[发明专利]咸水区水泥土桩全寿命周期内承载力预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程技术，尤其是一种咸水区水泥土桩全寿命周期内承载力预测方法。

背景技术

水泥土搅拌桩是软弱地基加固的一种常用方法，利用专用设备将粉状或浆状水泥与地基土原位搅拌形成粉喷桩或浆喷桩复合地基。在咸水区，地下水和土的矿化度很高，对水泥土有较强的腐蚀性，这使得水泥土表层发生劣化，强度衰减，有效桩径减少，从而导致咸水区水泥土搅拌桩复合地基受腐蚀严重，出现很多工程问题。同时，咸水环境下水泥土桩内部未受到咸水侵蚀的部分，材料强度随龄期持续增长。但是目前现有研究和设计规范均未考虑咸水环境下水泥土的表层劣化效应对长期强度演化的影响，而水泥土的强度衰减是一个漫长的过程，若通过室内和现场试验来测得水泥土桩的长期综合强度非常耗时，在大多数情况下是不可行的。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种咸水区水泥土桩全寿命周期内承载力预测方法，该方法能够通过试验室测得的短期抗压强度试验结果来预测含盐水泥土桩全寿命周期的承载力，大大减少了试验的工作量，简单快捷，够避免进行长期观测的耗时耗力问题，节省试验费用，而且测量准确性高。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种咸水区水泥土桩全寿命周期内承载力预测方法，在工程项目地区取土样及地下盐水在室内试验，并对试验数据分析，步骤如下：

1）将所述土样及盐水制成含盐水泥土试件，分别在标准养护室条件和盐水浸泡条件下养护，然后分别对这两种养护条件下的不同龄期的试件做无侧限抗压强度试验，测得其短期抗压强度；

2）根据公式f_c＝A+Blgt对养护室条件下的含盐水泥土强度拟合，得到含盐水泥土桩内部材料强度增长与时间的关系；其中，f_c为含盐水泥土桩内部未劣化部分抗压强度，单位为MPa；t为龄期，单位为天；A，B为常数，通过对步骤1）中养护室条件下试件的短期抗压强度f_c拟合即可得到；

3）根据公式D²q_uw＝d²q_uc，L＝0.5(D-d)和步骤1）中测得的两种养护条件下试件短期抗压强度试验结果计算得到劣化深度L，然后根据公式lgL＝a+0.5lgt对劣化深度L拟合，得到含盐水泥土桩劣化深度与时间的关系；其中，q_uc为含盐水泥土在标准养护室条件下测得短期抗压强度，q_uw为含盐水泥土在浸泡条件下测得短期抗压强度，单位为MPa；D为含盐水泥土的原直径，单位为mm；d为含盐水泥土未劣化部分的直径，单位为mm，L为劣化深度，单位为mm；t为龄期，单位为天；a为常数，通过对公式lgL＝a+0.5lgt拟合即可得到；

4）将含盐水泥土桩内部材料强度增长与时间的关系和含盐水泥土桩劣化深度与时间的关系分别代入公式P＝A×f_c(t)和公式得到含盐水泥土桩承载力与时间的关系；其中，P为由桩体材料强度确定的含盐水泥土桩承载力，单位为N；A为含盐水泥土桩的有效横截面积，即未劣化部分桩体的横截面积；D为桩径，单位mm；

5）根据含盐水泥土桩承载力与时间的关系计算得到其全寿命周期内的承载力。

所述步骤1）中标准养护室养护模拟水位以上地下环境，标准养护室条件为温度为18-22℃，相对湿度95%以上。

所述步骤1）中盐水浸泡条件养护模拟水位以下环境；盐水浸泡条件养护是先将试件浸泡在装有工程项目地区地下盐水的容器中，然后再将容器放在标准养护室中养护以避免外界环境温度对其影响。

所述步骤1）中的短期分别为7天、14天、28天、90天、120天或180天。

通过研究发现含盐水泥土早期强度的衰减在一定程度上能够反映后期强度的变化趋势，因此，本发明基于室内早期强度试验结果，考虑了咸水环境下水泥土表面劣化效应，提出了根据桩身材料强度确定的含盐水泥土桩全寿命周期内承载力的计算方法。

本发明解决以下主要问题：

①含盐水泥土内部未劣化部分桩体的强度增长随龄期变化规律。

②含盐水泥土桩劣化深度随龄期变化规律。

③基于早期强度试验的含盐水泥土桩全寿命周期承载力预测方法。