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(yàn)?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(guò)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(lái)，在國(guó)內(nèi)外的鐵路、公路，市政工程，港口碼頭等各類(lèi)軟土地基加固工程中得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)自70年代末期引進(jìn)該方法以來(lái)，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(jì)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(qiáng)度，減小沉降量。本項(xiàng)研究通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(jì)理論和施工工藝，為推廣應(yīng)用提供實(shí)踐和理論依據(jù)。該方法的應(yīng)用意義在于對(duì)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(qiáng)度增長(zhǎng)，如能成功實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用，將取得重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。1.2 試驗(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)地點(diǎn)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(dá)。試驗(yàn)段共分為三段，詳見(jiàn)表1；表1.1 試驗(yàn)段基本情況表起訖樁號(hào)長(zhǎng)度平均處平均填預(yù)壓期樁長(zhǎng)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(yàn)段A（常規(guī)粉噴樁試驗(yàn)段）K19+738.26K19+788.265039.073.6990132.2試驗(yàn)段B（粉噴樁塑排板試驗(yàn)段）K19+788.26K19+798.0110.4140.724.2490131.3試驗(yàn)段C（常規(guī)粉噴樁試驗(yàn)段）2 現(xiàn)場(chǎng)單樁試驗(yàn)成果 2.1 粉噴樁施工過(guò)程中孔壓變化規(guī)律粉噴樁施工過(guò)程中會(huì)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(huì)產(chǎn)生固結(jié)，飽和土體的固結(jié)就是土體中各點(diǎn)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(guò)程，根據(jù)樁周土體孔隙水壓的觀(guān)測(cè)結(jié)果可以判斷土體固結(jié)的程度和時(shí)間

4、，進(jìn)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(xiàn)。布置在試驗(yàn)B段，常規(guī)粉噴樁試驗(yàn)。分別在距樁心1m、2m和4m處施工鉆孔，埋設(shè)孔壓計(jì)，孔壓計(jì)的埋設(shè)深度分別為、5m、和，其平面、剖面布置圖見(jiàn)圖3-1；1m2m13mDJM1m 試樁11#孔孔隙水壓消散曲線(xiàn)試樁13#孔孔隙水壓消散曲線(xiàn) 試樁12#孔孔隙水壓消散曲線(xiàn) 通過(guò)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(dòng)力。施工使周?chē)馏w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(zhǎng)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(dá)，最大值

5、都是在施工過(guò)程中達(dá)到。(3)粉噴樁施工的影響范圍：根據(jù)觀(guān)測(cè)結(jié)果，距樁心的3號(hào)孔孔壓變化非常微小，并且在很短的時(shí)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(shí)間隨著離樁心距離的不同而不同，離樁心距離越近，消散時(shí)間越長(zhǎng)，全部消散結(jié)束的時(shí)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(dá)到最大值的時(shí)間和消散時(shí)間，有利于加大土體固結(jié)的程度和縮短固結(jié)時(shí)間。樁周土強(qiáng)度變化規(guī)律試樁施工結(jié)束后，對(duì)試樁1樁周土分別進(jìn)行了7天、14天和28天的靜力觸探和十字板剪切試驗(yàn)，以揭示施工對(duì)周?chē)馏w的影響范圍和影響程度以及樁周土的強(qiáng)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(xiàn)，表3-4表3-7為土層分層靜探結(jié)果統(tǒng)計(jì)。試樁1錐尖阻力隨深度的變化曲線(xiàn) 試樁1錐尖阻力隨深度的變化曲線(xiàn) 試樁處十字板剪切試驗(yàn)成果圖通過(guò)對(duì)試樁1樁周土的靜力觸探和十字板剪切試驗(yàn)，可以看出：（1） 樁周土的靜探試驗(yàn)獲得的錐尖阻力和側(cè)壁阻力曲線(xiàn)表明：受打樁施工擾動(dòng)的原狀土在第7天開(kāi)始逐漸恢復(fù)，隨著齡期的增長(zhǎng)，樁周土強(qiáng)度總體成增大的趨勢(shì)。（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(qiáng)度增長(zhǎng)幅度隨離樁邊距離的增加而減小。（3） 隨齡期的增長(zhǎng)，樁周土體的抗剪強(qiáng)度也成增大的趨勢(shì)，距樁邊處土體抗剪強(qiáng)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(guò)程是：首先受施工擾動(dòng)強(qiáng)度降低，隨著孔隙水壓的消散，土體開(kāi)始固結(jié)，強(qiáng)度恢復(fù)，離樁近的土體隨著時(shí)間的延長(zhǎng)強(qiáng)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(shí)，經(jīng)周?chē)潘迮潘探Y(jié)后，周?chē)馏w強(qiáng)度增長(zhǎng)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(guò)程中孔壓變化規(guī)律 試樁21#孔孔隙水壓消散曲線(xiàn)試樁22#孔孔隙水壓消散 試樁23#孔孔隙水壓消散曲線(xiàn) 通過(guò)以上圖表分析可知：（1）試樁2施工過(guò)程中周?chē)馏w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(shí)間最長(zhǎng)的不超過(guò)兩天，最短的只有幾小時(shí)，比試樁1歷時(shí)時(shí)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(dá)到平衡所用的時(shí)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(shuō)明影響范圍超過(guò)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(dá)到最大值的時(shí)間和消散時(shí)間，有利于加大土體固結(jié)的程度和縮短固結(jié)時(shí)間。樁周土強(qiáng)度變化規(guī)律試樁施工結(jié)束后，對(duì)試樁2樁周土分別進(jìn)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(yàn)，以揭示施工對(duì)周?chē)馏w的影響范圍和影響程度以及樁周

