Cfg樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試方法和裝置，所述方法包括：依據(jù)路堤設計條件，采用“沖剪破壞角”法計算路堤填土分別作用于樁和樁間土的荷載，獲得樁土承擔荷載和樁土應力比；分別計算樁向上刺入墊層量和復合地基樁土的差異沉降，綜合確定樁刺入量，按表1選取橡膠墊；依本發(fā)明所述CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置進行布置，參照現(xiàn)行規(guī)范和設計進行分級加載、判穩(wěn)和終載控制，記錄數(shù)據(jù)等步驟。本發(fā)明中，橡膠墊層的確定以橡膠墊層受荷壓縮變形與實際工況樁體受荷向上刺入墊層量相接近，能夠模擬實際工況荷載傳遞機理，達到橡膠墊層分配路堤荷載的目的，能夠獲得符合實際的樁土應力比。
【專利說明】CFG粧復合路基橡膠墊層靜載測試裝置和方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖土工程靜載測試技術手段，具體涉及一種用于測試路堤荷載柔性基礎CFG樁復合地基承載力測試方法及裝置。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)行路堤柔性荷載復合地基承載力靜載測試方法主要是參考《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79-2012)附錄B的條款進行測試，而無專門的路基載荷承載力測試技術規(guī)范。規(guī)范(JGJ79-2012)主要是針對房建工程剛性基礎的承載力測試技術，房建剛性基礎與路堤柔性基礎的荷載傳遞規(guī)律不盡相同。主要表現(xiàn)為:樁、土沉降差異造成復合地基剛性樁產(chǎn)生向上刺入墊層的現(xiàn)象，并伴隨負摩阻力產(chǎn)生。路堤荷載作用下，剛性樁均具有上刺現(xiàn)象，導致樁土應力比較小，一般達到10?20 ;而房建剛性基礎剛性樁并無上刺現(xiàn)象，樁土應力比較大，一般為20以上。故發(fā)明一種適合路堤荷載的CFG樁復合地基承載力測試技術勢在必行。
[0003]現(xiàn)行復合地基靜載測試技術采用載荷平板下鋪設100?150mm砂墊層，依據(jù)K.V.Terzaghi滑動面彈性“中心核”理論，若設CFG樁徑為0.2米，砂墊層內(nèi)摩擦角為35度，計算得到彈性“中心核”最小高度值為140毫米。故鋪設薄砂墊層難以模擬樁的向上刺入墊層的實際工況。若增大砂墊層的厚度，試驗現(xiàn)場難以壓實，加載也會造成砂粒的側向流動，不能保證其墊層的剛度和厚度，若采用現(xiàn)行靜載測試方法用于路堤載荷CFG樁復合地基靜載測試勢必造成較大的誤差。采用承壓板下鋪設橡膠墊層的方法解決剛性樁的上刺現(xiàn)象和樁土應力分配問題，符合路堤荷載柔性基礎剛性樁的荷載傳遞規(guī)律，能夠達到測試目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于測試路堤荷載CFG樁復合地基承載力靜載測試方法及裝置。
[0005]本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]一種CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置，包括以下組成部分:反力試塊、支撐梁、測力計、反力梁、位移計、千斤頂、基準梁、橡膠墊、承壓板、土壓力計、CFG測試樁，其中，所述CFG測試樁上端自下而上依次同軸布置承壓板、橡膠墊、千斤頂、反力梁；所述承壓板底面布置土壓力計；所述橡膠墊上布置位移計；所述千斤頂與反力梁之間同軸布置測力計；所述反力梁上設置反力試塊；反力試塊四角通過支撐梁支撐于地面；所述基準梁對稱設置于承壓板兩側。
[0007]本發(fā)明所述橡膠墊的平面尺寸與承壓板平面尺寸相等。
[0008]本發(fā)明所述承壓板為方板或圓板。
[0009]本發(fā)明所述一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，包括以下步驟:
[0010]第一步，計算樁土應力比及樁刺入量，依據(jù)CFG樁復合路基靜載測試橡膠墊選用表選取橡膠墊；[0011 ] 第二步，布置CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置，所述CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置包括以下部分組成:
