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?，F(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如存在臨空面時，粉噴樁施工會引起邊坡失穩(wěn)；(4)在已有構(gòu)筑物附近施工，會引起地

2、面開裂，構(gòu)筑物受損等現(xiàn)象;(5)施工完后的粉噴樁會突然下沉等。分析認(rèn)為出現(xiàn)這些問題不是偶然的，都與粉噴樁施工時產(chǎn)生的一種短時側(cè)向壓力有關(guān)，導(dǎo)致周圍孔隙水壓力增加，這種短時側(cè)向壓力主要來源于：(1)粉噴樁施工時的壓縮空氣對周圍土體施加的側(cè)向壓力；(2)攪拌葉片攪拌時對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)識和利用，本文于是為解決以上的問題，提出將粉噴樁與排水固結(jié)法有機(jī)地結(jié)合起來，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。同時由于施工過程的劈裂以及豎向排水體的排水作用，使粉噴樁成樁過程樁體攪拌均勻，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)場試驗的基礎(chǔ)上，對2D工法的加固機(jī)理和設(shè)計計算方法進(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，對粉噴樁的主要研究成果進(jìn)行了分析，同時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，對利用圓柱擴(kuò)張理論分析預(yù)制樁打樁過程以及粉噴樁施工過程的研究成果進(jìn)行了評價。 (2)結(jié)合前人研究的成果，對粉噴樁施工過程提出了分析理論模型，運用圓柱擴(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程樁周土

5、體應(yīng)力場的分布規(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；同時利用Skempton孔隙水壓力公式，得到了粉噴樁施工過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程噴粉壓力衰減計算表達(dá)式。 (4)由于粉噴樁施工時側(cè)向噴粉壓力作用于樁周土體是一個動態(tài)的過程，當(dāng)施工結(jié)束后

6、，側(cè)向噴粉壓力也隨即消失。針對2D工法的特點，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)粉噴樁在施工過程中對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)場實測數(shù)據(jù)，對樁間土滲透系數(shù)施工前后的

7、變化進(jìn)行了分析。同時還就2D工法施工對樁身質(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工法的施工過程，驗證了2D工法施工過程噴粉壓力對樁間土體會產(chǎn)生氣壓劈裂作用。 (7)通過現(xiàn)場試驗，分析了2D工法與常規(guī)粉噴樁單樁以及群樁施工對樁周土體以及樁身質(zhì)量的影響。在2D工法及常規(guī)粉噴樁試驗段，分別在現(xiàn)場進(jìn)行了靜力觸探試驗、十字板剪切試驗、粉噴樁樁身標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、芯樣的無側(cè)限抗壓試驗以及對施工過程樁周土體超靜孔

8、隙水壓力的現(xiàn)場觀測，試驗測試結(jié)果充分說明2D工法復(fù)合加固軟土地基比運用常規(guī)粉噴樁加固對樁周土體的固結(jié)、粉噴樁樁身質(zhì)量更有效，同時也驗證理論分析結(jié)果。采用數(shù)值計算，對粉噴樁的施工過程進(jìn)行簡化，模擬了粉噴樁的施工過程，并把模擬結(jié)果與現(xiàn)場觀測結(jié)果進(jìn)行對比分析。 (8)通過對2D工法復(fù)合地基的承載力現(xiàn)場試驗以及沉降監(jiān)測，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)行對比。結(jié)果表明，2D工法能更有效對軟土地基進(jìn)行加固處理。(9)對2