己迫在眉睫。 ( 2 ) 水泥攪拌樁的設(shè)計方法 水泥攪拌樁單樁豎向承載力、復(fù)合地基承載力的確定方法主要是通過規(guī)范提 供的經(jīng)驗公式或載荷試驗確定。由于計算單樁承載力時材料強度取值不同，不同 設(shè)計者復(fù)合地基承載力計算結(jié)果差別很大；采用現(xiàn)場載荷試驗確定復(fù)合地基承載 力，其判定標(biāo)準(zhǔn)不夠明確。復(fù)合地基沉降主要發(fā)生在下臥層，其沉降量的計算方 法有：實體深基礎(chǔ)法、應(yīng)力擴散法、g 陀s s 法，但是許多工程實例測試結(jié)果表明， 實測沉降值與理論計算值相差甚大。所以沉降量的理論值與實測值之間的差異是 當(dāng)前水泥攪拌樁設(shè)計急待解決的問題之一 ( 3 ) 水泥攪拌樁的施工與檢測 施工管理混亂，施工隊伍偷工減料，樁體質(zhì)量嚴(yán)重缺陷，質(zhì)量檢測手段不健 全。所以成樁的質(zhì)量如何保證及其檢測方法都有待進一步的研究。 1 3 本文研究的主要內(nèi)容 基于水泥攪拌復(fù)合地基在設(shè)計、施工、檢測方面存在的問題，對以下幾個方 面作詳細(xì)分析與研究： ( 1 ) 根據(jù)國內(nèi)外大量試驗成果，歸納出水泥土各種物理、力學(xué)指標(biāo)的取值方 法和相關(guān)關(guān)系。 ( 2 ) 水泥土樁復(fù)合地基的工作機理研究是一個影響因素較多的復(fù)雜課題。本 文討論了群樁復(fù)合地基荷載傳遞規(guī)律與水泥土單樁荷載傳遞規(guī)律的差異，分析了 反映復(fù)合地基工作性狀的重要參數(shù)( 樁土應(yīng)力比、樁體應(yīng)力集中系數(shù)、樁間土應(yīng) 力減少系數(shù)l 。 第一章緒論 4 ( 3 ) 對水泥土樁復(fù)合地基變形特性的影響因素進行了初探。 ( 4 ) 利用a n s y s 計算軟件，對船閘的基底應(yīng)力和應(yīng)變進行了計算。為軟基的 處理提供了的依據(jù)。 ( 5 ) 具體地給出了水泥攪拌樁的設(shè)計計算方法和步驟，并通過實例驗證了其 可行性、實用性 第二章水泥土加固地基機理5 第二章水泥土加固地基機理 2 1 水泥加固土的原理 軟土與水泥采用機械攪拌加固的基本原理是基于水泥加固土( 簡稱水泥土l 的物理化學(xué)反應(yīng)。水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程與混凝土的硬化機理不同，混 凝土的硬化主要是在粗填充料( 比表面不大，活性很弱的介質(zhì)) 中進行水解和水化 作用，所以凝結(jié)速度較快。而在水泥加固土中，由于水泥的摻量很少( 僅占被加 固土重的7 2 0 ) ，水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性介質(zhì)的土的 圍繞下進行的，所以硬化速度緩慢且作用復(fù)雜，因此水泥加固土強度增長的過程 也比混凝土慢。 2 1 1 水泥的水解和水化反應(yīng) 普通硅酸鹽水泥主要是由氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及三 氧化硫等組成，由這些不同的氧化物分別組成了不同的水泥礦物：硅酸三鈣、硅 酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、硫酸鈣等。用水泥加固軟土?xí)r，水泥顆粒表面 的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，生成氫氧化鋁、含水硅酸鈣、含 水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物。其反應(yīng)過程如下： ( 1 ) 硅酸三鈣( 3 c a 0s i 0 2 j ：在水泥中含量最高( 約占全重的5 0 左右j ，是決 定強度的主要因素。 