[0012]反力試塊、支撐梁、測力計、反力梁、位移計、千斤頂、基準梁、橡膠墊、承壓板、土壓力計、CFG測試樁，其中，所述CFG測試樁上端自下而上依次同軸布置承壓板、橡膠墊、千斤頂、反力梁；所述承壓板底面布置土壓力計；所述橡膠墊上布置位移計；所述千斤頂與反力梁之間同軸布置測力計；所述反力梁上堆放反力試塊；反力試塊四角通過支撐梁支撐于地面；所述基準梁對稱設置于承壓板兩側；
[0013]第三步，對按第二步布置好的測試樁進行分級加載；
[0014]第四步，記錄第三步中每級荷載所對應的位移、樁土應力比；
[0015]第五步，根據(jù)第四步中得到的數(shù)據(jù)，確定荷載分級、判穩(wěn)標準、終載控制；
[0016]第六步，評價樁體承載質(zhì)量，CFG樁復合地基測試指標承載力、沉降、樁土應力比三項指標是否滿足規(guī)范和設計要求。
[0017]本發(fā)明所述第一步中，依據(jù)路堤設計條件，采用“沖剪破壞角”法計算路堤填土分別作用于樁和樁間土的荷載，獲得樁土承擔荷載即樁土應力比。
[0018]本發(fā)明所述第一步中，樁刺入量的確定方法為:分別計算樁向上刺入墊層量、復合地基樁土的差異沉降，對比二者的值，依據(jù)兩者理論上相等的原則，若計算所得兩者差值小于其平均值的15%時，取其均值為樁刺入量，否則重新設計墊層參數(shù)。
[0019]本發(fā)明樁土應力比的計算公式如下:
[0020]n = pp/ps
[0021]其中:pp-樁頂應力，單位:kPa ；
[0022]Ps——與樁頂同一平面處的土體應力，單位:kPa。
[0023]本發(fā)明所述樁向上刺入墊層量由CFG樁頂單位壓力時的彈性變形指標計算得到，樁向上刺入墊層量的計算公式如下:
[0024]Δ I = C1 X pp
[0025]其中:pp-樁頂應力，單位:kPa ；
[0026]C1-樁刺入墊層的變形量，單位:m/kPa。
[0027]本發(fā)明所述復合地基樁土的差異沉降由沖剪破壞角理論和樁側土負摩阻彈、塑性區(qū)理論計算得到，復合地基樁土的差異沉降的計算公式如下:
[0028]Δ2 = ~]() Pse '~ciz
[0029]其中:ES——土體壓縮模量，單位:MPa ；
[0030]Zm——負摩阻區(qū)間長度，單位:m ；
[0031]A——計算參數(shù)。
[0032]本發(fā)明采用上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0033]本發(fā)明提供了一種適合路堤荷載CFG樁復合地基靜載測試方法，研制與路堤實際荷載傳遞機理相符的CFG樁復合地基靜載測試技術，為建立專用的路堤荷載復合地基靜載測試規(guī)范奠定理論基礎。采用“沖剪破壞角”法，快捷計算樁土分擔荷載，作為沉降計算初始荷載，避免了復雜的迭代計算。本發(fā)明提供了離散樁土為“單元體”法，建立負摩阻彈、塑性區(qū)的計算公式，計算復合地基樁土的差異沉降A2，對比樁向上刺入墊層量A1，綜合確定樁刺入量Ap，并結合樁土應力比η選取橡膠墊的方法，在CFG樁復合路基靜載測試時，針對不同路堤荷載、墊層設計參數(shù)，選取合適剛度的橡膠墊取代傳統(tǒng)單一砂墊層。通過現(xiàn)場實測的樁土應力比數(shù)據(jù)驗證，該技術符合實際工況的樁土荷載傳遞機理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明所述CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明所述用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試方法的流程示意圖；
[0036]圖3為測試樁受力圖示；
[0037]圖4為沖剪破壞角受力分析圖示；
[0038]圖5為墊層承載滑動面示意圖；
[0039]圖6為樁頂沖切受力分析圖；
[0040]圖7為墊層、樁土塑性區(qū)計算圖示；
[0041]圖8為土單元受力分析示意圖；
[0042]圖1中，1、反力試塊；2、支撐梁；3、測力計；4、反力梁；5、位移計；6、千斤頂；7、基準梁；8、橡膠墊；9、承壓板；10、土壓力計；11、CFG測試樁；
[0043]圖3、4中:Θ為沖剪破壞角；σ I為大主應力；σ 3為小主應力；ab邊為大主應力
OI作用面；ac邊為小主應力σ 3作用面；ad邊為樁的沖切面Ba1邊為樁頂應力作用面；β為太沙基彈性核底角，即Ba1與ab夾角；圖5中:δ max為塑性區(qū)高度；2rp為樁直徑；2b為樁處理寬度；H。為墊層厚度；
[0044]圖6中:p。為沖切面ad上的正應力；T。為沖切面ad上的剪應力；Pd是彈性核ab邊承擔的土壓力，G是Bddiai區(qū)域的墊層和土體的自重；
[0045]圖7中=Z1為樁頂以上塑性區(qū)最大高度δmax ；Z2為墊層頂面高度；Z3為墊層底面高度；Z4為樁頂以下塑性區(qū)最大深度；
[0046]圖8中:σ s為土單元體正應力；τ s為單元體剪應力。

