一种水泥土劲性复合桩最优水泥掺量的确定方法

1.本发明属于地基处理和桩基工程技术领域，涉及一种水泥土劲性复合桩最优水泥掺量的确定方法。


背景技术：

2.地基基础是建筑物的根基，地基基础质量的好坏会直接影响到建筑的安全性、经济性与合理性。随着我国现代化建设的不断发展，高层和大型建筑物的建造对建筑基础工程及地基处理技术均提出了较高的要求。水泥土劲性复合桩是指将刚性芯桩同心植入到尚未初凝的水泥土搅拌桩中，形成的复合桩型。该桩型兼具了水泥土桩桩侧摩阻力大和芯桩桩身承载力高的优点，使得其在建筑桩基领域得到广泛的应用。
3.水泥土劲性复合桩的竖向承载力会受到诸多因素的影响，其中，水泥掺量是主要的影响因素之一。水泥掺量过低会使得劲性复合桩强度不能满足设计强度要求，桩体的抗渗性能、抗冻性能以及抗侵蚀性能也会降低，影响成桩质量；水泥掺量过高则不仅会提高工程成本，而且会增加碳排放，不利于环境保护。然而，目前对于水泥土劲性复合桩施工参数（诸如水泥掺量）的选取尚没有明确的方法，主要依靠当地经验进行施工作业，使得该桩型在实际工程中的应用存在一定的盲目性，而其水泥掺量往往过于保守。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术的不足，提出一种水泥土劲性复合桩最优水泥掺量的确定方法，解决了水泥土劲性复合桩在实际工程应用中水泥掺量选取存在盲目性的问题。
5.为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
6.一种水泥土劲性复合桩最优水泥掺量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1）确定水泥土劲性复合桩中水泥的初始掺入量，并在所述初始掺入量下设计试桩并养护制成第一水泥土劲性复合桩。
7.2）以所述初始掺入量为基准，绘制初始掺入量以及前后不同水泥掺量下的无侧限抗压强度曲线图。
8.3）检测第一水泥土劲性复合桩桩体的竖向极限承载力并观察桩体的破坏形式；所述的破坏形式为桩-土界面破坏或非复合段发生桩体破坏（即芯桩下面的水泥土桩发生破坏）。
9.4）通过破坏形式，在初始掺入量基础上对水泥掺量进行调整，重新成桩制成第二水泥土劲性复合桩，并进行现场载荷试验，使得由第一水泥土劲性复合桩的桩-土界面破坏或非复合段发生桩体破坏转变为第二水泥土劲性复合桩的非复合段发生桩体破坏或桩-土界面破坏；将破坏状态为桩-土界面破坏的水泥土劲性复合桩对应的无侧限抗压强度和竖向极限承载力分别记为a和a’；将破坏状态为非复合段发生桩体破坏的水泥土劲性复合桩对应的无侧限抗压强度和竖向极限承载力分别记为b和b’。
10.5）以竖向极限承载力为纵轴，无侧限抗压强度为横轴进行绘图，过点（a，a’）作平
行于x轴的一条直线l1，过原点o和点（b，b’）作直线l2，将直线l1与直线l2的交点记为点c，则点c的横坐标x所对应的无侧限抗压强度为最优水泥掺量下水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度；然后通过所述的无侧限抗压强度曲线图，确定水泥土搅拌桩的最优水泥掺量。
11.优选的，步骤1是根据施工现场的地质勘察得到的地层结构和土体类型来确定初始掺入量。
12.优选的，步骤2为制备不同水泥掺量的水泥土试块并进行养护，其养护时间与第一水泥土劲性复合桩的养护时间保持一致，在水泥土试块养护完成后，测量水泥土试块的无侧限抗压强度，并绘制无侧限抗压强度与水泥掺量的关系曲线。
13.更优的，选取5种或5种以上水泥掺量，水泥掺量每次增加或降低的幅度为2%~3%。
14.步骤4和5的具体方法如下：若在现场载荷试验中，水泥土劲性复合桩在初始水泥掺量下发生了桩-土界面破坏（将此时水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度和竖向极限承载力分别记为a和a’），则进一步降低水泥掺量，重新施工成桩并进行现场载荷试验，直至水泥土劲性复合桩在其非复合段发生桩体破坏（即芯桩下面的水泥土桩发生破坏），将发生桩体破坏的水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度和桩身竖向极限承载力分别记为b和b’。以水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度为横轴，以其竖向极限承载力为纵轴进行绘图，过点（a，a’）作平行于x轴的一条直线l1，过原点o和点（b，b’）作直线l2，将直线l1与直线l2的交点记为点c，则点c横坐标x所对应的无侧限抗压强度，即为最优水泥掺量下水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度（如图1所示），进一步通过步骤2）所获得的水泥土无侧限抗压强度与水泥掺量的关系曲线，便可确定水泥土搅拌桩的最优水泥掺量。
