碎石樁復(fù)合地基抗液化初步探析

1、碎石樁復(fù)合地基抗液化初步探析【摘要】隨著社會(huì)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)得到了長(zhǎng)足的增 長(zhǎng)，我國(guó)的建筑事業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展，建筑工程如雨后春 筍般不斷涌現(xiàn)。在建筑工程施工的現(xiàn)實(shí)狀況中，很多工程在 地基施工中，對(duì)地基抗液化施工時(shí)是極為重視的，它直接關(guān) 系到建筑工程的穩(wěn)固和使用壽命，是建筑工程質(zhì)量的保證， 對(duì)于建筑今后使用的安全問(wèn)題也有重要的作用，因此，現(xiàn)階 段，碎石樁在復(fù)合地基的抗液化施工中得到了廣泛的應(yīng)用， 針對(duì)復(fù)合地基液化處理中的一些棘手的問(wèn)題都有不俗的效 果，文章即在此技術(shù)上，對(duì)碎石樁復(fù)合地基抗液化方面進(jìn)行 分析和探討。【關(guān)鍵詞】碎石樁；復(fù)合地基；抗液化；探討中圖分類(lèi)號(hào)：tu47文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 一、前言文

2、章對(duì)碎 石樁復(fù)合地基的應(yīng)用機(jī)理進(jìn)行了概述，通過(guò)分析碎石樁復(fù)合 地基抗液化的作用，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)， 對(duì)碎石樁處理液化土加固作用分析及理論研究成果進(jìn)行了 探討。二、碎石樁復(fù)合地基的應(yīng)用機(jī)理概述碎石樁復(fù)合地基法是指采用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在 軟弱地基中成孔后，將碎石或砂等材料擠壓入已成的孔中形 成樁體，使樁體及樁間土共同承擔(dān)荷載，并同時(shí)具有擠密性 和置換性。其適用于松散砂土，粉土，粘性土，素填土及雜 填土等地基處理，也可用于液化地基的處理。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，飽和砂土地基會(huì)發(fā)生液化現(xiàn)象，造成建 筑物的地基失效，發(fā)生建筑物下沉、傾斜甚或倒塌等現(xiàn)象。 地基土的承載能力主要來(lái)自土的抗剪強(qiáng)度，

3、而砂土或粉土的 抗剪強(qiáng)度主要取決于土顆粒之間形成的骨架作用。飽和狀態(tài) 下的砂土或粉土受到振動(dòng)時(shí)，孔隙水壓力上升，土中的有效 應(yīng)力減小，土的抗剪強(qiáng)度降低。振動(dòng)到一定程度時(shí)，土顆粒 處于懸浮狀態(tài)，土中有效應(yīng)力完全消失，土的抗剪強(qiáng)度為零。 土變成了可流動(dòng)的水土混合物，此即為液化。飽和砂土在地 震或其他動(dòng)力荷載作用下會(huì)發(fā)生液化，歸其原因主要是以下 兩方面：(1)由于地基的密實(shí)度不夠，加之在動(dòng)荷載作用下, 導(dǎo)致有效應(yīng)力降低，孔隙水壓力上升，從而使顆粒處于懸浮 狀態(tài)，這時(shí)候地基承載力已經(jīng)超過(guò)了所承受的范圍，造成地 基變形增大；(2)在地震作用下，產(chǎn)生的孔隙水壓力是不能 及時(shí)消除的，從而加快了地基的噴砂冒水

4、或砂土的流動(dòng)。三、碎石樁復(fù)合地基抗液化的作用1增加樁周土的密實(shí)度。采用振動(dòng)技術(shù)來(lái)加密松砂的概念易于理解，這里僅從抗 液化的角度來(lái)總結(jié)和分析。按照施工方法的不同，振動(dòng)碎石 樁又可分為干振碎石樁和振沖碎石樁兩種。振沖碎石樁在成 孔和擠密碎石的過(guò)程中樁周土體在水平振動(dòng)力作用下產(chǎn)生 徑向位移，使樁間土密度提高。同時(shí)，振沖器的振動(dòng)力加速 了飽和砂土中的傳播振動(dòng)速度，從而使振沖器周?chē)欢ǚ秶?內(nèi)的砂土受到反復(fù)的循環(huán)荷載和振動(dòng)作用，最終導(dǎo)致了振動(dòng) 液化的產(chǎn)生，在振動(dòng)液化作用、上覆土壓力、重力、填料擠 壓力的作用下碎石樁符合地基進(jìn)行重新排列，使得碎石中的 孔隙比減小，從而樁體積不斷收縮，逐漸趨于密實(shí)，從而形