【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖對本發(fā)明技術方案進行詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。
[0048]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置，包括以下組成部分:反力試塊1、支撐梁2、測力計3、反力梁4、位移計5、千斤頂6、基準梁7、橡膠墊
8、承壓板9、土壓力計10、CFG測試樁11，其中，所述CFG測試樁11上端自下而上依次同軸布置承壓板9、橡膠墊8、千斤頂6、反力梁4 ;所述承壓板9底面布置土壓力計10 ;所述橡膠墊8上布置位移計5 ;所述千斤頂6與反力梁4之間同軸布置測力計3 ;所述反力梁4上設置反力試塊I ;反力試塊I四角通過支撐梁2支撐于地面；所述基準梁7對稱設置于承壓板9兩側。
[0049]優(yōu)選地，本發(fā)明所述橡膠墊8平面尺寸同承壓板9，橡膠墊8厚度按表I選??；承壓板9可按現(xiàn)行規(guī)范確定為方板或圓板。
[0050]優(yōu)選地，本發(fā)明所述裝置中，位移計5有4只，量程為50mm，精度為0.0lmm ;土壓力計10有5只，測力計4只，量程可依據(jù)施加的荷載確定，基準梁7有2只，參照現(xiàn)行規(guī)范要求對稱布置于承壓板9兩側。
[0051 ] 本測試裝置中，以橡膠墊8取代傳統(tǒng)的砂墊層進行CFG樁路基復合地基靜載測試。橡膠墊8的厚度按理論計算的樁刺入量Ap與樁土應力比η確定，即橡膠墊8的確定以橡膠墊層受荷壓縮變形與實際工況樁體受荷向上刺入變形特征相匹配為依據(jù)，達到橡膠墊吸收樁上刺量為目的，進而模擬實際工況荷載傳遞機理。橡膠墊8的物理、力學參數(shù)選取，見表I。
[0052]表ICFG柱復合路基靜載測試橡膠墊選用表
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[0054]如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，包括以下步驟:
[0055]第一步,計算樁土應力比η及樁刺入量Δρ，依據(jù)表I選取橡膠墊。
[0056]本發(fā)明所述步驟第一步中，依據(jù)路堤設計條件，采用“沖剪破壞角”法計算路堤填土分別作用于樁和樁間土的荷載，獲得樁土承擔荷載即樁土應力比η。
[0057]本發(fā)明所述步驟第一步中，樁刺入量Ap的確定方法為:分別計算樁向上刺入墊層量A1、復合地基樁土的差異沉降A2，對比Λ” A2的值，依據(jù)兩者理論上相等的原則，若計算所得兩者差值小于其平均值的15%時，取其均值為樁刺入量Ap作為橡膠墊剛度選取標準；否則建議重新設計墊層參數(shù)，以達到解決墊層不能太軟亦不能太硬問題的目的。
[0058]本發(fā)明所述方法中，采用“沖剪破壞角”法計算路堤填土分別作用于樁和樁間土的荷載，獲得樁土承擔荷載即樁土應力比η的計算理論基礎如下:
[0059]1.CFG樁“沖剪破壞角”的確定
[0060]路堤荷載作用時，當樁頂一定范圍的土體處于塑性極限狀態(tài)時，太沙基滑動面達到最高點。設樁體向上潛在沖切面與K.V.Terzaghi滑動面相交。如圖3所示。在螺旋線區(qū)域abc內(nèi)(II區(qū))，ab邊為大主應力σ ι作用面，ac邊為小主應力σ 3作用面，樁的沖切面ad與大主應力σ ι作用面的夾角為(45 +φ/2 )。
[0061]沖剪破壞角，即沖剪破壞角Θ:
[0062]
^ =尋+ # — 45(I)
[0063]因^45.+ 營
[0064]若基底完全粗糙，= W則
[0065]
^-45 <θ<φ(2)
[0066]式中，Ψ-土體內(nèi)摩擦角；
[0067]β —太沙基彈性核底角，即a&1與ab夾角。
[0068]具體沖剪破壞角Θ的取值，可由試驗確定。
[0069]2.由Terzaghi破壞滑動面為對數(shù)螺旋線，如圖5，其方程為:
[0070]
r = r0 exp(6il tan φ)
[0071]塑性區(qū)最大高度δ_為:
[0072]
^,,ax = r? cxP(-tan φ) tan φ())


