振沖碎石樁工程正交試驗(yàn)研究相關(guān)報(bào)告

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1、振沖碎石樁工程正交試驗(yàn)研究報(bào)告摘要：本文在分析了影響振沖碎石樁質(zhì)量因素的前提下，設(shè)計(jì)了軟土地基上振沖碎石樁復(fù)合地基承載力的正交試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)分析了樁徑、樁長(zhǎng)、碎石墊層對(duì)振沖碎石樁承載性能的影響及其重要性，說明了碎石墊層的必要性、小樁徑的合理性和樁長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，探討了碎石樁在飽和軟土上的適用性和廣州地區(qū)碎石樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)存在的問題，并結(jié)合正交試驗(yàn)提出了一個(gè)考慮復(fù)合土體整體效應(yīng)的碎石樁復(fù)合地基承載力計(jì)算公式。關(guān)鍵詞：振沖碎石樁樁徑樁長(zhǎng)碎石墊層正交試驗(yàn)1.前言碎石樁復(fù)合地基在改革開放的二十多年來廣泛運(yùn)用于地

2、基處理工程中，其理論和實(shí)踐皆取得了較大的發(fā)展。同時(shí)，在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了理論和實(shí)踐結(jié)果不一致的問題，特別是在飽和軟土地基上的應(yīng)用，更是凸現(xiàn)了碎石樁復(fù)合地基理論研究落后于實(shí)踐的諸多問題。舊的理論已經(jīng)無法準(zhǔn)確地解釋運(yùn)用中的新問題，計(jì)算公式在計(jì)算承載力上與實(shí)測(cè)結(jié)果存在較大的誤差，嚴(yán)重地阻礙了碎石樁復(fù)合地基的技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)運(yùn)用。本文試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)法，分析論證影響振沖碎石樁的質(zhì)量因素，用于指導(dǎo)施工與設(shè)計(jì)，證明振沖碎石樁在飽和軟土中的適用性，并擬用數(shù)理方法推導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)公式。2.軟土的特性：軟土一般是指天然含水量大、壓縮性高、承

3、載力低、滲透性低的一種軟塑～流塑狀態(tài)的粘性土。它一般是在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，經(jīng)生物、化學(xué)作用形成的。建設(shè)部頒《軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JGJ83-91）規(guī)定，凡符合外觀以灰色為主的細(xì)粘土、天然含水量大于液限、天然孔隙比大于等于1等3項(xiàng)指標(biāo)來劃分軟土。具如下特性：(1)高含水量，高孔隙比。w平均為58.9%，孔隙比e一般在1.0～2.60范圍，平均為1.64。高孔隙比反映土中礦物顆粒間物理化學(xué)作用——結(jié)點(diǎn)固化明顯，高含水量反映軟土的抗剪強(qiáng)度和壓縮性的大小，含水量愈大，抗剪強(qiáng)度愈小，壓縮性愈大。(2)

4、土體接近完全飽和。飽和度Sr=88%～100%，平均值為Sr=97.5%。(3)垂直滲透性低。土層垂直方向的滲透系數(shù)在10-6～10-8cm/s間，使得土體不排水條件下固結(jié)速率很慢，強(qiáng)度不能提高。而水平方向的滲透系數(shù)較強(qiáng)，一般在10-4～10-5cm/s，使得在排水條件下固結(jié)速率加快，強(qiáng)度提高。-10-(4)抗剪強(qiáng)度低。試驗(yàn)表明，軟土十字板抗剪強(qiáng)度為2～14kPa，其值隨土層的深度而提高，平均為8.36kPa；內(nèi)摩摔角一般較小，在3°～8°之間，平均為。(5)壓縮性高。軟土大多呈正常固結(jié)狀態(tài)，部分淺層軟土層屬

5、欠固結(jié)土，壓縮系數(shù)平均為1.21MPa-1，最大的達(dá)到3.50MPa-1。(6)承載力低。天然地基承載力特征值一般為20～75kPa，平均為45.6kPa。(7)結(jié)構(gòu)性強(qiáng)。軟土一般為蜂窩狀，絮狀的架空結(jié)構(gòu)，其中以海相沉積的片架結(jié)構(gòu)粘土為代表，受到擾動(dòng)后其強(qiáng)度會(huì)顯著降低，甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。其靈敏度St一般在3～9，個(gè)別地區(qū)高達(dá)8～12。(8)固結(jié)系數(shù)小。據(jù)高速公路軟土統(tǒng)計(jì)資料，固結(jié)系數(shù)一般在(4.0～12.0)×10-3m2/s，使土體完成固結(jié)沉降所需的時(shí)間較長(zhǎng)，個(gè)別地方固結(jié)沉降甚至長(zhǎng)達(dá)十幾年。3.碎石樁質(zhì)量影響

6、因素分析振沖碎石樁［1］是利用壓力水沖和振沖器的水平振動(dòng)力在軟土中成孔，然后填入碎石以置換軟土，并通過控制密實(shí)電流和留振時(shí)間振密成樁柱體，樁柱體與樁間土共同組成一個(gè)大型復(fù)合地基。當(dāng)復(fù)合地基承受上部荷載時(shí)，復(fù)合地基通過碎石墊層的流動(dòng)補(bǔ)償性將荷載逐漸合理分配到樁柱體和樁間土上，使樁土工作協(xié)調(diào)一致；同時(shí)，復(fù)合地基受荷產(chǎn)生的超孔隙水壓力通過樁柱體消散，使樁間土排水固結(jié)，強(qiáng)度得以提高，從而達(dá)到加固地基的目的。影響碎石樁質(zhì)量的因素有設(shè)計(jì)因素、施工因素和地層因素等。3.1設(shè)計(jì)因素(1)置換率：碎石樁在軟土地基處理中主要起到

7、置換軟土的作用。理所當(dāng)然地，較高的置換率必然可以達(dá)到更高的復(fù)合地基承載力，這從碎石樁復(fù)合地基經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式也可得到證明。(2)樁徑：無疑，同等樁間距情況下，大的樁徑必然具有較大的置換率。由于擴(kuò)大樁徑要抵抗土的側(cè)向約束力，從而使樁體自身強(qiáng)度也得以提高。但對(duì)土體的擾動(dòng)較大，不利于土自身強(qiáng)度的恢復(fù)和改善，不能充分發(fā)揮土的作用，從而影響復(fù)合地基的性能。因此，合理的樁徑在軟基處理實(shí)踐中也是獲得成功的關(guān)鍵之一。(3)樁長(zhǎng)：規(guī)范要求“當(dāng)相對(duì)硬層埋深不大時(shí)，應(yīng)按相對(duì)硬層埋深確定”，規(guī)范對(duì)“埋深不大”的定義不明，筆者認(rèn)為，基于我

8、國施工工藝、施工技術(shù)和施工隊(duì)伍的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)不宜超過12.0m（有抗剪要求除外）。因?yàn)?，長(zhǎng)樁在施工過程中由于軟土-10-“縮徑”及施工人員的素質(zhì)原因，較難控制好樁身連續(xù)性，特別是振沖碎石樁，且按地基應(yīng)力擴(kuò)散原理一般也不需要太長(zhǎng)的樁長(zhǎng)。(4)樁身強(qiáng)度（或密實(shí)度）：樁體越密實(shí)，其應(yīng)力集中效果越明顯，復(fù)合地基性能越好，但達(dá)到樁身高強(qiáng)度又要以土體的強(qiáng)烈擾動(dòng)為代價(jià)，因此實(shí)際工程中也不是樁身強(qiáng)度越高越好。