5、成密實(shí)的碎石樁復(fù)合地基。但因短時(shí)間內(nèi)充滿(mǎn)土孔隙中的水 難以及時(shí)排出，土孔隙無(wú)法減小，體積不能發(fā)生變化，土粒 間的有效應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌紫端畨毫?。隨著震動(dòng)的持續(xù)作 用.土中超孔隙水壓力通過(guò)不斷地聚集、提高、當(dāng)其值達(dá)到 相應(yīng)的固結(jié)壓力時(shí)，粒間應(yīng)力（即有效力）為零，這樣使土粒 之間的接觸為零，因此也就出現(xiàn)了液化現(xiàn)象。而飽和松砂在 碎石樁施工過(guò)程中得到進(jìn)一步的振密和擠密，使得原本容易 液化的疏松土體進(jìn)一步的得到加固，最后形成了密實(shí)的土 體。一旦遇到地震作用，由振密引起的超孔隙水壓力產(chǎn)生的 幾率基本為零，這樣就大大減少和消除了碎石樁的液化趨 勢(shì)。綜上所述，要防治液化的產(chǎn)生，可以通過(guò)增加砂土的密 實(shí)度來(lái)實(shí)

6、現(xiàn)。飽和砂土在碎石樁施工過(guò)程中能夠得到振密和 擠密，將原來(lái)易產(chǎn)生液化的疏松土體加固成密實(shí)的土體，同 時(shí)也增加了水的滲漏通道，如此，在地震作用下，土體的密 實(shí)度變化小，產(chǎn)生很小或不產(chǎn)生震動(dòng)引起的超靜孔隙水壓 力，大大消除了地基的液化趨勢(shì)。2.通過(guò)樁體的排水作用來(lái)抑制樁間土超靜孔隙水壓力 的增長(zhǎng)。碎石樁復(fù)合地基中的樁體是以滲透性很強(qiáng)的碎石填 筑，形成了很好的排水通道，縮短排水路徑，加速了超靜孔 隙水壓力的釋放，從而增強(qiáng)了土體的抗剪強(qiáng)度，因此在地震 或其他動(dòng)力荷載作用下孔隙水壓力不能積累增長(zhǎng)，也就不會(huì) 發(fā)生地震液化。3碎石樁的預(yù)震作用美國(guó)seed等人的試驗(yàn)表明，受過(guò)預(yù)震影響的砂樣，它 的抗液化能力相

7、對(duì)那些未曾受到過(guò)預(yù)震密實(shí)度為dr=80%的 砂樣，在經(jīng)過(guò)一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下，當(dāng)兩試樣的相對(duì)密實(shí)度 達(dá)到相同的程度時(shí)，如果要想造成經(jīng)過(guò)預(yù)震的試樣發(fā)生液化 時(shí)，所需施加的應(yīng)力應(yīng)比那些未經(jīng)預(yù)震的砂樣要有所提高， 大約提高46%即可。因此，這就得出致使砂土液化特性產(chǎn)生 的原因除了砂土地基的振動(dòng)作用外，還有與砂土的相對(duì)密度 有密切的關(guān)系。在工程施工過(guò)程中，砂土預(yù)先振動(dòng)而不產(chǎn)生 液化后，在結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的顆粒就會(huì)滑落形成較為穩(wěn)定的結(jié) 構(gòu)，進(jìn)一步提高了碎石樁的抗液化能力，同時(shí)施工中的振動(dòng) 作用有利于擠密土層，更好的使碎石樁獲得預(yù)震效果，因此, 振動(dòng)作用是不可忽視的必要環(huán)節(jié)，這大大增強(qiáng)了地基的抗液 化能力。4.