I
[0073]式中，δ_——塑性區(qū)高度，單位m;
[0074]θ ι-對數(shù)螺線上的任一點d與極點連線ad與ab的夾角；
[0075]r0——ab邊長度，單位m ；
[0076]rp——樁半徑，單位m ；
[0077]φ——土體內(nèi)摩擦角。
[0078]3.樁土應力比計算
[0079]擴散角沖切面與太沙基滑動面所包圍的區(qū)域add^為研究對象，如圖6所示的受力分析。為計算方便，近似取區(qū)域高度為δ.χ。太沙基“彈性核” ab邊受大主應力
[0080]
= (I + tan φ)Ν ps —( 4) cos φ
[0081]


N _ cxp[(3^-/2 - φ)\?η φ]

9 2 cos2 (45。+φ/2)
[0082]式中，N,—完全粗糙基底的承載力系數(shù)；
[0083]rp——樁半徑,單位:m ；
[0084]圖3中，ac邊小主應力:
[0085]
Cr3= CT1 tan'(45 -φ/2)(5)
[0086]沖切面ad上的正應力P。和剪應力T。分別為:
II
[0087]pc ^-(^ + ￠73) + -(^ -<r3)cos2a(6)
[0088]Tc =^(σ? - σ；) si η 2α(7)
[0089]式中，+沒-夕，設沖切角θ =25。，β = φ
[0090]由受力體的對稱性，豎向受力平衡體系，可簡化為平面分析。
[0091 ] 2Tccos θ δ max-2pc δ —tan θ + y (H+hc- δ 眶)-2rppp = 0 (8)
[0092]式中，H——路堤高度,單位:m ；
[0093]h。——墊層高度，單位:m ；
[0094]pp-樁頂應力，單位:kPa。
[0095]Y——土體重度，單位:kN/m3
[0096]mpp+(l-m)ps = Y (H+hc) (9)
[0097]式中，m——復合地基樁置換率；
[0098]Ps——與樁頂同一平面處的土體應力，單位kPa ;其它符號同前。
[0099]故可求得pp、ps，進而可得樁土應力比
[0100]n = pp/ps(10)
[0101]式中，Pp-樁頂應力，單位:kPa ；
[0102]Ps——與樁頂同一平面處的土體應力，單位:kPa。
[0103]根據(jù)以上理論基礎及本發(fā)明所述方法第一步，給出如下實施例:(1)路堤填土參數(shù):重度Y t = 20kN/m3,內(nèi)摩擦角q>t = 35° ,壓縮模量Et = 30MPa,泊松比U。= 0.35，路堤高度 H = 4m ο
[0104](2)墊層設計參數(shù):重度Y c = 20kN/m3，內(nèi)摩擦角φ =40°，壓縮模量Et = 50MPa,
泊松比U。= 0.3,厚度H。= 0.3m, C1為樁頂單位壓力作用于墊層時的豎向刺人量=C1 =
2.6 X 10 5m/kPa。
[0105](3) CFG樁參數(shù):壓縮模量Ep = 18GPa,樁半徑rp = 0.2m,樁間距2m,置換率m =
0.028，樁長 10m。
[0106](4)樁間土參數(shù)如下表2所示:
[0107]表2樁間土參數(shù)
[0108]
厚度壓縮模量重度內(nèi)摩擦角粘聚力泊松比
地層
/ m/ MPa/ IcN -TtiiΓ/ kPa/ L>
粘性土 3,818U20IU0.32
淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 ?2.818,01080.40
粉質(zhì)粘土 87,82020150.38
粉質(zhì)粘土 128.52030200,35
[0109]依據(jù)現(xiàn)有路堤荷載，土體、墊層、樁體參數(shù)，通過以下步驟計算:
[0110]1.墊層的沖剪破壞角求解:
[0111]由墊層參數(shù):HC = 0.3m, cpc =40°，按基底完全粗糙，有:夕=滬
[0112]由公式(I)、⑵得:15°彡Θ彡40°現(xiàn)取Θ = 25。計算。
[0113]2.妒=40 , rp = 0.2m,由公式(3)得:δ max = 624mm
[0114]3.樁頂應力:按公式⑷?⑶得:
[0115]

