深层搅拌桩复合地基现场直剪试验方法探讨

韩渊明

摘 要：在大型边坡和深厚基坑工程中，复合地基作为其支护结构常常出现。但现行规范对复合地基的现场直剪试验无明确规定，检测机构进行该项试验时无章可循，本文以深层搅拌桩为例，对该项试验方法进行探讨，基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，对深层搅拌桩竖向增强体和桩间土进行试验，试样尺寸大，人为扰动也小于室内试验的样本，能更真实地反映复合地基的实际抗剪特性。

关键词：深层搅拌桩复合地基；竖向增强体；现场直剪试验

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）11-0134-03

0 前言

现场直剪切试验[1]是在工地现场对确定的岩土层，基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，施加垂直及水平方向的荷载，以测定岩土或其沿某软弱面的抗剪强度的原位试验。本文以深层搅拌桩为例，基本保持其原来的结构、湿度和应力状态，对深层搅拌桩竖向增强体和桩间土进行试验，测定复合地基的实际抗剪特性。

试验原理：根据库仑定律（1776）

τf=c+σTanφ 式（0）

依据试验测得的抗剪强度τf和试验时施加的垂直应力σ，图解得到相对应的黏聚力c、内摩擦角φ值。

深层搅拌桩复合地基直剪试验原理示意图见图1。

1 试验方法概述

1.1 试验场地地质条件

试验场地地基土分布有：（1-2）素填土，（1-3）淤泥质黏土（Ql），（2-1）粉质黏土（Q4al+pl），（2-2）粉质黏土（Q4al+pl）。

1.2 深层搅拌桩复合地基设计参数[2]

深层搅拌机施工，桩长13.0m，桩径φ=0.60m，桩间距1.50m，正方形布置；采用42.5普通硅酸盐水泥，设计水泥掺灰比0.15，浆液水灰比0.6，28天强度大于0.45MPa。

1.3 深层搅拌桩复合地基直剪试验[1]

1.3.1 试件制备

（1）试件尺寸：1500mm×1500mm×300mm（长×宽×高）；每组试件5个试样。（2）根据业主要求，现场监理工程师指定试验地点，开挖4500mm×3000mm的工作面。（3）以竖向增强体为中心，削制边长为1500mm的正方形土柱，土柱侧壁与剪切面基本垂直。（4）将剪力盒平稳安放在土柱上，用平口铁锹小心削土柱，直至下剪力盒达到预定深度，铺中砂找平试样顶面，试样与剪力盒之间空隙以中砂填充并人工压实。

1.3.2 试件安装

试验设备：剪力盒1500mm×1500mm，千斤顶若干，百分表若干。按相关规范要求安装好垂直荷载系统、水平荷载系统和荷载量测系统，且千斤顶、油压表和百分表均由法定检定单位进行了有效检定。

1.3.3 试验步骤

（1）每组试样分5个垂直荷载级进行，其垂直荷载分别为100kPa，200kPa，300kPa，400kPa，500kPa。（2）采用快剪法，一次性加完垂直荷载，立即施加水平推力。（3）每级垂直荷载均宜预估最大水平荷载，分10级施加。（4）连续、均匀施加每级水平荷载，每分钟测读油压表和百分表，变形相对趋于平稳时，即施加下一级荷载，直至剪切破坏。（5）当剪切变形急剧增长，压力表压力值下降或水平位移与试样宽度比达到1：10时即为剪切破坏。（6）试验过程中，随时观察试样及其周围土体的异常现象，做好记录。

1.4 竖向增强体和桩间土直剪试验[1][2]

1.4.1 试件制备

（1）试件尺寸：

竖向增强体：φ600mm×300mm（直径×高）；每组试件5个试样；

桩间土：707mm×707mm×300mm（长×宽×高）；每组试件5个试样。

（2）根据业主要求，现场监理工程师指定试验地点，开挖3000mm×1500mm的工作面。

（3）增强体的试样以竖向增强体为中心，削制直径为600mm的圆形桩柱，桩柱侧壁与剪切面基本垂直；桩间土的试验削制边长为707mm的正方形土柱，土柱侧壁与剪切面基本垂直。