15.若在现场载荷试验中，水泥土劲性复合桩在其非复合段发生了桩体破坏（将此时水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度和竖向极限承载力分别记为b和b’），则进一步增加水泥掺量，重新施工成桩并进行现场载荷试验，直至水泥土劲性复合桩发生桩-土界面破坏，将发生桩-土界面破坏的水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度和竖向极限承载力分别记为a和a’。以水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度为横轴，以其竖向极限承载力为纵轴进行绘图，过点（a，a’）作平行于x轴的一条直线l1，过原点o和点（b，b’）作直线l2，将直线l1与直线l2的交点记为点c，则点c横坐标x所对应的无侧限抗压强度，即为最优水泥掺量下水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度（如图2所示），进一步通过步骤2）所获得的水泥土无侧限抗压强度与水泥掺量的关系曲线，便可确定水泥土搅拌桩的最优水泥掺量。
16.本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：本发明针对水泥土劲性复合桩中水泥最优掺量的确定给出了合理的方法，可以使得该桩型的竖向承载力在满足设计要求的同时，兼顾经济最优和环境保护的原则，大幅减少水泥的消耗，为实际工程中水泥土劲性复合桩水泥掺量的确定提供了解决方案，对于该桩型在工程实际中的推进应用具有重要的现实意义。
附图说明
17.图1为通过现场载荷试验得到的点c的坐标图。
18.图2为实施例中所述的无侧限抗压强度曲线图。
19.图3为实施例中点c的坐标图。
具体实施方式
20.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
21.一种水泥土劲性复合桩最优水泥掺量的确定方法，具体为以下步骤：步骤1）根据《岩土工程勘察规范》gb50021-2001，对于某施工现场土质进行勘察，结果如表1所示，由表1可知土体类型为粉质粘土。
22.步骤2）根据当地施工经验，确定水泥土劲性复合桩中水泥的初始掺入量为15%，设计试桩；同时，根据《水泥土配合比设计规程》jgj/t 233-2011，制备不同水泥掺量（10%、12%、15%、18%、20%）的水泥土试块并进行养护，其养护时间与施工现场水泥土劲性复合桩的养护时间保持一致，在水泥土试块养护完成后，测量水泥土试块的无侧限抗压强度，绘制无侧限抗压强度与水泥掺量的关系曲线如图2所示。
23.步骤3）在水泥土劲性复合桩现场养护完成后，根据《建筑地基处理技术规范》jgj 79-2012，对其进行现场载荷试验，测得桩体的竖向极限承载力并观察其破坏形式见表2所示。
24.步骤4）在现场载荷实验中，水泥土劲性复合桩在初始水泥掺量15%时发生了桩-土界面破坏（此时水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度为2120 kpa，极限承载力为7000 kn），将水泥掺量降低为10%，重新施工成桩并进行现场载荷试验，发现水泥土劲性复合桩在其非复合段发生桩体破坏（此时水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度为945 kpa，极限承载力为5500 kn）。以水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度为横轴，以其竖向极限承载力为纵轴进行绘图，过点（2120，7000）作平行于x轴的一条直线l1，过原点o和点（945，5500）作直线l2，将直线l1与直线l2的交点记为点c，则点c横坐标所对应的无侧限抗压强度（1200 kpa），即为最优水泥掺量下水泥土劲性复合桩中水泥土的无侧限抗压强度，如图3所示。进一步通过步骤2）中所获得的水泥土无侧限抗压强度与水泥掺量的关系曲线（图2），可确定水泥土搅拌桩的最优水泥掺量为11%。
25.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定
本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。