膨胀土地基单桩竖向抗压承载力的计算.pdf

摘要：由于膨胀土与一般粘性土相比具有承载力高和强胀缩性的特点，因此
膨胀土地基中的单桩承载力计算与一般地基土的单桩承载力计算存在明显差异。
本文以苏丹Munga地区一个输电线路工程为例，介绍了膨胀土中单桩的竖向抗
压承载力计算，计算思路和计算过程对类似工程具有一定参考价值。

关键词：膨胀土地基，Munga地区，基桩竖向承载力，计算实例

0引言

膨胀土主要是一种具有膨胀结构、多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑
性粘性土，自由膨胀率一般大于或等于40％，在天然状态下常处于较坚硬状态，
对气候和水文因素有着较强的敏感性，具有遇水强烈膨胀和失水严重开裂的典型
特征，往往对坐落与其上的工程建筑物造成严重危害，结构开裂、不均匀地基变
形甚至地基强度软化等问题非常常见，一旦地基基础设计不慎，将会造成建筑物
的破坏具有多次反复性和长期潜在性的特点[1-2]，因此，膨胀土地基基础设计是
一个需要重点关注的岩土工程问题。由于膨胀土的成因类型和矿物组构复杂，目
前对膨胀土中地基基础设计的认识仍处于逐步提高、实践经验总结提高的阶段
[3-4]，因此对膨胀土地基中桩基础设计的实践经验进行总结具有较重要的科学应
用价值。本文以苏丹MUNGA地区一个输电线路工程为例，详细介绍膨胀土地
基中基桩的竖向承载力计算以供类似工程作为参考。

1工程概况

苏丹穆格莱德盆地Unity-Munga66kV输电线路及MUNGA66/33kV变电站
工程是苏丹穆格莱德盆地HEGLIG油田的重要配套工程，主要为苏丹中南部穆
格莱德盆地油田生产提供电力，使业主进一步满足油田扩大生产的电负荷需求，
工程建设对苏丹中南部油田石油勘探、开发、运输、炼制等方面的持续发展具有
重要推动作用。场地距首都喀土穆西南部约800km，距苏丹港约1400km，Munga
66/33kV变电站平面布置为长方形，南北方向长70m，东西方向宽为38m，Munga
66kV输电线路总长29.359km，沿途属膨胀土广泛分布区，地基基础工程的合理
设计计算对保证工程建设的安全可靠、经济合理具有重要工程意义。

2工程区基本地质条件

2.1气象与水文

工程区属热带草原气候，具有显著的旱、雨两季气候显著变化特征，6～10
月为雨季，11月至次年5月为旱季，年平均降水量为1440mm，以短时暴雨为主，
蒸发量一般在7.2mm/d左右。地层大气影响深度2.5～
3.5m，急剧影响深度1.0～1.5m，Munga～Unity一带地下静止水位深达85m。

2.2地形地貌特征

工程区沿线地面标高389.42～391.89m，地势平坦。地貌属阿拉伯河冲洪积
及沼泽相沉积平原，灌木丛和阿拉伯胶树广布，旱季地表裸露处裂缝发育，植被
发育处裂缝不明显，调查显示，地表裂缝宽度最大达10cm，一般宽度为2.0～
5.0mm，向下延伸0.8～1.0m。

2.3岩土组构特征

根据设计荷载要求，工程区勘察深度范围内地基土自上而下为3层。

①黑灰色肥粘土：即第一层膨胀土，主要成分为膨胀矿物蒙脱石和伊利石
等，该层处于大气影响深度范围内，裂隙比较发育，呈稍湿、硬塑～坚硬状态，
厚1.40～3.20m。

②黄褐色肥粘土：即第二层膨胀土，质地较均匀，剖面上见有交错的裂隙，
裂隙面具有泥膜和擦痕，呈稍湿、硬塑～坚硬状态，厚3.1～7.5m。

③粉砂：褐黄色或灰白色，成分较均匀，粒径一般在0.1mm左右，最大约
3.0mm，磨圆较好，级配较差，呈中密～密实，稍湿状态，最大揭露厚度5.65m。

2.4物理力学参数

（1）常规物理力学指标及地基承载力

根据场地岩土勘察试验的成果，地基土的主要物理指标和常规力学指标见表
1、表2，地基承载力特征值见表3。

表1地基土的主要物理指标代表值

表2地基土的主要力学指标代表值

3地基土承载力特征值/kPa

（2）膨胀土的胀缩性指标

膨胀土的胀缩性试验指标见表4，10个试样压力与膨胀率的关系曲线如图1。

表4膨胀土的胀缩性试验指标

图1膨胀率与压力的关系曲线

3单桩竖向抗压承载力计算

根据勘察成果论证的结果及当地建设经验，该工程的输电线塔和变电站设备
选择开口式钢管桩基础形式，钢管桩穿透膨胀土层，充分利用深部土层侧摩阻力
高的特性，克服膨胀土含水量变化产生胀缩变形引起的不利影响。因此，准确合
理计算基桩的承载力是钢管桩基础设计的关键，计算时应引以高度重视的关键问
题是膨胀土在吸水后的前期上拔力（胀切力）和后期较前期土力学指标的降低两
个方面因素对单桩竖向承载力的影响。

3.1计算的原则和关键步骤

钢管桩基础承载力计算的总桩长应考虑锚固在非膨胀土层和大气急剧影响
带以下土层中的桩长范围内的承载力用以抵抗大气