2 ( 3 c a 0s i 0 2 卜6 h z 0 卜_ 3 c a o2 s i 0 2 3 h 2 0 + 3 c a ( o h ) 2 2 j 硅酸二鈣( 2 c a os i 0 2 ) ：在水泥中含量較高( 占2 5 左右l ，它主要產(chǎn)生后 期強度。 2 c 2 c a 0s i 0 2 卜4 h 2 ( 卜3 c a 02 s i o3 h2 0 + c “o h ) 2 ( 3 ) 鋁酸三鈣( 3 c a o a l 2 0 3 j ：占水泥重量1 0 ，水化速度最快，促進早凝。 3 c a oa 1 2 0 礦6 h 2 0 3 c a oa l _ 0 ( 4 ) 鐵鋁酸四鈣( 4 c a o a l 2 鋤f e 2 0 3 ) ：占水泥重量1 0 左右，能促進早期強度。 4 c a oa 1 2 島0 3 + 2 c a ( o 哪礦1 伽2 0 3c a oa 1 2 0 36 h _ d + 3 c a of e 2 0 3 6 h ， o 所生成的氫氧化鈣、含水硅酸鈣能迅速溶于水中，使水泥顆粒表面重新暴露 出來，再與水發(fā)生反應(yīng)，這樣周圍的水溶液就逐漸達到飽和。當(dāng)溶液達到飽和后， 水分子雖繼續(xù)深入顆粒內(nèi)部，但新生成物己不能再溶解，只能以細(xì)分散狀態(tài)的膠 第二章水泥土加固地基機理6 體析出，懸浮于溶液中，形成膠體。 ( 5 j 硫酸鈣( c a s 0 4 l ：雖然它在水泥中的含量僅占3 左右，但它與鋁酸三 鈣一起與水反應(yīng)，生成一種被稱為“水泥桿菌”的化合物： 3 0 l so4 + 3 c a oa 1 2 0 3 + 3 2 h2 0 - 3 c a oa l 扣1 3 3 c a s o _ 3 2 h2 0 根據(jù)電子顯微鏡的觀察，水泥桿菌最初以針狀結(jié)晶形式在比較短的時間里析 出，其生成量隨著水泥摻入量的多少和齡期的長短而異。由射線衍射分析， 這種反應(yīng)迅速，最后把大量的自由水以結(jié)晶水的形式固定下來，這對于含水量高 的軟土的強度增長有特殊意義，使土中自由水的減少量約為水泥桿菌生成重量的 4 6 。當(dāng)然，硫酸鈣的摻量不能太多，否則這種水泥桿菌針狀結(jié)晶會使水泥發(fā)生 膨脹而遭到破壞。所以，如使用得合適，在某種特定條件下可利用這種膨脹勢來 增加地基加固效果。 2 1 0 粘土顆粒與水泥水化物的作用 當(dāng)水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架；有的則 與其周圍具有一定活性的粘土顆粒發(fā)生反應(yīng)。 離子交換和團?；饔?粘土和水結(jié)合時就表現(xiàn)出一種膠體特征，如土中含量最多的二氧化硅遇水 后，形成硅酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子- h 或鉀離子k + ，它們能和水泥水 化生成的氫氧化鈣中鈣離子c a 2 + 進行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的 土團粒，從而使土體強度提高。 水泥水化生成的凝膠粒子的比表面積約比原水泥顆粒大1 0 0 0 倍，因而產(chǎn)生 很大的表面能，有強烈的吸附活性，能使較大的土團粒進一步結(jié)合起來，形成水 泥土的團粒結(jié)構(gòu)，并封閉各土團的空隙，形成堅固的聯(lián)結(jié)，從宏觀上看也就使水 泥土的強度大大提高。 ( 2 l 硬凝反應(yīng) 隨著水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù)量超過離子交 換的需要量后，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二鋁的一 部分或大部分與鈣離子進行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的穩(wěn)定結(jié)晶化合物，增 大了水泥土的強度。