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1、复 合 载 体 夯 扩 桩 最 优 桩 距 的 研 究李 广 信 仇 凯 斌 介 玉 新(清 华 大 学 水 利 水 电 工 程 系 北 京 100084) 王 继 忠(北 京 波 森 特 岩 土 工 程 公 司 北 京 100083)摘 要 : 复 合 载 体 夯 扩 桩 的 最 优 桩 距 的 确 定 对 于 提 高 复 合 载 体 夯 扩 桩 的 技 术 经 济 效 益 有 着 十 分 重 要 的 作 用 。 通 过 半桩 模 型 试 验 确 定 了 在 不 同 桩 距 情 况 下 夯 扩 的 相 互 影 响 ,从 而 把 夯 扩 扰 动 影 响 控 制 在 合 理 范 围 内 ,并 确
2、 定 最 优 桩 距 。 同 时 ,通过 现 场 取 样 和 室 内 试 验 确 定 了 夯 扩 对 夯 扩 体 以 下 地 基 的 竖 向 影 响 范 围 ,并 用 计 算 下 卧 层 土 体 的 承 载 力 来 确 定 复 合 载 体 夯 扩桩 的 最 优 桩 距 ,两 种 方 法 得 到 的 最 优 桩 距 均 接 近 于 4 倍 桩 径 。关 键 词 : 复 合 载 体 夯 扩 桩 半 桩 模 型 试 验 最 优 桩 距 荷 载 传 递STUDY ON OPTIMAL SPACING FOR RAMMED ENLARGEDCOMPOSITE BEARER PILESLi Guangxi
3、n Qiu Kaibin Jie Yuxin(Tsinghua University Beijing 100084) Wang Jizhong(Beijing Puissant Geotechnical Engineering Co. Beijing 100083)Abstract : The optimal spacing of rammed enlarged composite bearer piles is much more important for improving economical efficiency. Thereciprocal influence during ram
4、ming and enlarging for different spacings is determined through half2pile model test ,so that minimum spacing isdetermined for rational range of disturbance aroused by ramming and enlarging. The influence area of ramming and enlarging is determined byin2site sampling and laboratory test ,the optimal
5、 spacing of Rammed Enlarged Composite Bearer Piles is calculated in the situation that thebearing capacity of bearing stratum is fully stimulated. The optimal spacing from the two approaches is close to 4 diameters of the piles.Keywords : rammed enlarged composite bearer pile half2pile model test op
