排水粉噴樁復(fù)合地基加固軟土地基全面研究

1、排水粉噴樁復(fù)合地基加固軟土地基全面研究 試驗?zāi)康姆蹏姌妒且环N利用壓縮空氣輸送粉體固化材料，并通過攪拌葉片使固化材料與軟土攪拌混合在一起形成水泥土樁體加固軟土地基的方法。這種方法自從瑞典工程師Kjeld pans 1967年發(fā)明以來，在國內(nèi)外的鐵路、公路，市政工程，港口碼頭等各類軟土地基加固工程中得到了廣泛的應(yīng)用。我國自70年代末期引進該方法以來，在鐵路、公路，工業(yè)與民用等工程中也得到了推廣應(yīng)用。在我省高速公路工程中，粉噴樁是一種大量采用的較為成熟的軟土地基加固方法。排水固結(jié)法也是一種加固軟土地基的經(jīng)濟有效的方法，它主要利用排水通道（排水板、砂井、砂墊層等）在上覆荷載作用下排水固結(jié)，提高軟土地基

2、的強度，減小沉降量。本項研究通過現(xiàn)場試驗和理論分析，論證排水復(fù)合地基法的有效性，在此基礎(chǔ)上建立排水復(fù)合地基法設(shè)計理論和施工工藝，為推廣應(yīng)用提供實踐和理論依據(jù)。該方法的應(yīng)用意義在于對粉噴樁可較大幅度地加大樁間距，加快粉噴樁復(fù)合地基的強度增長，如能成功實現(xiàn)并進行大面積推廣應(yīng)用，將取得重大經(jīng)濟和社會效益。1.2 試驗地點 試驗地點選在淮鹽高速公路K19+688K19+798段落，該段位于里下河古瀉湖平原區(qū)，軟土厚度1013m ,軟土最大含水量為86.4,最大孔隙比達。試驗段共分為三段，詳見表1；表1.1 試驗段基本情況表起訖樁號長度平均處平均填預(yù)壓期樁長間距備注（m）理寬度土高度（天）（m）（m）（

3、m）（m）K19+713.26K19+738.262539.073.6990131.5試驗段A（常規(guī)粉噴樁試驗段）K19+738.26K19+788.265039.073.6990132.2試驗段B（粉噴樁塑排板試驗段）K19+788.26K19+798.0110.4140.724.2490131.3試驗段C（常規(guī)粉噴樁試驗段）2 現(xiàn)場單樁試驗成果 2.1 粉噴樁施工過程中孔壓變化規(guī)律粉噴樁施工過程中會產(chǎn)生側(cè)向應(yīng)力，樁周土體在這種側(cè)向壓力的作用下會產(chǎn)生固結(jié)，飽和土體的固結(jié)就是土體中各點的超孔隙水壓力不斷消散、附加有效應(yīng)力相應(yīng)增加的過程，根據(jù)樁周土體孔隙水壓的觀測結(jié)果可以判斷土體固結(jié)的程度和時間

4、，進一步可確定粉噴樁施工的影響范圍和大小。圖3-24為試樁1距樁1m、2m和4m的超孔隙水壓力消散曲線。布置在試驗B段，常規(guī)粉噴樁試驗。分別在距樁心1m、2m和4m處施工鉆孔，埋設(shè)孔壓計，孔壓計的埋設(shè)深度分別為、5m、和，其平面、剖面布置圖見圖3-1；1m2m13mDJM1m 試樁11#孔孔隙水壓消散曲線試樁13#孔孔隙水壓消散曲線 試樁12#孔孔隙水壓消散曲線 通過以上圖表分析可知：(1)粉噴樁施工所產(chǎn)生的側(cè)向壓力是樁周土體固結(jié)的動力。施工使周圍土體的孔隙水壓力增大，并且在施工結(jié)束后逐漸消散。(2)孔隙水壓力的增長幅度隨距樁心距離的增大而減小，在距樁心1m孔深處，超孔隙水壓力最大值達，最大值