從掃描電子顯微鏡觀察中可見，拌入水泥7 天時，土顆粒周 圍充滿了水泥凝膠體，并有少量水泥水化物結(jié)晶的萌芽。一個月后水泥土中生成 大量纖維狀結(jié)晶，并不斷延伸充填到顆粒間的空隙中，形成網(wǎng)狀構(gòu)造。到五個月 時，纖維狀結(jié)晶輻射向外伸展，產(chǎn)生分叉，并相互連結(jié)形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，水泥 的形狀和土顆粒的形狀已不能分辨出來。 2 1 3 碳酸化作用 第二章水泥土加固地基機理7 水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化 反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸鈣，其反應(yīng)如下： c a ( 0 啊) 2 + c 0 r c ac 0 3 + h 2 0 這種反應(yīng)也能使水泥土增加強度，但增長的速度較慢，幅度也較小。從水泥 土的加固機理分析，由于攪拌機械的切削攪拌作用，實際上不可避免地會留下一 些未被粉碎的大小土團。在拌入水泥后將出現(xiàn)水泥漿包裹土團的現(xiàn)象，而土團間 的大孔隙基本上已被水泥顆粒填滿。所以，加固后的水泥土中形成一些水泥較多 的微區(qū)，而在大小土團內(nèi)部則沒有水泥。只有經(jīng)過較長的時間，土團內(nèi)的土顆粒 在水泥水解產(chǎn)物滲透作用下，才逐漸改變其性質(zhì)。因此在水泥土中不可避免地會 產(chǎn)生強度較大和水穩(wěn)性較好的水泥石區(qū)和強度較低的土塊區(qū)。兩者在空間相互交 替，從而形成一種獨特的水泥土結(jié)構(gòu)。可見，攪拌越充分，土塊被粉碎得越小， 水泥分布到土中越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)強度的離散性小，其宏觀的總體強度也最 高。 2 2 水泥土的材料特性 2 2 1 水泥土的物理性質(zhì) ( 1 ) 重度 由于拌入軟土中的水泥漿重度與軟土的重度相近，所以水泥土的重度與天然 軟土的重度相近。通過大量水泥土重度試驗結(jié)果表明，水泥土的重度僅比天然軟 土的重度提高o 5 3 ，所以采用水泥土攪拌法加固厚層軟土地基時，其加固 部分對于未加固部分不致產(chǎn)生過大的附加荷重，也不會產(chǎn)生較大的附加沉降。 ( 2 l 含水量 水泥土在凝結(jié)與硬化過程中，由于水泥水化等反應(yīng)，使部分自由水以結(jié)晶水 的形式固定下來，使水泥土的含水量略低于原土樣的含水量，試驗結(jié)果分析，水 泥土含水量比原土樣含水量減少0 5 7 ，且隨著水泥摻入量的增大而減少 ( 3 ) 相對密度 由于水泥的相對密度為3 1 ，比一般軟土的相對密度2 6 5 2 7 5 為大，故水 泥土的相對密度比天然軟土的相對密度稍大。 ( 4 ) 滲透系數(shù) 水泥土的滲透系數(shù)隨水泥摻入比的增大和養(yǎng)護齡期的增大而減少，水泥土的 滲透系數(shù)小于原狀土水泥土的滲透系數(shù)與原狀士性、水泥摻入量、攪拌的均勻 程度以及初始含水量等因素有關(guān)。一般可達1 0 7 1 0 舳吡，8 數(shù)量級。 2 2 2 水泥土的力學(xué)性質(zhì) 第二章水泥土加固地基機理 8 ( 1 i 無側(cè)限抗壓強度 水泥土的無側(cè)限抗壓強度是衡量水泥土力學(xué)性質(zhì)的極其重要的一個指標(biāo)， 般其值為o 3 弧佃a ，即比天然軟土大幾十倍至數(shù)百倍其變形特征隨強度不同 而介于脆性體與彈塑性體之間，圖2 1 為水泥土的應(yīng)力一應(yīng)變曲線，從圖中可見， 水泥土受力開始階段，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系基本上符合虎克定律。