σ, = (I + tanφ)Ν ps —^ 二 3Sps


cosφ
[0116]

Cr3= σ] Uin2(45 -φ/2) — %26ps

I
[0117]Tc = τ = ~(σ\ - o'.)sin2α =5.08/,'
[0118]pc = 9.15ps
[0119]ρρ = 6ps+185 代入(9)式得
[0120]Ps = 56kpa，pp = 545kPa



p
[0121]路堤高4m時，樁頂荷載達到545kPa，樁土應力比:《 = γ = 10




Ps
[0122]本發(fā)明所述樁向上刺入墊層量A1 *CFG樁頂單位壓力時的彈性變形指標C1計算得到。依據(jù)墊層力學指標C1計算樁刺入墊層量:
[0123]Δ j = C1Xpp = 2.6 X 545 = 14.2mm
[0124]本發(fā)明所述復合地基樁土的差異沉降A2由“沖剪破壞角”理論和樁側土負摩阻“彈、塑性區(qū)”理論計算得到，理論基礎及計算方法如下:
[0125]1.樁頂以下塑性區(qū)深度的計算
[0126]路堤荷載作用下，樁體具有上刺墊層的現(xiàn)象，樁頂一定范圍出現(xiàn)塑性區(qū)。如圖7所示，塑性區(qū)Z3Z4,彈性區(qū)z4zm。假設彈性區(qū)內(nèi)側摩阻力按線性傳遞，塑性區(qū)側摩阻力達到極限值τ u，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)或經(jīng)驗，混凝土材料樁土彈性極限相對位移為I?2_ ;塑性極限相對位
[0127]移為2.0?5.0mm ;滑移極限相對位移為δ u = 5?7.5mm。
[0128]依據(jù)Berrum 理論,樁側阻 Tsa — k'、tan ψ(7sz(11)
[0129]式中，Tsa——樁側土側摩阻力，單位:kPa ;
[0130]k0—樁側土靜止土壓力系數(shù)；
[0131]σ sz——土體的豎向應力，單位:kPa。
[0132]粘性土取kQ = 0.55 ;
[0133]參照圖5，設樁處理寬度范圍為2b，樁直徑2rp，從荷載傳遞的角度，設距樁中心距離r處側摩阻方程為:
τ Γ
[0134]Τ"=Υ^β 1~βε ,ρ (1?)
[0135]式中，τ sr——距樁土接觸面r處土體剪應力，單位:kPa ；
[0136]τ sa——樁土接觸面處側摩阻力，單位:kPa ；
[0137]rp——樁半徑，單位:m ；
[0138]β。——計算參數(shù)，由樁徑和單樁處理范圍確定。