5、都是在施工過程中達到。(3)粉噴樁施工的影響范圍：根據(jù)觀測結(jié)果，距樁心的3號孔孔壓變化非常微小，并且在很短的時間內(nèi)消散結(jié)束，可以斷定，單純粉噴樁施工的影響范圍在周邊4m之內(nèi)。(4)孔壓消散結(jié)束的時間隨著離樁心距離的不同而不同，離樁心距離越近，消散時間越長，全部消散結(jié)束的時間約為2天。 (5)高壓噴氣可以提高土體的超孔隙水壓力值，縮短達到最大值的時間和消散時間，有利于加大土體固結(jié)的程度和縮短固結(jié)時間。樁周土強度變化規(guī)律試樁施工結(jié)束后，對試樁1樁周土分別進行了7天、14天和28天的靜力觸探和十字板剪切試驗，以揭示施工對周圍土體的影響范圍和影響程度以及樁周土的強度變化規(guī)律。圖3-5圖3-9分別為距樁

6、周、處不同齡期的靜探結(jié)果（錐尖阻力和側(cè)壁阻力隨深度和齡期的變化曲線，表3-4表3-7為土層分層靜探結(jié)果統(tǒng)計。試樁1錐尖阻力隨深度的變化曲線 試樁1錐尖阻力隨深度的變化曲線 試樁處十字板剪切試驗成果圖通過對試樁1樁周土的靜力觸探和十字板剪切試驗，可以看出：（1） 樁周土的靜探試驗獲得的錐尖阻力和側(cè)壁阻力曲線表明：受打樁施工擾動的原狀土在第7天開始逐漸恢復(fù)，隨著齡期的增長，樁周土強度總體成增大的趨勢。（2） 距樁邊和處的土體，其靜探錐尖阻力和側(cè)壁阻力變化幅度較大，和處變化較小，樁周土的強度增長幅度隨離樁邊距離的增加而減小。（3） 隨齡期的增長，樁周土體的抗剪強度也成增大的趨勢，距樁邊處土體抗剪強度

7、提高的幅度最大。該處土體的靈敏度也是逐漸降低的。（4）樁周土在粉噴樁施工后變化過程是：首先受施工擾動強度降低，隨著孔隙水壓的消散，土體開始固結(jié)，強度恢復(fù)，離樁近的土體隨著時間的延長強度將逐步提高。2.3 試樁2（加排水板）試樁目的：確定單根粉噴樁施工時，經(jīng)周圍排水板排水固結(jié)后，周圍土體強度增長的程度和基本規(guī)律。DJMPVD1m1m1m0.75m1m1m1m0.75m試樁2塑料排水板施工示意圖 粉噴樁施工過程中孔壓變化規(guī)律 試樁21#孔孔隙水壓消散曲線試樁22#孔孔隙水壓消散 試樁23#孔孔隙水壓消散曲線 通過以上圖表分析可知：（1）試樁2施工過程中周圍土體超孔隙水壓力的最大值為，位置在距樁心1

8、m深度米處，（2）孔壓消散結(jié)束的時間最長的不超過兩天，最短的只有幾小時，比試樁1歷時時間明顯縮短，這是由于打了排水板后，土體中的水有了排出的通道，以致使其壓力上升的幅度變小，達到平衡所用的時間縮短。（3）加打排水板后施工的影響范圍加大，在距樁心4m處仍然有孔隙水壓力的變化，說明影響范圍超過4m，這和試樁1也是不同的。（4）高壓噴氣可以提高土體的超孔隙水壓力值，縮短達到最大值的時間和消散時間，有利于加大土體固結(jié)的程度和縮短固結(jié)時間。樁周土強度變化規(guī)律試樁施工結(jié)束后，對試樁2樁周土分別進行了1天、4天、7天、14天和28天的靜力觸探和十字板剪切試驗，以揭示施工對周圍土體的影響范圍和影響程度以及樁周