當(dāng)外力達到極限強 度時，對于強度大于2m p a 的水泥土很快出現(xiàn)脆性破壞，破壞后殘余強度很小， 此時的軸向應(yīng)變約為( o 8 1 2 ) ( 如圖2 1 中的a ，如試件j ；對強度小于2 m p a 的水泥土則表現(xiàn)為塑性破壞( 如圖2 1 中的a 5 ，a i o ，a 坳試件) 。 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 直2 0 1 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 o 2o o 6o 81 ol21 4 1 6 1 8 “ 圖2 1 水泥土的應(yīng)力一應(yīng)變曲線 注：a 5 、a l o 、a 1 5 、a 、a 2 5 表示水水泥摻入比dw 【5 、l o 、1 5 、2 0 、2 5 ) 【2 ) 抗拉強度 水泥土抗拉強度指標(biāo)是設(shè)計水泥土攪拌樁擋墻的一個重要參數(shù)。一般應(yīng)通過 室內(nèi)試驗確定，水泥土的抗拉強度o 。隨其無側(cè)限抗壓強度丘m 的增長而提高，當(dāng) 水泥土的無側(cè)限抗壓強度島= 0 5 4 m p a 時，其抗拉強度o 。= 0 0 5 o 7 0m p a ，即 有o 。= o 0 6 o 3 。有資料介紹用劈裂法求得粘土的加固土抗拉強度。ot 與無側(cè) 限抗壓強度島的關(guān)系如圖2 - 2 ，可見，隨著的增大，抗拉強度o 。的增長速率 有逐漸降低的趨勢。 ( 3 ) 抗剪強度 水泥土的抗剪強度可由高壓三軸剪切儀進行測定，通過大量實驗結(jié)果表明； 水泥土的抗剪強度隨抗壓強度的增加而提高，當(dāng)場。= o 5 4m p a 時，其粘聚力 c = 0 i 1 1 m p a ，一般約為的2 0 3 0 ，其內(nèi)摩擦角變化在2 0 0 3 0 0 之間； 另外，室內(nèi)試驗的抗剪強度t 與無側(cè)限抗壓強度的關(guān)系如圖2 - _ 3 所示，隨著 第二章水泥土加固地基機理 9 的增大，抗剪強度和無側(cè)限抗壓強度的比值有變小的趨勢，其總體的規(guī)律為 t = ( 1 ，2 1 ，3j 。 1 4 ) 變形模量 當(dāng)垂直應(yīng)力達5 0 無側(cè)限抗壓強度時，水泥土的應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為水泥 土的壓縮模量e l 。 ： 量 v 倒 鰻 掣 輾 一 a 苫 趣l 嘿 釹 輻 o 無側(cè)限抗壓強度f c u ( m p 8 ) 圖2 - 2 抗拉強度與無側(cè)限抗壓強度的關(guān)系 1 o2 o3 o4 05 o6 o1 0 無側(cè)限抗壓強度f c u 伽p a ) 圖2 - 3 加固土的抗剪強度與無側(cè)限抗壓強度的關(guān)系 ( 5 j 壓縮系數(shù)和壓縮模量 水泥土樁的壓縮系數(shù)約為o 0 | 2 o 0 3 5 m p a - 1 ，其相應(yīng)的壓縮模量e s = 6 0 1 o o m p a ，小于變形模量。我國建筑地基處理技術(shù)規(guī)范( j g l 7 9 - 2 0 0 2 j 中提出攪 第二章水泥土加固地基機理 1 0 拌樁的壓縮模量可取( 1 1 2 0 ) ，對樁較短或樁身強度較低者可取低值，反之 可取高值。 ( 6 ) 水泥土樁的抗凍性能 將水泥土試件置于自然負(fù)溫下進行抗凍試驗，經(jīng)觀察表明，試件外觀無顯著 變化，僅有少數(shù)試塊表面出現(xiàn)裂紋，并有局部片狀剝落，邊角脫落和微膨脹，但 影響深度及面積均不大，可見自然冰凍條件下不會對水泥土樁深部造成結(jié)構(gòu)破 壞。