9、土的強(qiáng)度變化規(guī)律，并和試樁1進(jìn)行對(duì)比。 試樁2錐尖阻力隨深度的變化曲線(xiàn) 試樁2錐尖阻力隨深度的變化曲線(xiàn) 通過(guò)試樁2的靜力觸探和十字板剪切試驗(yàn)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(dòng)，強(qiáng)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(jìn)時(shí)在8m處噴氣造成的。（2）樁周土強(qiáng)度在第7天時(shí)已開(kāi)始恢復(fù)，隨后由于土體固結(jié)，強(qiáng)度成增大的趨勢(shì)，到14天時(shí)強(qiáng)度較大。（3）無(wú)論是錐尖阻力曲線(xiàn)還是側(cè)壁阻力曲線(xiàn)，在深部尤其是8m附近非常不規(guī)則，分析認(rèn)為噴氣使樁周土體結(jié)構(gòu)改變，水泥進(jìn)入土體改變了土體的性質(zhì)。（4）樁周土的抗剪強(qiáng)度成明顯增大的趨勢(shì)，尤其是距樁邊和處

10、抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大，抗剪強(qiáng)度在28天達(dá)到最大，受擾動(dòng)后土的靈敏度總體有所提高。標(biāo)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(yàn)成果對(duì)比總結(jié)表 樁號(hào)試樁1試樁2對(duì)比項(xiàng)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(shí)37小時(shí)束時(shí)間樁周土強(qiáng)度靜探試驗(yàn)施工前后靜探曲線(xiàn)規(guī)則，樁周土強(qiáng)度總體呈增加趨勢(shì)，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(xiàn)不規(guī)則，樁

11、周土強(qiáng)度先減小后增加，深度8m的噴氣附近增長(zhǎng)幅度較大，0.2m、0.5m、1.0m和2.0m處的土體強(qiáng)度均有不同程度的變化。十字板抗剪強(qiáng)度總體呈增加趨勢(shì)，個(gè)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(qiáng)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(jiān)硬或硬塑，多成短柱狀取芯率高，芯樣堅(jiān)硬多成長(zhǎng)柱狀表4-1 試樁1、試樁2試驗(yàn)成果對(duì)比總結(jié)表 樁號(hào)試樁1試樁2對(duì)比項(xiàng)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(shí)37小時(shí)束時(shí)