9、土的強度變化規(guī)律，并和試樁1進行對比。 試樁2錐尖阻力隨深度的變化曲線 試樁2錐尖阻力隨深度的變化曲線 通過試樁2的靜力觸探和十字板剪切試驗可以看出：（1）施工后1天的靜力觸探資料表明，粉噴樁施工使樁周土受到擾動，強度降低，降低幅度隨深度的不同而不同，其中深部降低幅度較大，這是由于第一次鉆進時在8m處噴氣造成的。（2）樁周土強度在第7天時已開始恢復(fù)，隨后由于土體固結(jié)，強度成增大的趨勢，到14天時強度較大。（3）無論是錐尖阻力曲線還是側(cè)壁阻力曲線，在深部尤其是8m附近非常不規(guī)則，分析認為噴氣使樁周土體結(jié)構(gòu)改變，水泥進入土體改變了土體的性質(zhì)。（4）樁周土的抗剪強度成明顯增大的趨勢，尤其是距樁邊和處

10、抗剪強度增長幅度較大，抗剪強度在28天達到最大，受擾動后土的靈敏度總體有所提高。標貫擊數(shù)自上而下N14、34、24、20、16、12、8自上而下N32、29、32、42、32、23、8表4-1 試樁1、試樁2試驗成果對比總結(jié)表 樁號試樁1試樁2對比項目（常規(guī)粉噴樁）（粉噴樁塑排板）孔壓消散規(guī)律影響半徑R16r 即小于4mR16r 即大于4m （r為樁半徑）（r為樁半徑）最大值0.074kPa0.039kPa消散結(jié)53小時37小時束時間樁周土強度靜探試驗施工前后靜探曲線規(guī)則，樁周土強度總體呈增加趨勢，距樁邊0.5m、1.0m處變化幅度較大，1.0m和2.0m處變化幅度小。施工后靜探曲線不規(guī)則，樁

11、周土強度先減小后增加，深度8m的噴氣附近增長幅度較大，0.2m、0.5m、1.0m和2.0m處的土體強度均有不同程度的變化。十字板抗剪強度總體呈增加趨勢，個別減小，0.5m處增幅明顯，土體靈敏度變化不規(guī)律。各土層的抗剪強度均有所提高，其中0.2m附近有較大幅度的提高成樁質(zhì)量樁芯狀態(tài)取芯率中等，芯樣堅硬或硬塑，多成短柱狀取芯率高，芯樣堅硬多成長柱狀表4-1 試樁1、試樁2試驗成果對比總結(jié)表 樁號試樁1試樁2對比項目（常規(guī)粉噴樁）（粉噴樁塑排板）孔壓消散規(guī)律影響半徑R16r 即小于4mR16r 即大于4m （r為樁半徑）（r為樁半徑）最大值0.074kPa0.039kPa消散結(jié)53小時37小時束時

12、間樁周土強度靜探試驗施工前后靜探曲線規(guī)則，樁周土強度總體呈增加趨勢，距樁邊0.5m、1.0m處變化幅度較大，1.0m和2.0m處變化幅度小。施工后靜探曲線不規(guī)則，樁周土強度先減小后增加，深度8m的噴氣附近增長幅度較大，0.2m、0.5m、1.0m和2.0m處的土體強度均有不同程度的變化。十字板抗剪強度總體呈增加趨勢，個別減小，0.5m處增幅明顯，土體靈敏度變化不規(guī)律。各土層的抗剪強度均有所提高，其中0.2m附近有較大幅度的提高成樁質(zhì)量樁芯狀態(tài)取芯率中等，芯樣堅硬或硬塑，多成短柱狀取芯率高，芯樣堅硬多成長柱狀主要結(jié)論（1）現(xiàn)場補充勘察和室內(nèi)土工試驗表明，本次試驗路段為典型的軟土地基，土層分三層，

13、軟土含水量大，壓縮系數(shù)高，強度低，滲透系數(shù)小。（2）排水粉噴樁復(fù)合地基是一種有效的軟土地基加固方法，粉噴樁施工時產(chǎn)生的側(cè)向壓力可以作為排水固結(jié)的動力，充分利用粉噴樁施工的這一特點可以變不利為有利，大大提高軟土地基的處理效果。（3）單純粉噴樁施工的影響半徑小于16r（r為樁半徑），孔壓消散結(jié)束時間約為2天；加打排水板后施工的影響范圍加大，孔隙水壓力的消散時間變短。主要結(jié)論（4）高壓噴氣可以提高土體的超孔隙水壓力值，縮短達到最大值的時間和消散時間，有利于加大土體固結(jié)的程度和縮短固結(jié)時間。（5）粉噴樁施工后土體首先由于施工擾動強度降低，隨后由于土體固結(jié)，強度成逐漸增大的趨勢，加打排水板后由于使孔隙水