γ
[0139]由公式(12)可知:當r = b時，ι —0 (義^ _ q
[0140]若2b = 2m, 2rp = 0.4m, b/rp = 5 得:β c = 0.3 (13)
[0141]距樁中心r處(rp < r < b)取土單元drdz,如圖8所示，由土體受力分析可得式
(14)。
(σ + da s)[k{v + dr)1 - w - σ [π{Γ + dr)1 - ]-1twt dz +
[0142](14)
2n{r + dr)( r< + d t< )dz = 0
r ? ,, 一 das I drs Λ
[0143]化間為:--1--Ts H--= 0(15)
dz r dr
[0144](14)式可寫為:

4(--1) I r
/f(j τ I — R p fp R~ ,((,.一i)
[0145]———+~-—-+ —^e !p =0 ,,
dz \_ β(.rrp(16)
[0146](16)式簡寫為:—產(chǎn)+^iz=O(17)

dz「似r 1.k() tan φ \ - β e Jp Br Α(Γ_1)
[0147]其中，0η ^^-+ ^e ν
\-βrr(18)
/ Γρ
[0148]當r = rp 時,σ sa = pse士 (19)
[0149]中性點以下:σΜ= 也^#2—2?)(20)
[0150]塑性區(qū)某一平面處，樁側阻達到極限，樁土相對位移:





Y
Pb %?AC—~!)
Aw1 = j -j^lr - ? ---1 - β-e p dr
Gs -^,GXX-Pc) '
[0151]
Tfic (-1)
----[b - re lp ](71)
_ Gv(l-/i:.) μU1；
[0152]式中，Aw1-塑性區(qū)樁土相對變形值，單位:m ;
[0153]Gs——土體剪切模量，MPa;其它符號同前。
[0154]2彈性區(qū)及中性點Zm計算:
[0155]由于等沉面處樁土無相對位移，則彈性區(qū)內(nèi)樁土豎向變形的差值即為相對位移，令aW2 = Imm設樁側阻沿樁長線性分布。求解的彈性區(qū)深度范圍Zm:
[0156]'ασ =°(22)
hOhP
[0157]式中，Os——土體的應力，單位:kPa ;
[0158]σ p——對應深度樁截面的應力，單位:kPa。
[0159]對于樁單元體,有:
[0160]Ap O p+Apd σ P = Ap O p+ Y pApdz+2 π a τ sadz(23)
[0161]式中，Ap——樁體的截面面積，單位:m2 ；
[0162]τ sa—樁土接觸面?zhèn)饶ψ枇?，單?kPa ;其它符號同上。
r γ + Tzusa
[0163]對樁體壓縮量Ap有:?/Δρ = p p sa dz(24)
I tld
P P
[0164]式中，Yp-樁體的容重,單位:kN/m3 ;
[0165]Ep-樁體的模量，單位:MPa ;其它符號同上。
[0166]同理，把樁處理范圍的土視為整體單元，則有:
[0167]Asd O s+As O s = As O s+2 JI a τ sadz (25)
2ηιτ,
[0168]對土體壓縮量Λ s 有:仏S - 一v n SU , dz(26)
rpEs(l~m)
[0169]式中，Ys-土體的容重，單位:kN/m3 ;
[0170]Es——土體壓縮模量，單位:MPa ；
[0171]m——復合地基樁的置換率。



I — /
[0172]As—單樁處理面積，As =——A1,，其它符號同上。

m
[0173]忽略CFG樁的壓縮，彈性區(qū)樁側摩阻力按線形分布:
fZm—Z4 Imr z
Avv9 = Δ = ----(1--)dz
-Jo rpE、(\-m) Z111
[0174]_
2"i(.l- )ru- ?
=-^~[ζ - -4-3(27)
rnEX\~>n)Izm
2m(1- z K— 2
[0175]即Aw2 =[Zm-Z4 -(Zm —Z4) ] (28)
Izm
[0176]樁上刺量即為中性點至樁頂范圍內(nèi)，樁土的相對變形量。
[0177]A2 = -^ ρse Azdz (29)
[0178]3復合地基樁土的差異沉降計算
[0179]混凝土材料樁土相對位移達到2.0?5.0mm時，土體處于塑性狀態(tài)，樁側阻達到τ u,現(xiàn)取3mm計算。