8、碎石樁的減震作用。豎向靜力荷載作用下碎石 樁的荷載分擔(dān)作用已經(jīng)有了進(jìn)一步的深入研究，同時(shí)也在一 定程度上取得了進(jìn)展。但是對(duì)于在動(dòng)荷載作用下，樁體效用 的發(fā)揮及對(duì)復(fù)合地基抗液化貢獻(xiàn)的研究目前還是很缺乏的。 由于碎石樁復(fù)合地基中樁體的剛度遠(yuǎn)超過(guò)樁間天然土體的 剛度，因此地震荷載將因地基地初始應(yīng)力狀態(tài)和剛度的變化 而使應(yīng)力重力得到重新分布。近幾年，針對(duì)碎石樁復(fù)合地基 樁土應(yīng)力重分布在民用工業(yè)上的研究表明碎石樁除了可以 分擔(dān)上部垂直荷載的作用外，還可以通過(guò)分擔(dān)振動(dòng)剪應(yīng)力來(lái) 抵抗砂土的液化，更好的實(shí)現(xiàn)碎石樁的減震作用，碎石樁復(fù) 合地基中樁土分別的震剪應(yīng)力重分布的概念由baez和 martin提出。通過(guò)在

9、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)碎石樁加固前后地面加速度的測(cè) 量和剪切波的量測(cè)，更好的定性反映樁體分別剪應(yīng)力的情 況。同時(shí)通過(guò)采用振動(dòng)打樁機(jī)作為激振源，在加固區(qū)樁間土 上和未加固區(qū)天然地基上分別測(cè)出了地面振動(dòng)加速度值，提 高土體抗液化的效果四、碎石樁處理液化土復(fù)合地基抗液化的理論研究進(jìn)展 20世紀(jì)90年代以后，在碎石樁排水效應(yīng)和樁體效應(yīng)方 面的研究現(xiàn)已得到了長(zhǎng)足進(jìn)展。徐志英根據(jù)seed在1977 年提出的復(fù)合地基樁間土動(dòng)力控制方程，通過(guò)對(duì)其中涉及到 的性質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而求得了適用于地震期間和地震結(jié)束后 樁問(wèn)土孔壓的一般解析公式，當(dāng)時(shí)得出的結(jié)論對(duì)現(xiàn)階段針對(duì) 排水減壓理論研究有很大的影響，大多數(shù)理論是在之前的基 礎(chǔ)理論上進(jìn)

10、行修正和改進(jìn)的。徐志英將biot固結(jié)方程引入 到地震孔隙水壓力消散和擴(kuò)散過(guò)程中，提出了一種二維偽相 互振動(dòng)固結(jié)方程，周健、徐志英進(jìn)而推廣到三維空間，并在 計(jì)算過(guò)程中分段考慮了孔壓的增長(zhǎng)、消耗和擴(kuò)散過(guò)程，一些 研究把此理論應(yīng)用到碎石樁抗液化分析當(dāng)中，得到很好的效 果；1998年-2000年期間，東南大學(xué)劉松玉等也研究了干振 擠密碎石樁處理高速公路液化地基效果，并給出了樁體應(yīng)力 集中、排水減壓和擠密效果的有關(guān)結(jié)論；劉金韜5從排水井 的角度提出一種確定樁間距的方法。五、結(jié)束語(yǔ)我國(guó)碎石樁復(fù)合地基抗液化施工起步較晚，相比于西方 一些現(xiàn)金國(guó)家的施工工藝，還存在一定的差距，碎石樁復(fù)合 地基抗液化施工技術(shù)在建筑工程中是非常重要的，在一些稍 微復(fù)雜的地質(zhì)中，是一項(xiàng)必不可少的技術(shù)。因此，施工技術(shù) 的研究和實(shí)踐是非常重要的，加強(qiáng)碎石樁復(fù)合地基抗液化施 工技術(shù)的研究和實(shí)踐關(guān)系到我國(guó)建筑工程和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，必須 予以高度重視。參考文獻(xiàn)：1邵瑩.碎石樁復(fù)合地基抗