东营地区劲性复合桩土层参数选取建议
复合桩是指在同一桩身截面采用不同材料或者沿桩长在不同段采用不同材料的一种桩。在工程实践中，常规水泥土搅拌桩的单桩承载力一般受制于桩身强度，当水泥土搅拌桩插入一定长度的劲性桩芯后，其单桩承载力得到大幅度提高，劲性复合桩就是利用上述原理而设计的一种桩，通过这种组合结构，可以发挥不同材料的优势，达到处理效果最佳化，从而提高工程经济效益。鉴于劲性复合桩的结构组合特性，其在设计计算时参数如何选取是设计者的一个疑问，笔者通过近年来东营地区工程实践经验，结合理论分析对土层参数的选取提出如下建议。
劲性复合桩由强度相对较低的水泥土桩体（外芯）和强度很高的混凝土管桩（内芯）二元组合的柔刚复合桩。当桩顶施加荷载后，芯桩桩顶分担的荷载将通过芯桩与水泥土桩的接触面（第一界面）传递荷载至水泥土桩，然后由水泥土与土接触面（第二界面）传递至土，通过复合桩的荷载传递机理与破坏模式分析得出两个破坏界面：a.芯桩与水泥土桩的接触面（第一界面）、b.水泥土与土的接触面（第二界面）。初步设计时柔刚复合桩承载力取两个界面估算承载力中的较小值，各参数选取如下:①破坏面位于内、外芯界面时，芯桩与水泥土桩的接触面侧阻力，宜取室内相同配比水泥土试块在标准条件下90d龄期的立方体（边长70.7mm）抗压强度的0.04～0.08倍，当内芯为预制混凝土类桩或者外芯水泥土桩采用干法施工时宜取大值。②破坏面位于外芯、桩周土界面时，水泥土桩与桩周土的接触面侧阻力，可按《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008表5.3.5-1中泥浆护壁钻（冲）孔桩土层参数取值，但应注意标准值与特征值的关系。在东营某项目劲性复合桩工程应用中，按照上述取值原则，内芯侧阻力和水泥土桩与桩周土的接触面侧阻力取值见下表，并对单桩承载力理论计算值和静载试验结果进行对比分析。勘察场地主要土层参数见下表：
主要土层力学参数
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层号 |
土层 名称 |
承载力 特征值 fak (kPa) |
压缩 模量 Es1-2 (MPa) |
预制桩参数 |
第二界面土层参数 |
第一界面土层参数 |
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桩侧 阻力 (kPa) |
桩端 阻力 (kPa) |
侧阻力 (kPa) |
端阻力 (kPa) |
侧阻力 调整系数 |
端阻力 调整系数 |
内芯 侧阻力 (kPa) |
内芯 端阻力 (kPa) |
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|
1 |
素填土 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
1.5 |
-- |
100 |
-- |
|
2 |
粉质粘土 |
80 |
4.2 |
40 |
-- |
36 |
-- |
1.5 |
-- |
-- |
|
|
3 |
粉土 |
125 |
9.5 |
48 |
-- |
44 |
-- |
1.5 |
-- |
-- |
|
|
4 |
粉质粘土 |
80 |
4.2 |
40 |
-- |
36 |
-- |
1.5 |
-- |
-- |
|
|
4-1 |
粉土 |
115 |
8.5 |
45 |
-- |
42 |
-- |
1.5 |
-- |
-- |
|
|
5 |
粉土 |
140 |
11.0 |
60 |
1500 |
56 |
140 |
1.5 |
2.0 |
2000 |
|
|
5-1 |
粉质粘土 |
80 |
4.3 |
40 |
-- |
36 |
-- |
1.5 |
-- |
-- |
|
|
6 |
粉质粘土 |
85 |
4.3 |
-- |
-- |
|
-- |
1.5 |
-- |
-- |
|
|
注：90d龄期水泥土试块抗压强度取2500kPa，内芯侧阻力值=2500*0.04 |
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典型工程地质剖面及试桩布置见下图：
对不同截面形式桩的进行静载试验，桩体的竖向极限承载力理论计算值和静载试验结果如下表所示：
通过上表可以看出，同等条件下劲性复合桩较PHC管桩竖向承载力增加约一倍，集成了工厂化制作的高强预应力管桩桩身材料强度高和水泥土桩侧摩阻力大的优点。劲性复合桩单桩竖向极限承载力理论计算值略低于静载试验值，说明对劲性复合桩的土层参数选取建议是可行的和偏于安全的。
通过这种计算方法，可以很好的为上部结构计算提供可靠的基础设计数据，在此希望对各位勘察设计人员的工作能有所帮助。