碎石桩复合地基承载力探讨

摘要：大量工程建设项目中，人们对碎石桩复合地基的承载力分析判断的方法具有一定的缺陷性。对于饱和粘性土中的碎石桩复合地基承载力分析还需要考虑更为全面的桩土应力比，并且分析桩间土强度增长对应力的影响。本文首先探讨了碎石桩复合地基的承载力确定方法，同时对于承载力增长的动态变化进行了数理分析，通过总结不同的计算公式，并利用工程实例展开验证，以期为工程建设的施工提供参考帮助。

关键词：碎石桩；复合地基；承载力

当前，我国正处于社会经济的快速发展上升期，各地工程建设开展地如火如荼。如此大规模的项目建设，导致一些工程的建设只能在不良土质条件的地段选址施工，因此，要完成庞大建筑群的顺利建设，就需要增强地基固化处理。多年来，越来越多的人将目光投向了地基处理技术的开发和应用上。早在19世纪前期的欧洲，人们就发明了复合地基处理技术，用来应对各种松软沙土地基，但在漫长的应用过程中，却因技术水平与硬件设施无法有效跟进而发展缓慢。该技术进入我国的时间是20世纪中叶，并很快大范围应用在各种民用建筑、交通、水利等工程建设中。近年来，理论与实践技术的不断成熟让复合地基技术获得了新的发展，该技术应用下产生了大量的经济与社会效益，其中，碎石桩复合地基技术成为其中的优势技术。因其原材料、处理效果、经济效益等方面的优点,在建筑工程、道路工程中广泛应用。作为散体材料桩，碎石桩打入地基后往往应接受预压,可直接成为性能出色的排水通道，可大幅提升地基承载力，降低沉降风险。大量工程建设项目中，人们对碎石桩复合地基的承载力分析判断的方法具有一定的缺陷性。对于饱和粘性土中的碎石桩复合地基承载力分析还需要考虑更为全面的桩土应力比，并且分析桩间土强度增长对应力的影响。因此，有必要认真探讨初始复合地基承载力和预压复合地基承载力的确定方法。 1 初始复合地基承载力

1.1复合地基承载力的试验确定

国内的相关行业技术规范明确指出复合地基承载力应该是通过科学合理的试验才能予以确定。对于碎石桩技术而言，若要确定其复合地基承载力，一般可按相对变形值直接取得碎石桩对不同特质地基的数据。如对粘性土地基,即可取当荷载板沉降值与荷载板的直径比值定为0.015所对应的荷载；对砂性土地基, 即可取当荷载板沉降值与荷载板的直径比值定为0.01所对应的荷载；对于水泥土桩而言，荷载的选取可在荷载板沉降值与荷载板的直径比值定为0.006时。若保持统一的荷载试验条件，则碎石桩与水泥土桩的复合地基承载力相比，前者明显要大于后者；而对于处于粘性土与砂性土地基的碎石桩复合地基相比可知，前者也明显大于后者。可见，桩体打入地基后，桩间土强度的增长将对复合地基的承载力产生显著的影响。由于桩间土强度的存在，使得碎石桩桩体可以发挥出水泥土桩无法具有的作用。总的来看，经过复合地基的荷载试验后所测得的承载力，能够直接确定为是最终的复合地基车道沟牛仔粒。

1.2 碎石桩复合地基承载力的经验计算公式

通常，人们在计算复合地基承载力时都有相对固定的经验思维与计算模式。对粘性土地基而言，复合地基承载力的计算公式为：

上述的两个式子分别可用于不同的条件下，(1)主要用于水泥土桩等粘结强度突出的桩体

复合地基；(2)主要用于碎石桩等散体材料桩体复合地基。通过两种计算方法的比较可知，碎石桩的单桩承载力确定具有一定难度，远远高出水泥土桩等单桩承载力。（1）（2）之间的关联在于，若用桩土应力比n来代替桩体承载力与桩间土承载力的比值，则两个式子可相互转换。

