参考文献:
[1]郑 刚,顾晓鲁,姜忻良.水泥搅拌桩复合地基承载力辨析
[J].岩土工程学报,2000,22(4):487-489.
对“软土中超长水泥搅拌桩复合地基承载力研究”讨论的答复
郑 刚
(天津大学土木工程系,天津 300072)
中图分类号:TU471.1 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2003)03-0381-02
作者简介:郑 刚(1967-),男,博士,教授,博士生导师,从事土力学及岩土工程、地下工程等的教学与研究工作。
学习了同行马克生,张小菊对拙文“软土中超长水泥搅拌桩复合地基承载力研究”(《岩土工程学报》2002年第6期,以下简称“原文”)的讨论,感谢两位同行对原文的关注,下面按讨论
稿中指出的问题逐一进行讨论。
(1)关于土承载力的发挥问题。原文试验是在③-3淤泥层上进行的,根据勘察报告,该层土天然地基承载力特征值f
ak =42kPa,含水率达70%,是典型的温州软土。
讨论稿根据三根单桩静载试验得到的单桩极限承载力计算了破坏时的桩身强度,三组试验平均破坏荷载为153kN,而8组单桩复合地基载荷试验得到的单桩复合地基破坏荷载平均值为209kPa,并由此计算出单桩复合地基试验破坏时桩间土反为力78kPa,还计算出四桩复合地基载荷试验破坏时桩间土反力为84kPa,因此得出了试验中复合地基破坏时桩间土反力与天然地基极限承载力接近。
讨论稿中根据三根单桩静载试验成果计算的平均破坏荷载显然是这样计算的,即根据原文中1#桩和2#桩加荷至160 kN后Q-s曲线均发生了陡降,3#桩加荷至140kN时,Q-s 产生第一次陡降,并将160,160和140kN分别视为1#桩、2#桩和3#桩的破坏荷载,并予以平均而得。这里应该说明的是,3#桩加荷至140kN时,桩顶沉降由9.18mm突增至32.00mm,显然桩是在该荷载下,桩身某薄弱截面处被压碎,然后薄弱截面以上桩身下沉至与薄弱截面以下桩段紧密接触,使桩顶沉降增幅在此后加荷过程中减缓,直至在170kN荷载下桩身再次被压坏而产生陡降,沉降值几乎达到10cm。显然,第一次陡降不能视为正常破坏,其由于桩身正常破坏而决定的破坏荷载应为170k N,并应由此而计算桩身强度。因此,3根单桩的破坏荷载平均值应为163.3kN。按讨论稿中的计算方法,单桩复合地基
破坏时桩间土反力为63.65kPa,相当于f
ak
的1.52倍。当然,以3根单推算的强度来计算单桩复合地基的桩土反力分配可能是不严格的。
此外,大量试验成果证明,对③-3淤泥层这样的软土,通过载荷试验确定天然地基承载力时,其荷载沉降关系p-s曲线往往是缓变的,其承载力一般按允许变形来确定[1]。对中、高压缩性土,规范[2]规定取s/b=0.02对应的荷载作为天然地基承载力基本值,而规范[2]则规定取s/b=0.015对应的荷载作为天然地基承载力特征值(3个及以上的结果平均)。如按规范[1]规定取s b=0.02(作者投稿时规范[3]尚未正式颁布)作为天然地基承载力特征值,则在作者7个单桩复合地基试验破坏时对应的平均沉降比s b=0.019下,由于该土层的高压缩性,其土反力几乎是不可能达到极限承载力的。再者,③-3淤泥层天然地基承载力特征值f ak=42kPa是由勘察报告提供,而非通过现场天然地基载荷试验确定其极限承载力然后而得的,讨论稿不能由此简单认为天然地基极限承载力为84kPa。
(2)关于设置厚褥垫层的载荷试验
讨论稿指出,由于桩周土体软弱,桩身强度又较高,作者设计厚褥垫层载荷试验来验证厚褥垫层对复合地基承载力的提高作用似乎欠妥。这里有必要向两位同行及读者进一步说明作者设计这样试验的意图。
原文中进行的单桩复合地基载荷试验成果表明,是由于桩体的破坏而导致复合地基破坏,由此作者考虑到,如果能通过设置较厚的褥垫层来降低桩顶应力的集中,使桩的破坏延迟,则可更多地发挥土的承载力。作者在原文中仅指出3个设置500mm厚褥垫层(褥垫层仅在承压板下设置)的单桩复合地基的极限承载力平均值与无褥垫层复合地基极限承载力平均值相比仅提高7%,p-s曲线仍为陡降型,破坏时对应的沉降量平均为14.12mm,略小于不设褥垫层时的沉降19m m。至于设置厚褥垫层的单桩复合地基破坏时对应的沉降量略小于不设褥垫层时的单桩复合地基试验破坏时的平均沉降这一结果是否合理,由于没有进一步的测试结果(如破坏时土的反力、桩顶反力、桩顶是否向垫层中刺入等数据),作者没有进行进一步分析。但试验结果确实证明了厚褥垫层确实没有改变其荷载沉降关系在破坏时为陡降的模式,而且也没有明显提高承载力,这才引出在桩体中插入钢管的试验。
至于桩顶向褥垫层中的刺入问题,由试验结果看,似乎桩顶并没有向褥垫层中刺入。这里要注意到,试验采用的桩截面较大,直径达到600mm,且由于被加固土含水率很高、土质软弱导致桩身强度不高(单桩载荷试验证明了这一点),这样大的截面和较低的桩身强度,显然桩顶是难以向褥垫层中刺入的。再考虑到设置厚褥垫层的桩龄期平均77d,比不设置厚褥垫层的桩龄期长(后者除13#、14#桩外,平均龄期只有39d),因此,设置厚褥垫层的单桩复合地基破坏时对应的沉降量略小于不设褥垫层时的单桩复合地基试验破坏时的平均沉降这样的结果是有可能的。