12、間樁周土強(qiáng)度靜探試驗(yàn)施工前后靜探曲線(xiàn)規(guī)則，樁周土強(qiáng)度總體呈增加趨勢(shì)，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(xiàn)不規(guī)則，樁周土強(qiáng)度先減小后增加，深度8m的噴氣附近增長(zhǎng)幅度較大，0.2m、0.5m、1.0m和2.0m處的土體強(qiáng)度均有不同程度的變化。十字板抗剪強(qiáng)度總體呈增加趨勢(shì)，個(gè)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(qiáng)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(jiān)硬或硬塑，多成短柱狀取芯率高，芯樣堅(jiān)硬多成長(zhǎng)柱狀主要結(jié)論（1）現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)充勘察和室內(nèi)土工試驗(yàn)表明，本次試驗(yàn)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(qiáng)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(shí)產(chǎn)生的側(cè)向壓力可以作為排水固結(jié)的動(dòng)力，充分利用粉噴樁施工的這一特點(diǎn)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(shí)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(shí)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(dá)到最大值的時(shí)間和消散時(shí)間，有利于加大土體固結(jié)的程度和縮短固結(jié)時(shí)間。（5）粉噴樁施工后土體首先由于施工擾動(dòng)強(qiáng)度降低，隨后由于土體固結(jié)，強(qiáng)度成逐漸增大的趨勢(shì)，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(qiáng)度有了不同程度的提高。（6）與試樁1相比，無(wú)論是樁芯狀態(tài)、取芯率、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度還是標(biāo)貫擊數(shù)，試樁2都明顯優(yōu)于試樁1.3、現(xiàn)場(chǎng)群樁試驗(yàn)成果 排水粉噴樁樁身強(qiáng)度和樁間土強(qiáng)度變化規(guī)律排水粉噴樁樁身強(qiáng)度和樁間土強(qiáng)度變化規(guī)律從曲線(xiàn)可以看出：（1）隨著齡期的增長(zhǎng)，標(biāo)貫擊數(shù)呈明顯增加的趨勢(shì)，28天齡期時(shí)的標(biāo)貫擊數(shù)約為10天時(shí)的3倍。（2）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)呈增大的趨勢(shì)，14天左右時(shí)抗壓強(qiáng)度較小，到28天時(shí)抗壓強(qiáng)度有非常明顯的增加。反映了樁身強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)逐漸增長(zhǎng)的規(guī)律。排水與不排水情況下粉噴樁樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的對(duì)比分析排水與不排水情

15、況下粉噴樁樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的對(duì)比分析通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)： 同一齡期的標(biāo)貫擊數(shù)，排水情況大于不排水的情況，個(gè)別樁段前者是后者的2倍多。同一齡期的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(biāo)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(shuō)明加打排水板有利于提高成樁質(zhì)量。單樁與群樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的對(duì)比分析 單樁與群樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的對(duì)比分析根據(jù)上圖曲線(xiàn)，齡期28天的標(biāo)貫擊數(shù)，群樁高于單樁，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)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(duì)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(yàn)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(biāo)貫擊數(shù)可看到對(duì)單樁及排水群樁檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)進(jìn)行群樁施工時(shí)，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(chǎng)樁身試驗(yàn)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(yàn)和原位試驗(yàn)成果，隨著齡期的增長(zhǎng)，樁間土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和壓縮模量呈增加的趨勢(shì)，靜探的錐尖阻力和側(cè)壁阻力以及十字板抗剪強(qiáng)度也呈增加的趨勢(shì)，即樁間土強(qiáng)度隨齡期逐漸增加，含水量逐漸減小，通過(guò)排水與不排水情況的對(duì)比、單樁與群樁試驗(yàn)的對(duì)比，結(jié)果表明，加打排水板的群樁施工有利于樁間土強(qiáng)度的提高。載荷試驗(yàn)裝置圖 相對(duì)沉降量法(kPa)切線(xiàn)交會(huì)法(kPa)二倍沉降量法(kPa)平均值（kPa）載荷試驗(yàn)1172128124141載荷試驗(yàn)215614583128三種不同方法計(jì)算得出的承載力特征值測(cè)點(diǎn)里程含水量樁長(zhǎng)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(biāo)各測(cè)試點(diǎn)特征值 通過(guò)試驗(yàn)段與試驗(yàn)段附近的載