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岩土研究院

振冲法加固机理

406 2022-04-21 14:52:17

对松散砂土加固机理

砂土是单粒结构。密实的单粒结构已接近稳定状态,在荷载作用下不再会产生大的变形。而疏松的单粒结构,颗粒间孔隙较大,颗粒位置不稳定,在动载或静载作用下很容易位移。因而会产生较大的变形。特别在振动荷载作用下更为显著,其体积可减少 20%。所以疏松的砂性土不经处理不能作为建筑地基。碎石桩不论振冲法或干振法)加固砂性土地基的主要目的是提高地基土的承载力和模量,并增强抗液化性。其抗液化的加固机理有下列三方面∶

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对粘性土加固机理

对粘性土地基 (特别是饱和软土),由于士的粘粒含最多,粒间结合力强。渗透性低。在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走, 所以碎石桩的作用不是使地基挤密。而是置换。振冲碎石桩是一种换土置换,即以性能良好的碎石来替换不良的地基土。

振冲法施工时,通过振冲器借助其自重、水平振动力和高压水,将粘性土变成泥浆水排出孔外,形成略大于振冲器直径的孔,再向孔中灌入碎石料,并在振冲器的侧向力作用下,将碎石挤入周围孔中,形成具有密实度高和直径大的桩体,它与粘性土(作为桩间土)构成复合地基而共同工作。

由于碎石桩的刚度比桩周土的刚度为大,而地基中应力按材料变形模量进行重新分配,因此大部分荷载将由碎石桩承担。桩体应力和桩间粘性主应力之比值称为桩土应力比。一般为2~4。

在制桩过程中,由于振动、挤压和扰动等原因,桩间土会出现较大的附加孔 隙水压力,从而导致原地基土的强度降低。有的工程实测资料表明,制桩后立即测试桩周土,含水量增加10%,于密度下降3%,十字板抗剪强度比原天然地基土降低 10%~40%。一且制桩结束后,一方面原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复;另一方而孔隙水压力会向桩体转移消散。结果是有效应力增大,强度提高和恢复,甚至会超过原土体强度。所以对碎石桩的质量检验时有一个龄期问题,通常检测的间隔时间定为3~4周。

如果在选用碎石桩材料时考虑级配,则所制成的碎石桩是粘性土地基中一个良好的排水通道,它能起到排水砂并的效能。且大大缩短了超孔隙水的水平向渗透途径。加速软土的固结,使沉降稳定加快,如浙江省镇海浙江炼油厂的一座油罐,该地基土为淤泥质粘土和粉质粘土,赢7.4m。十字板抗剪强度上部为17~19kPa。下部平均为 25.5kPa。采用碎石桩加固,桩长 8m,三角形布置。排距1m。桩距 2m。罐体肆成后只用54.5h 充水至最大高度 9m。此时基底压力为130kPa。其后髓内水位保持不变进行预压。经过 38d,地基沉降已经稳定,由此可见,碎石桩还能起排水砂井的作用。

由于碎石桩是由散粒体组成,承受荷载后产生径向变形,并引起周围的粘性土产生被动抗力。如果粘性土的强度过低,不能使碎石桩得到所需的径向支持力,桩体就会产生鼓胀破坏,这样就使加固效果欠佳。为此,近年来国内外开发增强桩身强度的方法,如袋装碎石桩、水泥碎石桩和裙围碎石桩等方法,我国的CRG 桩(见本手册第六章)类似于水泥碎石桩。

如果软弱土层较厚,则桩体可不贯穿整个软弱土层,此时加固的复合土层起垫层作用。

垫层将荷载扩散使应力分布趋于均匀,起双层地基的作用,从而可提高地基整体的承载力和减少地基变形。

另外,碎石桩的加固,除了提高地基承载力、减少地基变形外,还可以提高土体的抗剪强度,增大土坡的抗滑稳定性,国外通常将这类加固归属于 "加筋法"的范畴。

不论对疏松砂性土、杂填土或软弱粘性。碎石桩(不论振冲法或干振法)的加固有;挤密、置换、排水、垫层和加筋等五种作用。