（4）将剪力盒平稳安放在土柱上，用平口铁锹小心削土柱，直至下剪力盒达到预定深度，铺中砂找平试样顶面，试样与剪力盒之间空隙以中砂填充并人工压实。

1.4.2 试件安装同1.3.2

1.4.3 试验步骤同1.3.3

1.5 室内试验

采用XY-100A型工程钻机进行竖向增强体的钻取芯样工作，双管单动抽芯管，泥浆护壁钻进。取得芯样进行了室内无侧限抗压强度和抗剪试验，试验设备为微机控制应变伺服式多功能材料试验机，该设备由法定检定单位进行了有效檢定。

2 试验结果计算与分析

2.1 试验结果

（1）深层搅拌桩复合地基直剪试验。深层搅拌桩复合地基直剪试验结果如图2所示。

（2）竖向增强体直剪试验。竖向增强体直剪试验结果如图3所示。

（3）桩间土直剪试验。桩间土直剪试验结果如图4所示。

2.2 试验结果汇总统计

（1）深层搅拌桩复合地基、竖向增强体和桩间土各进行3组直剪试验，采用图解法确定试验结果。3组试验的平均值见表1。

（2）室内试验结果见表2。

（3）参照《复合地基技术规范》（GB/T50783-2012）5.2.1，计算复合地基的直剪试验强度[2]

m====0.1253

式（2.2.3-1）

csk=βpmc桩+kpλp（1-m）c土=43.1kPa

式（2.2.3-2）

φsk=βpmφ桩+ksλs（1-m）φ土=17.34

式（2.2.3-3）

式中：kp—复合地基中竖向增强体的实际抗剪强度修正系数，因暂无地区经验值，现取值1.0。

ks—复合地基中桩间土地基实际抗剪强度的修正系数，因暂无地区经验值，现取值1.0。

λp—竖向增强体抗剪强度的发挥系数，因暂无地区经验值，现取值1.0。

λs—桩间土地基抗剪强度的发挥系数，因暂无地区经验值，现取值1.0。

2.3 试验结果分析

（1）图2和图3为搅拌桩复合地基和竖向增强体现场直剪试验，结果出现峰值，取峰值强度为试验结果，分别为C=83.5kPa，φ=22.7°和C=126.2kPa，φ=29.5°。

（2）图4为桩间土现场直剪试验，结果未出现峰值，参照《冶金工业岩土勘察原位测试规范》（GB/T 50480-2008） 12.3.1.5（3），“横向位移与试样宽度之比达到1/10时即为剪切破坏”[1]，试验结果为C=31.2kPa，φ=15.6°。

（3）表2中，竖向增强体芯样的无侧限抗压强度qu= 0.9MPa，室内抗剪试验黏聚力c=83.6kPa，c：qu=1：10.8。

（4）对比表1和表2，竖向增强体现场直剪试验C=126.2kPa，φ=29.5°，室内直剪试验C=83.6kPa，φ=24.9°，后者的黏聚力和内摩擦角均小于现场试验结果。

（5）搅拌桩复合地基实测抗剪强度C=83.5kPa，φ=22.7°，公式计算结果C=43.1kPa，φ=17.3°，说明复合地基抵抗水平剪切力主要由竖向增强度承担，桩间土分担比例小。原因是：1）桩间土的强度远小于竖向增强度，在试验初期桩间土即开始出现剪切破坏，两者不能有效同步抵抗水平荷载；2）因暂无地区经验值，各修正系数取值均为1.0，对计算结果也有较大影响。

3 结论及需要进一步解决的问题

3.1 结论

（1）深层搅拌桩复合地基的现场直剪试验可以顺利进行，且千斤頂、油压表和百分表均由法定检定单位进行了检定，满足计量溯源要求；试验结果满足设计要求，方法可行。

（2）现场直剪试验基本保持岩土原来的结构、湿度和应力状态，对竖向增强体和桩间土进行试验；与室内试验比较，试验尺寸大，人为扰动也小，能更真实地反映搅拌桩复合地基的实际抗剪特性，试验真实有效。

（3）复合地基的抗剪强度主要由竖向增强度承担，桩间土分担比例小。

3.2 需要进一步解决的问题

（1）现行规范对复合地基的现场直剪试验无明确规定，检测机构进行该项试验时无章可循，试验方法需要规范化，建议在相关规范修编时加入该项内容。

（2）本次试验样本不多，不能从混凝土强度的角度考虑黏聚力和内摩擦角的影响；强度计算公式参数也需要大量试验来总结得到，希望在今后的生产工作中多积累经验。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50480-2008，冶金工业岩土勘察原位测试规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T50783-2012，复合地基技术规范[S].北京：中国计划出版社，2012.