在实际点的工程应用占用，碎石桩复合地基的n值一般[2,4]区间内的数值。当然，就目前的学术研究来看，桩土应用比所代表的物理意义与数学逻辑在公式中还表述得不够确切。而且，在实际的工程建设中，桩土应用比的影响因素复杂多样，使得该值更像是定性指标而非定量指标。所以对于碎石桩的复合地基承载力计算而言，不建议采用桩土应力比。

碎石桩复合地基中桩体承载力的产生来源于桩间土的挤压，因此可视桩间土强度可控制单桩承载力，可见存在与桩间土与单桩体周围的承载力时有关联的，而且存在一定的函数关系，都能够用粘性土不排水强度Cu来表述，那么碎石桩的复合地基承载力也就成为了一个不断变化的物理量，显然并不是通过上述的（1）（2）两公式可以求得。 2 碎石桩复合地基承载力动态增长的数理分析

实际的工程建设项目中，碎石桩常常会出现在铁路路基处理与油罐地基处理等场合中，并且还需要联合堆载预压技术开展作业。曾有学者指出，地基承载力的存在并不是地基土体的材料属性所决定的，而是因存在地基与上部各层部件所形成的结构特性。因此，承载力的分析应该具体根据不同的施工现场特点展开考量后来加以判断。一般情况下，碎石桩复合地基所施用的环境中不能够直接忽略桩间土强度的动态化增长对复合地基承载力造成的影响,而且还应该在承载力的计算中增加对地基固结度的考量。 2.1 桩间土强度增长

不同的地基土质在出现固结后，可以通过公式来表达出现在地基某处某一时间点的抗剪强度，如式（3）所示：

上述式子中， 代表碎石材料之间的摩擦角，工程经验值可取35-45°。

对于桩间土复合地基承载力最大值，则通常采Skempton极限承载力方法求得。该计算公式中，可适当忽略桩体的基础埋深、长度和宽度数值可能产生的承载力影响，通常可以粘性土不排水强度表示为： 。通过代入和多次变换，最终就能得到有关于初始状态下的复合地基承载力，也就意味着能够真正掌握作为动态化的地基处于稳定平衡控制下所接受的推载预压第一级荷载。

3 碎石桩符合地基承载力的工程实际应用分析

某地石化公司需修建2座1*104 m 3的中大型油罐,其油罐基底的设计压力达到190kPa，设计方案全面用碎石桩处理地基。按正方形布置桩体，保持1.5m间距，罐中心区桩长11m，正方形中心辐射至边缘距离约9m，同时在油罐外侧设置延伸保护区域直径7m。碎石桩体的规格为：直径0.8m，置换率0.22，桩长9m,粘质粉土，内摩擦角20°，无侧限抗压强度为59kPa。原施工现场的自有天然地基允许承载力达到100kPa。打桩后保持16.04m高度的充水预压，时长超5周，实现罐体中心固结度超过87.6%。在此工程中，经计算得到初始复合地基极限承载力后,取碎石材料之间的摩擦角为38°,得出地基承载力。充水预压后的复合地基极限承载力同样可以求出，对于本工程的设计荷载190kpa而言能够满足。同时也可以直接结算碎石桩复合地基的最终复合地基极限承载力达到约438kPa。因此，采用碎石桩复合地基技术后，地基承载力有14%的增幅，后经充水预压后其地基承载力超过了87%；这一成果将导致最终复合地基承载力直接提升1.19倍。 结束语

碎石桩复合地基承技术应用中，桩间土强度可直接影响桩体承载力的大小，因而在运算中可由包含桩间土抗剪强度的函数来表达碎石桩复合地基承载力。而且，此力将随桩间土强度保持同步增加，灵活将固结度参数引入到碎石桩复合地基承载力的计算中，可实现对动态承载力的计算。 参考文献

[1]肖星球.碎石桩复合地基承载力探讨[J].铁道工程学报,2010,27(6):51- 54.

[2]张维秀，张元琦.碎石桩复合地基承载力计算探讨[J].化工设计,2016,26(6):40-42.

[3]蒲明.碎石桩复合地质量检测与承载力分析方法研究[D].长安大学,2012.