排水粉噴樁（2D工法）加固軟土地基原理與應(yīng)用研究.pdf

1、復(fù)合地基技術(shù)在軟土地基處理上已有著大量的應(yīng)用研究，不同的處理技術(shù)適用于不同的條件。現(xiàn)公路軟基處理中最為常用的是粉噴樁復(fù)合地基，該法對(duì)于工期緊、軟土性質(zhì)較差的地基有著較理想的處理效果。但是粉噴樁在處理軟土地基中常出現(xiàn)一些問(wèn)題。(1)由于粉噴樁樁間距較小(通常為1.1m～1.5m)，因此軟基的處理費(fèi)用較高；(2)處理深度一般不能大于15m；(3)粉噴樁在處理地基時(shí)如存在臨空面時(shí)，粉噴樁施工會(huì)引起邊坡失穩(wěn)；(4)在已有構(gòu)筑物附近施工，會(huì)引起地

2、面開裂，構(gòu)筑物受損等現(xiàn)象;(5)施工完后的粉噴樁會(huì)突然下沉等。分析認(rèn)為出現(xiàn)這些問(wèn)題不是偶然的，都與粉噴樁施工時(shí)產(chǎn)生的一種短時(shí)側(cè)向壓力有關(guān)，導(dǎo)致周圍孔隙水壓力增加，這種短時(shí)側(cè)向壓力主要來(lái)源于：(1)粉噴樁施工時(shí)的壓縮空氣對(duì)周圍土體施加的側(cè)向壓力；(2)攪拌葉片攪拌時(shí)對(duì)周圍土體施加的剪切力。這種側(cè)向壓力至今未被人們深刻認(rèn)識(shí)和利用，本文于是為解決以上的問(wèn)題，提出將粉噴樁與排水固結(jié)法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，成為一種全新的軟土地基處理技術(shù)——排水粉噴樁復(fù)

3、合地基工法(簡(jiǎn)稱2D工法)。該工法在噴粉壓力及攪拌剪切力的作用下，利用豎向排水體的排水作用，使粉噴樁施工過(guò)程的超孔隙水壓力能迅速消散，加速了樁周土體的固結(jié)，提高了樁周土體的強(qiáng)度。同時(shí)由于施工過(guò)程的劈裂以及豎向排水體的排水作用，使粉噴樁成樁過(guò)程樁體攪拌均勻，樁身質(zhì)量特別是深部的樁身質(zhì)量得到保證。 本文在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)2D工法的加固機(jī)理和設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了主要成果如下： (1)首先回顧了國(guó)內(nèi)外關(guān)于粉噴樁

4、復(fù)合地基、豎向排水體在加固軟土地基方面的研究成果，對(duì)粉噴樁的主要研究成果進(jìn)行了分析，同時(shí)也就豎向排水體的固結(jié)研究特性、加載固結(jié)特性等研究成果進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)述。系統(tǒng)分析了圓柱擴(kuò)張理論在巖土工程中的應(yīng)用，對(duì)利用圓柱擴(kuò)張理論分析預(yù)制樁打樁過(guò)程以及粉噴樁施工過(guò)程的研究成果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 (2)結(jié)合前人研究的成果，對(duì)粉噴樁施工過(guò)程提出了分析理論模型，運(yùn)用圓柱擴(kuò)張理論，在考慮噴粉壓力、環(huán)向剪切力以及深度變化的情況下，求解出粉噴樁施工過(guò)程樁周土

5、體應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律、樁周土體的應(yīng)力增量以及塑性區(qū)的范圍表達(dá)式；同時(shí)利用Skempton孔隙水壓力公式，得到了粉噴樁施工過(guò)程樁周土體超靜孔隙水壓力的消散規(guī)律。從理論上解釋了2D工法中樁間土強(qiáng)度提高的原理。 (3)為更準(zhǔn)確求解側(cè)向噴粉壓力對(duì)樁周土體的作用，結(jié)合相關(guān)的研究成果，分析了側(cè)向噴粉壓力由灰罐到作用于樁周土體這一過(guò)程噴粉壓力衰減計(jì)算表達(dá)式。 (4)由于粉噴樁施工時(shí)側(cè)向噴粉壓力作用于樁周土體是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，當(dāng)施工結(jié)束后

6、，側(cè)向噴粉壓力也隨即消失。針對(duì)2D工法的特點(diǎn)，采用等效水頭，根據(jù)自由井的理論，求解出了等效水頭作用下，樁周土體超靜孔隙水壓力的消散規(guī)律。 (5)粉噴樁在施工過(guò)程中對(duì)樁周土體的作用力是一種氣壓力，在該氣壓力的作用下，樁周土體會(huì)產(chǎn)生一種劈裂現(xiàn)象，稱之為氣壓劈裂，在提出氣壓劈裂的概念后，對(duì)產(chǎn)生氣壓劈裂作用的劈裂氣壓力進(jìn)行了分析研究，給出發(fā)生氣壓劈裂的準(zhǔn)則，研究氣壓劈裂的范圍的表達(dá)式。利用2D工法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)樁間土滲透系數(shù)施工前后的

7、變化進(jìn)行了分析。同時(shí)還就2D工法施工對(duì)樁身質(zhì)量影響進(jìn)行了定性分析。 (6)利用粉噴樁模型機(jī)，在室內(nèi)模擬2D工法的施工過(guò)程，驗(yàn)證了2D工法施工過(guò)程噴粉壓力對(duì)樁間土體會(huì)產(chǎn)生氣壓劈裂作用。 (7)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析了2D工法與常規(guī)粉噴樁單樁以及群樁施工對(duì)樁周土體以及樁身質(zhì)量的影響。在2D工法及常規(guī)粉噴樁試驗(yàn)段，分別在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了靜力觸探試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、粉噴樁樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、芯樣的無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)以及對(duì)施工過(guò)程樁周土體超靜孔

8、隙水壓力的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果充分說(shuō)明2D工法復(fù)合加固軟土地基比運(yùn)用常規(guī)粉噴樁加固對(duì)樁周土體的固結(jié)、粉噴樁樁身質(zhì)量更有效，同時(shí)也驗(yàn)證理論分析結(jié)果。采用數(shù)值計(jì)算，對(duì)粉噴樁的施工過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，模擬了粉噴樁的施工過(guò)程，并把模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。 (8)通過(guò)對(duì)2D工法復(fù)合地基的承載力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及沉降監(jiān)測(cè)，并與相近段落的常規(guī)粉噴樁復(fù)合地基的承載力及沉降量進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，2D工法能更有效對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理。(9)對(duì)2