水泥土樁經(jīng)長時間冰凍后的強度與不經(jīng)過冰凍的強度相差無幾，但當(dāng)冰凍后 再恢復(fù)正溫，其強度繼續(xù)升高，可升高到接近標(biāo)準(zhǔn)值，即凍后正常養(yǎng)護9 叫的強 度與標(biāo)準(zhǔn)強度非常接近。 在自然溫度不低于一1 5 的條件下，冰凍對水泥土結(jié)構(gòu)損害甚微，因此，只 要在地溫不低于一1 0 的條件下，就可以進行攪拌法的冬季施工 2 3 影響水泥土攪拌樁強度的主要因素 國內(nèi)外對加固土所做的大量試驗結(jié)果表明，影響水泥土強度的因素主要有： 水泥摻入比；齡期；土樣含水量；水泥標(biāo)號；土樣中有機質(zhì)含量； 外摻劑；養(yǎng)護方法；擬加固土類；其中以齡期、水泥摻入比和土樣含水量對 強度影響最大。 下面就影響無側(cè)限抗壓強度的主要因素做簡要介紹： ( 1 ) 水泥摻入比d ，的影響 水泥摻入比n ，系指水泥重量與被加固的軟土重量之比，即： o 。= w 1 w xl 其中：w i 為摻加的水泥重量；w 為被加固的軟土重量 采用水泥作為固化劑材料，在其他條件相同時，在同一土層中水泥摻入比不 同時，水泥土強度將不同從圖2 一和扣弓中可以看出，水泥土的強度隨水泥 摻入比的增大而提高，當(dāng)q 。小于5 時，由于水泥與土的反應(yīng)過弱，水泥土固 化程度低，強度離散性也較大，故在水泥土深層攪拌法的實際工程中，選用的水 泥摻入比，宜大于7 ，一般水泥摻入比q ，采用1 2 2 0 。但因場地土質(zhì)與 施工條件的差異，摻入比的提高與水泥土強度增加的百分比是不完全一致的。 ( 2 ) 齡期對強度的影響 從圖2 - 5 中可以看出，水泥土強度隨齡期的增長而增大，且水泥摻入比越高， 強度增長越快。在齡期超過2 8 d 后，強度仍有明顯增長，為了降低造價，對承重 攪拌樁試塊國內(nèi)外都取9 叫齡期為標(biāo)準(zhǔn)齡期。從抗壓強度試驗得知，在其他條件 相同時，不同齡期的水泥土抗壓強度問關(guān)系大致呈線性關(guān)系，其經(jīng)驗關(guān)系式如下： 第二章水泥土加固地基機理 叮= ( o 47 o 6 3 ) 幽； n 戶( 0 6 2 o 8 0 掩嘲； e 曲戶( 1 1 5 1 4 6 比噶； e 西尹( 1 4 3 1 8 0 皿啦； e 塒尹( 2 3 7 3 7 3 ) e 由； 乞蒯產(chǎn)( 1 7 3 噸8 2 ) “； 上式叮、丘m 1 4 、譎、哪、踟分別為7 ，1 4 ，2 8 ，6 0 ，9 0 d 齡期的水泥土 抗壓強度。 a - ( ) 圖2 4 水泥摻入比d 。與強度的關(guān)系 3 o 2 5 2 o 1 5 1 o o 5 齡期( 月 圖2 - 5 水泥土摻入比、齡期與強度的關(guān)系 罟善，d| 第二章水泥土加固地基機理1 2 當(dāng)齡期超過三個月后，水泥土強度增長緩慢。1 8 毗的水泥土強度為9 0 d 的 1 2 5 倍，而1 8 0 d 后水泥土強度增長仍未終止。文獻【1 l l 介紹： 島。5 4 = 1 3e 咖( 普通硅酸鹽水泥j ； 5 # = 1 8 丘咖( 高爐礦渣水泥j 。 ( 3 ) 水泥標(biāo)號對強度的影響 水泥標(biāo)號直接影響水泥土的強度，水泥土的強度隨水泥標(biāo)號的提高而增加， 水泥強度等級提高1 0 級，水泥土的強度大約增大2 d 3 0 。如要求達到相同 強度，水泥強度等級提高1 0 級，可降低水泥摻入比2 3 。 ( 4 l 土樣含水量對強度的影響 當(dāng)水泥土配比相同時，其強度隨土樣的天然含水量的降低而增大，圖2 6 ( 試 驗條件是水泥摻入量是土的干重量的l o ，土性為沖填粘土，齡期2 8 天l 所示。 試驗表明，當(dāng)土的含水量在5 0 8 5 范圍內(nèi)變化時，含水量每降低i o ，水泥 土強度可提高3 0 i l 刁。 ( 5 ) 土樣中有機質(zhì)含量對強度的影響 圖2 - 7 為兩種不同有機質(zhì)含量軟土配制的水泥土強度試驗曲線，從圖中可看 出，有機質(zhì)含量少的土比有機質(zhì)含量高的土所制成的水泥土強度大得多，水泥土 中的有機質(zhì)可使土具備有較大的水容性和塑性、膨脹性和低滲透性，并使土的酸 性增加，這些因素都能使水泥的水化反應(yīng)受到抵制。因此，對于有機質(zhì)含量高的 軟土( _ 一般當(dāng)?shù)鼗劣袡C質(zhì)含量大于1 時加固效果較差l ，不宜單純用水泥作為 固化劑進行加固，宜改用水泥系固化材料或特種水泥，以提高固化效果。 ( 6 ) 外摻劑對強度的影響 不同的外摻劑對水泥土強度有著不同的影響。如木質(zhì)素磺酸鈣對水泥土強度 影響不大，主要起減水作用。石膏、三乙醇胺對水泥土強度有增強作用，而其增 強效果對不同土樣和不同的水泥摻入比又有所不同，所以選擇合適的外摻劑可以 提高水泥土強度又可以節(jié)約水泥用量。外摻劑對水泥土強度的影響如圖2 8 和表 2 1 所示。 摻加粉煤灰的水泥土，其強度一般都比不摻粉煤灰的有所增長，如圖2 - 9 示。 但是，從表2 - 2 可見，在水泥低摻合量試驗中摻粉煤灰的試塊強度高于未摻粉煤 灰的試塊，而在水泥大于1 5 摻合量的試驗中未摻粉煤灰的試塊強度高于摻粉煤 灰的強度，從這點可以看出，在水泥低摻合量中粉煤灰與水泥共同起作用與土形 成一定強度的水泥土，而水泥大于2 5 摻合量后，土主要與水泥產(chǎn)生反應(yīng)，形成 水泥土，粉煤灰的摻合反而降低了水泥土的強度。 第二章水泥土加固地基機理 1 3 魯 蔓 v j 0 蜊 醺 出 j 罨 醛 肇 恨 1 含水量( ) 圖2 _ 6 無側(cè)限抗壓強度與含水量的關(guān)系 齡期( 月j i 一有機含量為1 3 的軟土 i i 一有機含量為1 0 1 的軟土 圖2 - 7 有機含量與水泥土強度的關(guān)系 墨v，=避氍暴盛n 第二章水泥土加固地基機理 1 4 圖2 8 外加劑對水泥土強度的影響 粉煤灰對水泥土強度的影響表2 _ l 水泥摻入比( ) 1 01 5 2 0 l o1 52 01 01 5 齡期3 天7 天1 4 天 水摻1 0 粉煤 3 4 93 9 24 6 03 9 04 3 44 8 l4 7 75 6 8 泥 灰1 ( a ) 土 不摻粉煤灰 2 5 65 5 86 6 23 7 25 4 86 7 93 9 66 5 3 強 心( k p a ) 度 e n i 位畦 1 3 61 0 51 2 0 ( 7 ) 擬加固土類對強度的影響 不同成因軟土的水泥加固試驗結(jié)果表明，濱海相沉積的淤泥和淤泥質(zhì)土固化 后強度大于河川沉積的同類土，湖沼相沉積的泥炭和泥炭化土固化強度最低。圖 2 1 0 表示的是樁體的無側(cè)限抗壓強度幾與土類的關(guān)系，即為砂性土、粘性土和腐 殖土中用水泥土試塊的無側(cè)限抗壓強度和固化劑摻合量的關(guān)系對比試驗資料。從 圖2 1 0 中可定性地說明砂性土固化后，無側(cè)限抗壓強度大于秸性土；粘性土固 化后，其無側(cè)限抗壓強度大于腐殖土；而含有砂粒的粉土固化后，強度又大于粉 質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。 ( 8 ) 養(yǎng)護方法對強度的影響 養(yǎng)護方法對水泥土的強度影響主要表現(xiàn)在養(yǎng)護環(huán)境的濕度和溫度。 國內(nèi)外試驗資料都說明，養(yǎng)護方法對短齡期水泥土強度的影響很大，隨著時 間的增長，不同養(yǎng)護方法下的水泥土無側(cè)限抗壓強度趨于一致，說明養(yǎng)護方法對 第二章水泥土加固地基機理 1 5 水泥土后期強度的影響較小。 齡期( 月l 實線為不摻粉煤灰的水泥土；虛線為摻粉煤灰的水泥土 圖2 母粉煤灰對強度的影響 ( 9 ) 室內(nèi)外無側(cè)限抗壓強度的關(guān)系 室內(nèi)制樣試驗所得到的無側(cè)限抗壓強度厶l ，與在現(xiàn)場取樣試驗得來的無側(cè) 限抗壓強度t ，由于水灰比和拌合養(yǎng)護條件不一樣，其差異較大。