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岩土研究院

振冲挤密的原理

487 2022-05-18 15:09:13

利用振动和水冲加固土体的方法叫做振冲法。振冲法可分振冲置换法和振冲挤密法两类。振冲置换法利用振动和水冲成孔,制造一群以石块、砂砾等散粒材料组成的桩体,这些桩与原地基土一起构成所谓复合基.使承就力提高,沉降减少。在成孔过程中有大量的泥浆排出,适用于处理不排水抗剪强度不小于200 kPa 的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基。


振冲挤密法利用振动和水冲使地基振密实。在振动密实过程中形成的空涮。用砂砾粗粒土回填再振密实,适用于处理砂土和粉土等地基。


振冲挤密

概 述

为捣实大坝混凝土,人们发明了振捣器。后来在振捣器的基础上,Steuerman 构思了利用振动和压力水冲切原理的振冲器。1937年,一家名叫 Johann Keller 的德国施工公司首先制成了一台具有现代振冲器形式的雏形振冲器,用于处理柏林一幢建筑物的7.5m深的松砂地基,结果将砂基的承载力提高了一倍,相对密度由原来的 45% 提高到80% ,取得了显著的加固效果(Greenwood,1976)。阐后,Keller 公司大力推广这一方法,在国内外进行了一大批砂基挤密工程,取得了丰硕的实践经验。


振冲法在美国得到普遍推广、在 PorMann 桥基工程中,加固深度达到 25 m。1957年,振冲法被引入英国。英国的工程师把电动振冲器改为水力驱动,并用它加固垃圾、碎砖瓦和粉煤灰。日本在20·世纪50年代引进振冲法后用它加固油德的松砂地基,目的在于提高砂基的抗液化能力。


我国应用振冲法始于1977 年。由于大量工业民用建筑和水利、交通工程地基抗震加固的需要,这一方法得到迅速推广。虽然振冲挤密法在应用方面积累了丰富的实践经验,但是在加密机理的认识和设计理论的开发方面还处在初级阶段。设计工作基本上是根据已有工程的成功经验或者正式施工前的现场试验进行的。


原 理

振冲挤密法加固砂层的原理简单说来是一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列,孔隙减少,另一方面依靠振冲器的水平振动力,在加回填料情况下还通过填料使砂层挤压加密,所以这一方法称为振冲挤密法。在振冲器的重复水平振动和侧向挤压作用下,砂土的结构逐渐破坏,孔隙水压力迅速增大。由于结构破坏,土粒有可能向低势能位置转移,这样,土体由松变密。可是,当孔隙水压力达到大主应力数值时,土体开始变为流体。土在流体状态时,土颗粒不时连接,这种连接又不时被破坏,因此土体变密的可能性将大大减少。实测资料表明,振动加速度与离振冲器距离的增大呈指数函数型衰减。从报冲器侧壁向外根据加速度大小可以颗次划分为紧靠侧壁的流态区、过渡区和挤密区,挤密区外是无挤密效果的弹性区。只有过渡区和挤密区才有显著的的挤密效果。过渡区和挤密区的大小不仅取决于砂土的性质(诸如起始相对密度,颗粒大小、形状和级配.土粒比重,地应力,渗透系数等),还取决干振冲器的性能(诸如振动力.振动频惠 振幅,振动历时等)。例如.砂土的起始相对密度越低,抗剪强度必然越小,从而使砂土结构破坏所需的振动加速度越小,这样挤密区的范围就越大。由于饱和能降低砂土的抗剪强度,可见水冲不仅有助于振冲器在砂层中贯入,还能扩大挤密区。在实践中会调到这样的情况,如果水冲的水量不足。振冲器难以进人砂层,其道理就在这里。


一般说来,振动力越大,影响距离就越大。但是过大的振动力,扩大的多半是流态区而不是挤密区,因此挤密效果不一定成比例地增加。在振冲器一般常用的频率范围内,频率越高,产生的流态区越大。所以高频振冲器虽然容易在砂层中贯人,但挤密效果并不理想。砂体颗料越细,越容易产生宽广的流态区。由此可见,对粉土或含粉粒较多的粉质砂,振冲挤密的效果很差。缩小流态区的有效措施是向流态区灌入粗砂、砾、或碎石等粗粒料。因此,对粉土或粉质砂地基不能用振冲挤密法处理,但可用砂桩或碎石桩法处理。若在砂层中用碎石、卵石等透水性较强的填料制成--系列桩体、这种粗大的桩体具有排水功能.能有效地消散地震等震动引起的超静孔隙水压力,从而使液化现象大为减轻。砂体的渗透系数对挤密效果和贯入速率有影响。若渗透系数小于10-3cm/.不宜用振冲挤密法;若大于1 cm/s.施工时由于大量跑水,贯人速率十分缀慢。

群孔振冲比单孔振冲的挤密效果好。