β
[0180]由b = lm, rp = 0.2m 時，β c = 0.3，Es = 3.8MPa Gs = s = 1.44 MPa
p2(1 + us)

0.483 ^ 1A—3
[0181]代入公式(21)得=3x10解得:τ u = 8.94kPa
[0182]r = rp 時，由公式(18)得:
「 1) r
Λ Arn tan參 \_,p B2f 廠1]
[0183]——"~^--ρ =0.87
1-戽rprp
[0184]Tu = 0.2 X 55 X e~°87 4 = 8.94 kPa
[0185]解得:z4= 0.26m
[0186]令粧土彈性極限相對位移Aw2 = 1mm，設粧側阻沿粧長線性分布。由公式(28)得:
2^d- z X1_ 2
[0187]=] =O OOl
rpEs{\-m)2zm
[0188]求解得到zm = 3m,即負摩阻區(qū)間長度近似取:zm = 3m。
[0189]樁土相對位移，即復合地基樁土的差異沉降為:
Δ2 =丄廠 pse—A:dz
2 β Jo

?；
_] =^re-^dZ + ^fe-^dZ
3.8Jo3.8 J0.26
二 13.1mm
[0191]綜合對比樁向上刺入墊層量A1 = 14.2mm和復合地基樁土的差異沉降A2 =13.1mm,兩者差值為1.1mm,小于均值的15%。故取Δρ = 13.7mm,依據(jù)表I,選40mm厚橡膠墊用于該CFG裝的靜載測試。
[0192]本發(fā)明所述方法第二步就是將測試樁按照本發(fā)明所述的裝置布置好。本發(fā)明所述第三步是對按第二步布置好的測試樁參照現(xiàn)有規(guī)范進行分級加載。
[0193]本發(fā)明所述方法第四步:記錄第三步中每級荷載所對應的位移、樁土應力比。
[0194]本發(fā)明所述方法第五步:根據(jù)第四步中得到的數(shù)據(jù)，參照現(xiàn)形規(guī)范和設計要求確定荷載分級、判穩(wěn)標準、終載控制等；
[0195]本發(fā)明所述方法第六步:評價樁體承載質(zhì)量，CFG樁復合地基測試指標承載力、沉降、樁土應力比三項指標是否滿足現(xiàn)行規(guī)范和設計要求。
[0196]本發(fā)明中提供了一組利用本發(fā)明所述一種CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置進行測試的試驗結果，如下所述:
[0197]將測試樁11以圖1所示的方式布置，測試加載制度、判穩(wěn)方法等參照規(guī)范(JGJ79-2012)或當?shù)匾?guī)程執(zhí)行，土壓力隨荷載施加測試數(shù)據(jù)見表3。
[0198]表3樁土地力比現(xiàn)場測試成果
[0199]