普遍存在的 是室內(nèi)拌制水泥土強度很高，而現(xiàn)場樁身強度很低，我國規(guī)范規(guī)定強度折減系數(shù) 1 1 取o 2 o 3 3 ，即以。i = o 2 o 3 3 。 摻合量( 1 【g ，m 3 l 砂性土的無側(cè)限抗壓強度與摻合量 摻合量( k g ，m 3 ) 粘性土的無側(cè)限抗壓強度與摻合量 第二章水泥土加固地基機理 1 6 苫 螽 鼎 囊 醛 愛 摻合量( k g 恤3 ) 粘性土的無側(cè)限抗壓強度與摻合量 圖2 1 0 矗：i i 與土類的關(guān)系( 室內(nèi)試驗：普通水泥j 第三章水泥攪拌復(fù)合地基的作用機理 1 7 第三章水泥攪拌復(fù)合地基的作用機理 水泥攪拌法加固軟土形成的復(fù)合地基，在受到上部結(jié)構(gòu)荷載作用時，對其受 力性狀的認(rèn)識尚處于不成熟階段，特別是基底應(yīng)力分布、變形特征、樁身應(yīng)力傳 遞以及樁間土的應(yīng)力分擔(dān)比等問題尚有待于深入研究，但從試驗和工程實踐提供 的資料說明，水泥攪拌樁復(fù)合地基仍有可遵循的基本規(guī)律 3 1 樁土接觸面的荷載傳遞 由于水泥系深層攪拌樁本身有一定的強度和剛度，目前的加固理論認(rèn)為深層 攪拌樁介于柔性樁與剛性樁之間，是一種半剛性樁。樁體剛度隨水泥摻入比的變 化而不同，若摻入量較小，樁體的特性類似柔性樁，而摻入量較大，又類似于剛 性樁，所以它具有雙重的特點相比剛性的鑰筋棍凝土樁而言，深層攪拌樁只是 一種低強度樁，其強度只有鋼筋混凝土強度的l ，1 0 l ，2 0 ，但卻是所加固軟土的 幾十倍至幾百倍因此，根據(jù)水泥土的應(yīng)力一應(yīng)變呈線性關(guān)系的特征，可以認(rèn)為 深層攪拌樁的承載特性與剛性樁相近，文獻【1 3 】通過水泥土、混凝土與土接觸面 荷載傳遞對比試驗證明，水泥土一土與混凝土一土接觸面荷載傳遞較為相似，說 明水泥土一土接觸面荷載傳遞特性類似剛性樁，承載力主要由樁身摩阻力q l 和 端阻力q p ，兩部分組成；又由于深層攪拌樁本身有一定的壓縮性和非線性變形特 征，使得它與剛性樁相比在摩阻力的發(fā)揮、應(yīng)力的傳遞以及單樁受力和破壞機理 方面又存在一定的區(qū)別。 施加于樁頂?shù)呢Q向荷載，通過樁側(cè)摩阻力和樁端阻力傳遞給地基土，樁頂總 荷載等于樁側(cè)摩阻力和樁端阻力兩部分的總和。樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的發(fā)揮過 程就是樁土體系荷載的傳遞過程。樁頂受豎向荷載后，樁身壓縮而向下位移，樁 側(cè)表面受到土的向上摩阻力，樁側(cè)土體產(chǎn)生剪切變形，并使樁身荷載傳遞到樁周 土層中去，從而使樁身荷載與樁身壓縮變形隨深度遞減。隨著荷載增加，樁端出 現(xiàn)豎向位移和樁端反力。樁端位移加大了樁身各截面的位移，并促使樁側(cè)阻力進 一步發(fā)揮。一般說來，靠近樁身上部土層的側(cè)阻力先予下部土層發(fā)揮，而側(cè)阻力 先于端阻力發(fā)揮出來。 長度為l 的豎直單樁在樁項軸向力q o 作用下，在樁身任一深度z 處橫截面 上所引起的軸力q 仨) 將使截面下樁身壓縮，樁端下沉s b ，致使該截面向下位移 了s ( z ) ，這種位移會造成樁身側(cè)面與樁周土之間的相對滑移，其大小則制約著土 對樁側(cè)表面向上作用的正摩阻力q i ( z ) 的發(fā)揮程度 任一深度z 處的樁身截面的荷載為： q ：= 一缸鋤娩 ( 3 - l j 第三章水泥攪拌復(fù)合地基的作用機理 1 8 式中：u 一樁身周長。 把樁視作線性變形體，其樁身截面積為，彈性模量為e p ，則樁頂豎向位 移s o 及深度z 處樁身截面的位移為： 勤s + 去囊如勤8 + 葛石支q ( 磅如 t 。