6、timal spacing load transfer第 一 作 者 :李 广 信 男 1941 年 10 月 出 生 博 士 生 导 师 教 授收 稿 日 期 :2001 - 07 - 25近 年 来 ,在 工 程 实 践 中 发 展 起 来 的 复 合 载 体 夯扩 桩 (如 图 1)越 来 越 引 起 人 们 的 关 注 。 它 与 普 通 夯扩 桩 的 区 别 在 于 其 不 采 用 混 凝 土 作 为 夯 扩 体 的 填 充料 ,而 是 采 用 碎 砖 、 碎 石 、 块 石 等 价 格 十 分 低 廉 的 建筑 材 料 。 这 种 复 合 载 体 夯 扩 桩 的 突 出 优 点 在
7、 于 : (1)图 1 复 合 载 体 夯 扩 桩 示 意1 - 桩 身 ;2 - 夯 扩 体 ;3 - 取 土 样 位 置 ;4 - 加 密 体在 保 证 单 桩 承 载 力 的 条 件 下 ,大 幅 度 降 低 单 桩 造 价 ;(2)在 夯 扩 过 程 中 填 充 料 形 成 了 良 好 的 透 水 通 道 ,使得 夯 扩 体 周 围 影 响 范 围 内 土 体 快 速 固 结 ,显 著 提 高土 体 强 度 ,相 应 提 高 桩 的 承 载 力 ; (3) 可 消 纳 大 量 的城 市 建 筑 垃 圾 。自 从 这 种 桩 出 现 以 后 ,在 全 国 各 地 得 到 了 广 泛运 用
8、 ,但 目 前 对 这 种 桩 的 设 计 和 施 工 尚 缺 乏 系 统 的研 究 ,本 文 通 过 半 桩 模 型 箱 试 验 和 理 论 分 析 确 定 了复 合 载 体 夯 扩 桩 的 最 优 桩 距 ,为 这 种 桩 的 设 计 和 施工 提 供 了 有 力 的 指 导 。1 试 验 设 备 、 地 基 土 的 模 拟 和 试 验 方 法111 试 验 设 备采 用 尺 寸 为 700mm 700mm 200mm(长 高 宽 )的 模 型 箱 ,内 装 粘 土 。 用 模 型 箱 模 拟 二 分 之 一 半无 限 空 间 ,即 半 个 地 基 。 箱 的 正 面 是 有 机 玻 璃
9、板 ,上有 20mm 20mm 的 方 格 网 (局 部 有 5mm 5mm 方 格网 ) ,其 余 各 面 镶 钢 板 ,并 焊 上 钢 框 架 ,以 增 大 刚 度 减小 变 形 量 。 有 机 玻 璃 板 为 半 空 间 地 基 的 对 称 面 ,采用 有 机 玻 璃 内 侧 涂 润 滑 油 并 衬 上 透 明 塑 料 膜 ,可 有效 降 低 砂 土 及 填 充 料 与 箱 壁 (有 机 玻 璃 ) 之 间 的 摩擦 。 模 型 箱 的 构 造 和 夯 扩 桩 的 设 置 如 图 2 所 示 。为 了 观 测 夯 扩 体 夯 扩 过 程 中 的 形 状 变 化 和 夯 扩相 互 影 响
10、,采 用 半 桩 在 模 型 箱 中 紧 贴 有 机 玻 璃 板 进行 半 桩 试 验 。 取 半 边 钢 管 (外 径 D = 32mm ,内 径 d92Industrial Construction 2002 ,Vol132 ,No11 工 业 建 筑 2002 年 第 32 卷 第 1 期 图 2 模 型 箱 示 意 图 mm(a) - 模 型 箱 正 立 面 图 ; (b) - 1 - 1 剖 面1 - 模 型 箱 钢 框 架 ; 2 - 桩 身 ; 3 - 夯 扩 体 ; 4 - 有 机 玻 璃 板= 28mm ,长 度 L = 400mm) 模 拟 外 套 管 ;内 夯 杆 及 夯
11、锤 如 图 3 所 示 。图 3 半 桩 试 验 外 夯 管 、 内 夯 杆 和 穿 心 锤 示 意 mm(a) - 外 夯 管 ; (b) - 内 夯 杆 ; (c) - 穿 心 锤112 地 基 土 的 模 拟在 模 型 箱 内 采 用 白 河 堡 粘 土 ,模 拟 粘 性 土 持 力层 。 试 验 用 白 河 堡 粘 土 的 性 质 如 表 1 所 示 3 。表 1 白 河 堡 粘 土 土 性密 度 P 最 优 含水 量 P 最 大 干密 度 P 液 限 P塑 限 P 塑 性指 数 P 压 缩系 数 P 渗 透系 数 P(g cm - 3) % (g cm - 3) % % % MPa