14、有了排出的通道，加快了土體的固結(jié)速度，土體的抗剪強度有了不同程度的提高。（6）與試樁1相比，無論是樁芯狀態(tài)、取芯率、無側(cè)限抗壓強度還是標貫擊數(shù)，試樁2都明顯優(yōu)于試樁1.3、現(xiàn)場群樁試驗成果 排水粉噴樁樁身強度和樁間土強度變化規(guī)律排水粉噴樁樁身強度和樁間土強度變化規(guī)律從曲線可以看出：（1）隨著齡期的增長，標貫擊數(shù)呈明顯增加的趨勢，28天齡期時的標貫擊數(shù)約為10天時的3倍。（2）無側(cè)限抗壓強度隨齡期的增長呈增大的趨勢，14天左右時抗壓強度較小，到28天時抗壓強度有非常明顯的增加。反映了樁身強度隨齡期增長逐漸增長的規(guī)律。排水與不排水情況下粉噴樁樁身標準貫入和無側(cè)限抗壓強度試驗的對比分析排水與不排水情

15、況下粉噴樁樁身標準貫入和無側(cè)限抗壓強度試驗的對比分析通過比較發(fā)現(xiàn)： 同一齡期的標貫擊數(shù)，排水情況大于不排水的情況，個別樁段前者是后者的2倍多。同一齡期的無側(cè)限抗壓強度，排水情況大于不排水的情況，樁下段的增大程度大于上段。 從樁芯狀態(tài)、取芯率等指標看，排水粉噴樁的成樁質(zhì)量都優(yōu)于單純粉噴樁的情況，說明加打排水板有利于提高成樁質(zhì)量。單樁與群樁身標準貫入和無側(cè)限抗壓強度試驗的對比分析 單樁與群樁身標準貫入和無側(cè)限抗壓強度試驗的對比分析根據(jù)上圖曲線，齡期28天的標貫擊數(shù)，群樁高于單樁，無側(cè)限抗壓強度，群樁總體上高于單樁，在樁的下段尤其顯著，分析原因如下：群樁情況下，由于施工的相互影響，樁間土不斷受到水平

16、側(cè)向力的作用，相當(dāng)于加大了排水固結(jié)的力度，加上噴粉對樁間土的影響，使樁間土的含水量降低，樁周環(huán)境向著有利于成樁的方向發(fā)展。而單樁試驗中，一根粉噴樁施工產(chǎn)生的排水固結(jié)力度是有限的，故成樁質(zhì)量不如群樁好。由標貫擊數(shù)可看到對單樁及排水群樁檢測結(jié)果，當(dāng)進行群樁施工時，加打排水板可以提高粉噴樁的成樁質(zhì)量。群樁單樁相比 現(xiàn)場樁身試驗成果表明，加打排水板的群樁施工更有利于提高成樁質(zhì)量；根據(jù)土工試驗和原位試驗成果，隨著齡期的增長，樁間土無側(cè)限抗壓強度和壓縮模量呈增加的趨勢，靜探的錐尖阻力和側(cè)壁阻力以及十字板抗剪強度也呈增加的趨勢，即樁間土強度隨齡期逐漸增加，含水量逐漸減小，通過排水與不排水情況的對比、單樁與群樁試驗的對比，結(jié)果表明，加打排水板的群樁施工有利于樁間土強度的提高。載荷試驗裝置圖 相對沉降量法(kPa)切線交會法(kPa)二倍沉降量法(kPa)平均值（kPa）載荷試驗1172128124141載荷試驗215614583128三種不同方法計算得出的承載力特征值測點里程含水量樁長樁間距承載力特征值1K18+38344365.7%5.5m1.5m105kPa2K19+82188180.3%13.0m1.5m110kPa3K20+18125069.6%13.0m1.5m110kPa413.0m1.5m110kPa淮安三標各測試點特征值 通過試驗段與試驗段附近的載