一毫譬q ( z ) 娩 1 3 - 2 j 式中：s b 樁底位移 由微分段d z 的豎向平衡條件：q ( z ) 一( z ) 糯如一【q ( z 每d 癆】so 可得 樁側(cè)摩阻力4 s ( z ) 與樁身軸力q ( z ) 的關(guān)系： ( z ) 一一警 ( 3 - 3 ) 上式也可由式( 3 1 ) 對z 取一階導(dǎo)數(shù)得到。由于樁頂軸力q 。沿樁身向下通過 樁側(cè)摩阻力逐步傳給樁周土，因此任一截面的軸力q ( z ) 就相應(yīng)地隨深度而遞減， 所以，上式右端帶負(fù)號 微分段d z 的壓縮量為： d s ( z ) 一蓑如 ( 3 - 4 ) 由式( 孓3 j 和式( 孓4 j 得： q l t 一警警 ( 孓5 j 式1 3 _ 5 ) 就是樁土體系荷載傳遞分析計算的基本微分方程。通過在樁身埋設(shè)應(yīng) 力或位移測試元件，即可求得軸力和側(cè)阻力沿樁身的變化曲線。 復(fù)合地基的荷載傳遞是由上而下，由樁體向樁間土擴展的過程。荷載作用初 期，所加荷載均勻地傳遞到樁和樁間土上。荷載較小時，其變形也小，樁和樁間 土應(yīng)力呈線性增長，符合虎克定律，隨外荷增加，樁土應(yīng)力發(fā)生變化，在加荷過 程中，由于樁和樁間土必須滿足位移協(xié)調(diào)變形條件，此時荷載增大，復(fù)合地基變 形隨著增大，樁上應(yīng)力集中加劇。當(dāng)樁承擔(dān)的荷載達到其臨界荷載，樁體首先進 入塑性狀態(tài)，不再分擔(dān)更多的外加荷載。之后，地基應(yīng)力又會向樁間土上轉(zhuǎn)移， 外加荷載的增量部分基本上由樁間土來承擔(dān)，直至樁和樁間上共同進入塑性狀 第三章水泥攪拌復(fù)合地基的作用機理 1 9 態(tài)。 3 2 荷載傳遞性狀隨相關(guān)因素的變化 通過試驗研究與理論分析得到樁土體系荷載傳遞性狀隨著有關(guān)因素變化的 一般規(guī)律如下： ( 1 ) 樁端土與樁周土的模量比e b e ，愈小，樁身軸力沿深度衰減愈快，即傳 遞到樁端的荷載愈小，在樁的長徑比l m - 2 5 的情況下，圖3 1 示，當(dāng)e b ，e = l 時，即均勻土層中，樁端阻力占總荷載僅約5 ，即接近于純摩擦樁；當(dāng)e 征 增大到l 時，其端阻力占總荷載約6 0 ，即屬端承樁，樁身下部側(cè)阻的發(fā)揮值 相應(yīng)降低；e b 假再繼續(xù)增大，對端阻分擔(dān)荷載比影響不大。 ( 2 ) 隨樁土剛度比e p ，e 。( 樁身剛度與樁側(cè)土剛度之比) 的增大，傳遞到樁端的 荷載增大，側(cè)阻發(fā)揮值也相應(yīng)增大；但當(dāng)e 肛。1 o 后，端阻分擔(dān)的荷載比變 化不明顯。 ( 3 ) 隨樁的長徑比i 甩增大，傳遞到樁端的荷載減小，樁身下部側(cè)阻發(fā)揮值 會降低。當(dāng)l ，d 4 0 時，在均勻土層中，其端阻分擔(dān)的荷載比趨于零；當(dāng)l ，d l o o 時，不論樁端土剛度多大，其端阻分擔(dān)荷載值小到可忽略不計，如圖3 - 2 所 示。 上述荷載傳遞的理論分析結(jié)果說明，單樁極限承載力所對應(yīng)的某特定土層的 極限側(cè)阻力和極限端阻力。由于樁長與樁徑比不同，樁端、樁周土剛度比不同， 或由于該土層分布位置的變化，其發(fā)揮值是不同的。為有效發(fā)揮樁的承載性能和 取得最佳經(jīng)濟效果，設(shè)計中運用樁土體系荷載傳遞特性，根據(jù)土層的分布與性質(zhì)， 合理確定樁徑、樁長、樁端持力層是十分必要的。 3 3 群樁復(fù)合地基荷載傳遞規(guī)律 通過對單樁的理論與試驗研究【4 l ，證明了單樁存在一個臨界樁長k ，樁體 的軸向變形、軸力和側(cè)阻力主要集中在臨界樁長k 深度范圍內(nèi)，傳至樁端的荷 載所占比例較?。浑S著外荷載的增大，有效樁長深度內(nèi)的樁體變形明顯增大，而 對于大