12、- 1 (cm s - 1)2171 17 117 32 1711 1419 0117 216 10 - 5粘 土 持 力 层 填 充 料 通 过 分 层 人 工 夯 实 模 拟 。 首先 过 2mm 筛 ,然 后 以 最 优 含 水 量 湿 润 ,静 置 24h 后根 据 密 度 要 求 分 层 人 工 夯 实 。113 试 验 方 法由 于 复 合 载 体 夯 扩 桩 在 施 工 中 对 周 围 和 下 部 的土 体 有 强 烈 的 夯 实 挤 密 作 用 ,假 如 桩 距 过 小 ,后 施 工的 桩 对 已 完 成 的 桩 会 有 明 显 的 扰 动 作 用 ,造 成 桩 的上 浮 和
13、偏 位 ,所 以 当 桩 距 过 小 时 ,不 但 施 工 困 难 ,而且 桩 体 的 可 靠 性 和 承 载 力 性 能 也 得 不 到 保 证 。 为 保证 周 围 桩 体 的 稳 定 性 和 可 靠 性 ,需 确 定 最 小 允 许 桩距 。 同 时 ,假 如 桩 距 过 大 ,持 力 层 土 体 得 不 到 充 分 挤密 ,则 持 力 层 的 土 体 承 载 力 不 能 充 分 发 挥 出 来 ,而 且承 台 费 用 会 显 著 上 升 ,也 不 是 经 济 合 理 的 。 通 过 有限 元 计 算 分 析 1 和 工 程 实 践 ,最 优 夯 扩 体 直 径 一 般为 桩 径 的 2
14、 倍 ,下 面 就 讨 论 在 最 优 夯 扩 体 直 径 情 况下 的 合 理 桩 距 。图 4 测 点 位 置 示 意1 - 桩 身 ; 2 - 夯 扩 体 ; 3 - 测 点在 试 验 中 分 别 取 桩 距 为 2 倍 、 3 倍 、 4 倍 、 5 倍 桩径 。 试 验 测 量 方 法 为 ,首 先 夯 扩 一 个 夯 扩 体 ,在 这 个夯 扩 体 夯 扩 结 束 后 ,在 玻 璃 板 上 标 记 其 形 状 和 位 置 ,取 夯 扩 体 两 侧 最 宽 处 为 测 点 (如 图 4 所 示 ) ,然 后 在距 离 夯 扩 桩 2 倍 、 3 倍 、 4 倍 、 5 倍 桩 径 处
15、 夯 扩 第 二 根夯 扩 桩 ,然 后 对 比 测 点 在 第 二 根 夯 扩 桩 夯 扩 前 后 的位 置 变 化 ,从 而 确 定 其 相 互 影 响 程 度 。2 根 据 夯 扩 相 互 影 响 确 定 最 优 桩 距图 5 随 着 桩 距 变 化 夯 扩 对 相 邻 夯 扩 体 影 响1 - 水 平 位 移 ;2 - 垂 直 位 移通 过 试 验 发 现 (如 图 5) ,在 粘 土 持 力 层 中 ,当 桩间 距 小 于 3 倍 桩 径 时 ,夯 扩 所 需 能 量 明 显 提 高 ,相 邻夯 扩 体 向 外 向 上 移 动 ,夯 扩 过 程 对 相 邻 的 夯 扩 体 有显 著
16、影 响 ,在 实 际 工 程 中 产 生 桩 体 上 浮 和 侧 移 ,复 合载 体 夯 扩 桩 的 成 桩 质 量 得 不 到 保 证 ,会 产 生 质 量 隐患 。 而 当 桩 距 大 于 5 倍 桩 径 后 ,夯 扩 体 不 再 有 明 显的 向 外 向 上 位 移 。 试 验 结 果 说 明 ,合 理 桩 距 为 4 倍桩 径 ,桩 距 再 减 小 ,夯 扩 桩 间 的 相 互 影 响 就 会 很 强烈 ,桩 的 可 靠 性 和 承 载 力 性 能 得 不 到 保 证 。3 从 夯 扩 体 持 力 层 验 算 确 定 最 优 桩 距荷 载 从 桩 端 传 递 到 夯 扩 体 ,夯 扩 体 将 荷 载 沿 一定 的 扩 散 角 向 下 传 递 ,从 挤 密 土 体 一 直 传 递 到 原 状土 体 (如 图 6 所 示 ) ,而 原 状 土 体 的 设 计 承 载
