夯实水泥土桩复合地基可靠度的研究

孔鹏

摘要：随机场理论是一种分析复合地基极限和复合地基承载能力的理论研究。随机场理论根据随机变量的概率模型分析复合地基的可靠度，运用JC法将实例中的可靠度指标与随机变量的变异性等相结合，加以具体的阐述，让复合地基的可靠度更加清晰明了。

关键词：夯实水泥土桩；复合地基；可靠度

夯实水泥土桩复合地基是一种水泥和土混合而成的复合地基材料，这种混成需要科学的配比。将符合比例规定的水泥和土在专业机器中先夯实，再将基础底面的材料与其复合便形成了我们所说的水泥土桩复合地基。从当前的形势来看，水泥土桩复合地基在理论研究方面已经取得了较大的发展，但是对于夯实水泥土桩复合地基的可靠度，还有非常大发展空间。本文就是要对水泥土桩复合地基进行可靠度的研究，其可靠度主要是水泥土桩复合地基的承载能力。

一、土层概率模型和距离计算

（一）土层概率模型

随机场的分布可以用来研究土层概率模型，而在空间上分布的可以更好的将土层概率模型结合空间位置的变化，由此以来便可以将这种变化认为是一维随机变量进行研究。

将土性指标中的土层深度h和土层起始位置z结合研究土层的深度h可以得出深度的空间均值：

（二）距离计算

土性相关距离是进行夯实水泥土桩复合地基可靠度的一项基本任务，通过相关距离可以将方差算出，再过度到“空间平方差”这样来达到相关距离的计算。

二、夯实水泥土桩复合地基极限方程

夯实水泥土桩复合地基在一般情况下的全方位损坏是由于水泥土土桩的局部损坏引起的，极限承载力公式为：

处理后桩间土极限承载力是根据当地的经验取值的，若无经验可取地基的极限承载力。强度发挥系数设定为λ，也是按照经验取值，一般在0.75到0.95之间，置换率为m。计算桩间土承载力我们一般采用汉森公式，即：

γ是土层重度，单位为kN/m2，c是土层粘力，单位也是kN/m2，D和B分别为基础深度和宽度，单位为m。综合以上等式，我们得到夯实混凝土桩复合地基极限状态的方程式为：

三、夯实水泥土桩复合地基算例分析

我们以河北省某市的图书馆为例，经测算，其基础长度为42m，宽度为34.5m，埋深为4.2m。由于该图书馆有软弱下卧层，因此必须使用复合地基进行改造，桩长为4m，桩径长度380毫米，为保障 稳定性，采用三角布桩，其横向间距为0.8m，纵向间距为1.4m。根据测算结果，求得场地地基基本变量见下表。

由此可见，根据随机场理论，复合地基承载力的极限状态方程中，基础性状对承载力的影响非常大，经JC法可靠度计算，其函数非线性可靠性问题的适用性十分广泛。当地基的安全系数固定时，可靠指标、置换率以及荷载比之间的关系呈曲线。

四、夯实水泥土桩复合地基可靠度的影响因素

第一，成孔工艺。成孔工艺与水泥土桩的质量息息相关，而成孔工艺又与机具的使用有直接联系。成孔工艺分为排土成孔和非排土成孔，后者的成桩质量更高，稳定性更强。但缺点则是工艺复杂，施工所耗人力、物力较大。

第二，岩土条件。位于地下水位以上的粘性土、细沙土、粉土、素填土等较为符合夯实水泥土桩复合地基的使用条件。若桩的顶端存在硬土或隔水层，则要进行抽水、夯实后才能确保质量。如在成桩过程中遇到土层松散等情况，要及时采取措施避免沙层坍塌。

第三，成桩工艺。成桩是夯实水泥土桩复合地基的关键环节，其中，夯实锤的形状、材料、质量对夯实效果有着直接的影响。一般夯实锤都是铸铁的，重量在150公斤以上，底部形状为圆形或椭圆。这样便于混合料能够均匀落入孔中，杜絕真空现象，从而使桩底排气更加便利。

第四，土与水泥的比例。土与水泥的配合比不同，其建成的桩身强度就会不同。同时，水泥的强度等级也对桩身有明显影响，市面上一般采用强度等级为32-42MPa强度的水泥。此外，水泥含量高桩身强度就高，最佳土与水泥比例应控制在6：1。

第五，土的类别。土的类别包括两个方面，一是成孔成桩地层土，一是成桩所使用的拌和料的土，前者多用粘性土、细沙粉、粉土等不易塌孔的类型，后者指含水量较大的土质，一般要避免冻土、有机含量高的土壤。

第六，填料量。填料量的大小与土桩桩身质量有直接关系，填料多就会增加厚度，不易夯实。一般情况下，填料量厚度在5cm以下，对应的夯实锤重量为150公斤左右，提升高度为75cm。

由于这些参数的离散性较强，分布不均，因此极限状态下的方程都是非线性的，当使用JC法进行计算时，必须选取适当的验算点，否则会出现正态变量非正态化的结果。通常，当基本变量变异系数超过0.3时，JC计算结果就会偏离精确值。但Monte-Carlo法受变异系数的影响较小，其精确度较高，失效概率低。

总结

综上所述，夯实水泥土桩复合地基承载力可靠度中的变量为单桩极限承载力，桩间土的粘聚力以及上部荷载量。随着水泥土桩复合地基面积置换率的增加，其可靠度和安全度也会相应提升。夯实水泥土桩复合地基的安全性与土质强度指标ψ与c密切相关，但ψ的影响度比c要大。

参考文献：

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