Ι--丁頁應力/kpa 平均土壓力/kpa Ijizh應力比/n
31.4587764 16.8235861.869920979

102.733632 25.90021002 3.966517334
199.1374785 35.91616055.544509094

361.2363264 ~9.14507786 7.350407042

508.930578 ΙθΟ.60621836 丨8.39733268
[0200]現(xiàn)場測試結果表明樁頂荷載508.93kPa時，樁土應力比η = 8.4,沉降為18.82mm,達到了路堤荷載復合地基靜載測試理論預期效果，實測樁土應力比η與理論值基本吻合，其它如承載力、沉降指標滿足設計要求。
[0201]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置，其特征在于，包括以下組成部分:反力試塊(I)、支撐梁(2)、測力計(3)、反力梁(4)、位移計(5)、千斤頂(6)、基準梁(7)、橡膠墊(8)、承壓板(9)、土壓力計(10)、CFG測試樁(11)，其中，所述CFG測試樁(11)上端自下而上依次同軸布置承壓板(9)、橡膠墊(8)、千斤頂(6)、反力梁(4);所述承壓板(9)底面布置土壓力計(10);所述橡膠墊(8)上布置位移計(5);所述千斤頂(6)與反力梁(4)之間同軸布置測力計(3);所述反力梁(4)上設置反力試塊(I);反力試塊(I)四角通過支撐梁(2)支撐于地面；所述基準梁(7)對稱設置于承壓板(9)兩側。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置，其特征在于，橡膠墊(8)的平面尺寸與承壓板(9)平面尺寸相等。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置，其特征在于，所述承壓板(9)為方板或圓板。
4.一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，計算樁土應力比η及樁刺入量Λρ，依據(jù)CFG樁復合路基靜載測試橡膠墊選用表選取橡膠墊(8)； 第二步，布置CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置，所述CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試裝置包括以下部分組成: 反力試塊(I)、支撐梁⑵、測力計(3)、反力梁(4)、位移計(5)、千斤頂(6)、基準梁(7)、橡膠墊(8)、承壓板(9)、土壓力計(10)、CFG測試樁(11)，其中，所述CFG測試樁(11)上端自下而上依次同軸布置承壓板(9)、橡膠墊(8)、千斤頂￠)、反力梁(4);所述承壓板(9)底面布置土壓力計(10);所述橡膠墊(8)上布置位移計(5);所述千斤頂(6)與反力梁(4)之間同軸布置測力計(3);所述反力梁⑷上設置反力試塊⑴；反力試塊⑴四角通過支撐梁(2)支撐于地面；所述基準梁(7)對稱設置于承壓板(9)兩側； 第三步，對按第二步布置好的測試樁進行分級加載； 第四步，記錄第三步中每級荷載所對應的位移、樁土應力比； 第五步，根據(jù)第四步中得到的數(shù)據(jù)，確定荷載分級、判穩(wěn)標準、終載控制； 第六步，評價樁體承載質(zhì)量，CFG樁復合地基測試指標承載力、沉降、樁土應力比三項指標是否滿足規(guī)范和設計要求。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，其特征在于，所述第一步中，依據(jù)路堤設計條件，采用“沖剪破壞角”法計算路堤填土分別作用于樁和粧間土的荷載，獲得粧土承擔荷載即粧土應力比η。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，其特征在于，所述第一步中，樁刺入量Ap的確定方法為:分別計算樁向上刺入墊層量A1、復合地基樁土的差異沉降A2，對比A2的值，依據(jù)兩者理論上相等的原則，若計算所得兩者差值小于其平均值的15%時，取其均值為樁刺入量Ap，否則重新設計墊層參數(shù)。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，其特征在于，樁土應力比η的計算公式如下:
η = ρρ/ρχ 其中:ρρ-樁頂應力，單位:kPa ； Ps-與樁頂同一平面處的土體應力，單位:kPa。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，其特征在于，樁向上刺入墊層量A1 SCFG樁頂單位壓力時的彈性變形指標C1計算得到，樁向上刺入墊層量八1的計算公式如下: A1 = C1Xpp 其中:pp-樁頂應力，單位:kPa ； C1——樁刺入墊層的變形量，單位:m/kPa。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種用于CFG樁復合路基橡膠墊層靜載測試的方法，其特征在于，復合地基樁土的差異沉降A2由沖剪破壞角理論和樁側土負摩阻彈、塑性區(qū)理論計算得到，復合地基樁土的差異沉降A2的計算公式如下: 其中:ES——土體壓縮模量，單位:MPa ； Zffl—負摩阻區(qū)間長度，單位:m ； A-計算參數(shù)。
【文檔編號】E02D33/00GK104196060SQ201410329231
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權日:2014年7月10日
【發(fā)明者】徐奮強, 洪寶寧, 胡利平, 劉鑫, 崔猛, 易進翔, 朱俊杰, 趙四漢 申請人:河海大學, 廣東省交通運輸工程質(zhì)量監(jiān)督站