钉形水泥土双向搅拌桩单桩及复合地基承载力计算

1　钉形水泥土双向搅拌桩单桩及复合地基承载力计算

钉形水泥土双向搅拌桩单桩承载力主要由桩周土体提供的桩侧摩阻力、扩大头“翼缘”下部土体对“翼缘”提供的支撑力及桩端土体对桩体提供的支撑力三部分所组成。在桩顶荷载作用下，桩体发生沉降，桩土产生相对位移，使桩周土体对桩体施加向上的侧阻力。在扩大头范围内，扩大头部分桩侧摩阻力使部分桩身荷载转移到桩周土体中去。由于桩体向下位移，对扩大头“翼缘”下部土体产生压缩变形，同样“翼缘”下部土体会对桩体产生向上的反作用力，即扩大头“翼缘”下部土体对桩体提供的支撑力。对于下卧层土质较好、桩土模量比较大且桩长较短的桩体，会发生桩体对下卧层的压缩变形，从而出现下卧层对桩端提供向上的反作用力。

钉形水泥土双向搅拌桩单桩极限承载力应结合单桩破坏模式进行分析，不同破坏模式有不同的计算方法，应区别对待。如进行单桩载荷试验，按试验结果确定单桩极限承载力。如无单桩载荷试验资料，设计时可按下列公式进行估算。

（1）如果出现刺入性破坏模式，桩身强度满足：

且

则单桩承载力由下式确定：

（1）　　　　

（2）如果出现扩大头“翼缘”下部桩体屈服破坏模式，桩身强度满足：

且

则单桩承载力由下式确定：

（3）如果出现桩顶屈服破坏模式，桩身强度满足：

且

则单桩承载力由下式确定：

＝η1·f_cuk·A_p1（3）

综合三种破坏模式，钉形水泥土双向搅拌桩单桩承载力按下式计算：

式中，为单桩竖向承载力特征值（kN）；f_cuk为与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长70.7mm的立方体）的90d龄期的无侧限抗压强度平均值（kPa）；η₁为扩大头部分桩身强度折减系数，可取0.60～0.80；η₂为扩大头以下部分桩身强度折减系数，可取0.50～0.65；q_pa为变截面处地基土承载力特征值（kPa）；q_pb为桩端地基土承载力特征值（kPa）；q_si为扩大头深度范围内第i层桩周土的摩阻力特征值（kPa）；q_s j为下部桩体范围内第j层桩周土的摩阻力特征值（kPa）；u_p1为扩大头部分桩体周长（m）；u_p2为下部桩体周长（m）；A_p1为扩大头部分桩体横截面积（m²）；A_p2为下部桩体横截面积（m²）；h_i为扩大头深度范围内第i层桩周土厚度（m）；h_j为下部桩体范围内第j层桩周土厚度（m）；n₁、n₂为分别为扩大头和下部桩体深度范围内，桩周土体的分层数；α₁为变截面处天然地基土承载力折减系数，可取0.80～0.90；α₂为桩端天然地基土承载力折减系数，可取0.40～0.60。

钉形水泥土双向搅拌桩复合地基承载特性具有一般竖向增强体复合地基承载性能的一般特点，即由桩体和桩间土的承载力两部分共同组成，可以根据单桩承载力和桩间土承载力，按一定的原则叠加这两部分承载力确定，采用下式计算：

式中，f_spk为复合地基承载力特征值（kPa）；f_sk为处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时可取天然地基承载力特征值，偏于安全；β为桩间土承载力折减系数，宜按当地经验取值，如无经验时可取0.75～1.0，当桩长较短、桩端为硬土时取小值，当桩长较长、桩端为软土时取大值；m₁为扩大头部分面积置换率，；D为扩大头直径（m）；d_e为一根桩分担的处理地基面积的等效直径（m），等边三角形布置，d_e＝1.05 S；正方形布置，d_e＝1.13 S；矩形布置，d_e＝1.13；S、S₁、S₂为分别为桩间距、纵向间距和横向间距；Ap1为扩大头部分截面积（m²）；为单桩承载力特征值（kN）。