(3)根据沉降比确定复合地基承载力的问题
作者在原文中试验成果表明,仅按s b=0.004～0.01[4]来确定复合地基承载力特征值,随意性很大,所确定的复合地基
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第3期讨 论
承载力特征值有时安全度不足,有时会给出过高的、安全度严重不足的复合地基承载力特征值。作者在这里主要是针对工程实践中存在的这一现象,即有时最大加载量小于承载力特征值的两倍(例如,有时仅加载至1.5倍,若p-s曲线为典型的缓变型,可按s b=0.004～0.01[3]来确定复合地基承载力就停止加载了。作者曾不止一次看到这样的试验报告,据作者了解,这也许是业主为了降低检测费用而同意减少加载量。当然,这是不允许的)。作者这部分的内容无非是要说明这一点,即使复合地基载荷试验所得压力沉降p-s曲线是一条平缓的光滑曲线,也应该严格按规范保证最大加载量,然后才能采用控制变形的方法来确定承载力。当然,如果最大加载量满足规范[4]相关之不小于复合地基承载力设计要求值的两倍,则不存在笔者所担心的问题了。
文献[1]在分析天津新港集装箱堆场不同载荷板宽度的载荷试验成果并确定天然地基承载力时亦指出,地基允许承载力不采用p0.02,是因为该法是在宽度b<1.0m载荷板试验资料总结得出的,当b>1.0m时,数值偏大很多,故不安全;还是以安全度控制为妥,安全系数采用2.0。对于复合地基,作者亦十分赞同这一点[5,6]。
参考文献:
[1]孙更生,郑大同.软土地基与地下工程[M].北京:中国建筑
工业出版社,1983.
[2]GB7—89,建筑地基基础设计规范[S].
[3]GB50007—2002,建筑地基基础设计规范[S].
[4]J GJ79—91,建筑地基处理技术规范[S].
[5]郑 刚,顾晓鲁,姜忻良.水泥搅拌桩复合地基承载力辨析
[J].岩土工程学报,2000,22(4):487-489.
[6]郑 刚,顾晓鲁.对刚性桩复合地基承载力检验方法的辨析
[J].建筑结构学报,2001,22(1):93-96.
关于“岩体注浆堵水的可靠性设计”的讨论
裴向军
(长春工程学院岩土与道桥工程系,吉林长春 130021)
中图分类号:TU472.6 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2003)03-0382-02
作者简介:裴向军(1970-),男,内蒙赤峰人,吉林大学在读博士,从事地基处理和钻孔冲洗与注浆方面的教学和研究工作。 笔者学习了郝哲等同志的“岩体注浆堵水的可靠性设计”
(《岩土工程学报》2002年第5期,以下简称“原文”)一文,有几
个问题与作者商榷。
1 关于原文的“基本事件”
原文提到的“保证注浆堵水成功(X)的基本事件有:X
1
水
泥浆可注入裂隙,X
2扩散后达到设计注浆半径要求,X
3
满足
塑性强度,X
4涌水量达到设计标准,X
5
～X
4+m
注浆泵运转正
常等5项,且不论用以上5个“基本事件”来确定可靠性并绘制的“成功树”是否恰当,针对原文以上“基本事件”笔者有以下观点。
(1)水泥浆的可注性X
1
原文X1仅以水灰比W C的回归来确定,缺乏全面性。普通水泥颗粒较粗,其渗入能力受到限制,只限于宽度在0.2～0.3mm以上的裂隙。超细水泥也只能用于最小裂隙为0.1～0.03mm,渗透系数为10-3～10-4cm s岩层。改变水灰比只会对流动性、稳定性产生影响,对于浆液的可灌性影响不大。Snow(1968)的结论是,宽度超过的裂缝,就可能成为渗水通道。由Vaughan(1963)提供的图像[1](图1)表明,一个0.007mm宽的裂缝将会产生10-4cm s的渗透能力。显然用水泥浆处理某些微裂隙岩体自身就会受到局限,由于注浆材料的设计范围小,势必会降低概率值X1。退一步讲,在水泥浆可注的裂隙尺寸条件下,水泥浆注入岩层中就能按原文所说的扩散半径胶凝吗?如坝基的注浆环境中,不考虑动水条件下水流速对浆液的影响是不应该的,图2是在动水条件下的模拟试验。
(2)扩散半径X
2图1 裂隙宽度和频率对浆液渗透能力的影响
Fig.1 Effect on penetration of grouting materials at the different width and frequency of rock mass cranny
图2 动水中的浆液的固结位置与形状Fig.2 The stabilized position and shape of grouting
materials in the flowing water
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讨论稿收稿日期:2002-12-05
答复稿收稿日期:2002-12-17
岩 土 工 程 学 报 2003年