碎石樁復合地基抗液化探討

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1、碎石樁復合地基抗液化探討【摘要】飽和砂土及粉土地震液化問題是巖土地震工程中一個重要的研究課題。在多種可行的防治液化措施中，最普遍的方法是采用碎石樁復合地基。結合碎石樁復合地基對碎石樁的密實、排水減壓和減震作用做評述。【關鍵詞】碎石樁復合地基；液化；砂土；孔隙水壓力1.引言我國是一個多地震國家，在以往的多次強烈地震中，因飽和砂土及粉土液化而引起工程結構的破壞占有相當大的比例。工程結構在地震災害中破壞的顯著原因之一是結構物之下或周圍的土體發(fā)生了液化。雖不排除其他土層發(fā)生液化的的可能性，但液化現(xiàn)象常常與飽和砂土及粉土聯(lián)系在一起。飽和砂土在地震荷載作用下會發(fā)生液化，其根本原因在于：一

2、是飽和砂土及粉土的密實度不足，在動荷載作用下孔隙水壓力上升，有效應力降低，顆粒處于懸浮狀態(tài)，使地基承載力不足，變形增大。二是地震作用下產生的孔隙水壓力不能及時消散，造成地基的噴砂冒水或砂土的流動，針對飽和砂土發(fā)生液化的原因，出現(xiàn)了多種可液化土層的處理方法，如換土、加密、采用樁基、加入固化劑、設置地下圍護墻和碎石樁等。其中，碎石樁由于具有施工方便，成本低廉、不用三材、加固效果好等優(yōu)點，近年來在工程中得到了廣泛應用。碎石樁又稱為粗顆粒土樁，是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔，再將碎石壓入已成的孔中，形成密實的碎石樁體，與周圍土體共同工作，形成復合地基。隨著碎石樁在工程界

3、的廣泛應用，其研究理論也取得了引人注目的進展。在靜力作用下采用碎石樁加固軟弱地基的理論研究較早，有關碎石樁復合地基的加固機理、設計、質量檢驗等前人做了大量探索，已經(jīng)有了被普遍接受且較為完整的理論體系。研究的主要內容有碎石樁復合地基的抗液化機理、影響因素、設計方法、液化檢驗和判別等?，F(xiàn)有研究已經(jīng)表明，碎石樁復合地基抗液化的作用主要表現(xiàn)在以下3個方面：（1）增加樁周圍砂土的密實度。（2）通過樁體的排水來限制砂土中超靜孔隙水壓力的增長。（3）樁體分擔地震水平剪應力作用（樁體減振作用）。但目前我國在進行碎石樁復合地基抗液化設計和檢驗中時依然只考慮加密作用，而將其他兩種作用作為安全儲備

4、。本文主要評述和總結碎石樁復合地基抗液化課題的研究成果。對有關抗液化性能的基本問題進行分析討論，以便我們今后的研究工作能夠博采眾長，得到進一步的深化。2.碎石樁密實作用采用振動技術來加密松砂的概念易于理解，這里僅從抗液化的角度來總結和分析。按照施工方法的不同，振動碎石樁又可分為振沖碎石樁和干振碎石樁兩種，由現(xiàn)場試驗資料可知，兩種方法形成的復合地基密實度都得到了提高。振沖碎石樁在成孔和擠密碎石的過程中，一方面樁周土體在水平振動力作用下產生徑向位移，使樁間土密度提高。另一方面，振沖器的振動力在飽和砂土中傳播振動和加速度，在振沖器周圍一定范圍內的砂土受到反復的振動和剪切循環(huán)荷載作用

5、而產生振動液化，液化后的土顆粒在重力、上覆土壓力以及填料擠壓力的作用下重新排列，孔隙比減小，體積收縮，趨于密實，從而形成密實的碎石樁復合地基。黃茂松等結合實際工程，在振沖碎石樁復合地基施工時通過對各個過程的振動孔壓進行較為全面的前已述及，在地震荷載作用下飽和松砂發(fā)生液化的原因之一是密實度不夠。由于飽和松砂土粒骨架疏松且多為不穩(wěn)定結構，因此在強震作用下土體趨向密實，體積減小。但因短時間內充滿土孔隙中的水難以及時排出，土孔隙無法減小，體積不能發(fā)生變化，土粒間的有效應力逐漸轉變?yōu)槌紫端畨毫ΑｋS著震動的持續(xù)作用，土中超孔隙水壓力不斷地聚集、提高、當其值達到相應的固結壓力，粒間應力（

6、即有效力）為零，土粒之間沒有了接觸也就出現(xiàn)了液化現(xiàn)象。而飽和松砂在碎石樁施工過程中得到振密和擠密，將原來易產生液化的疏松土體加固成密實的土體。在以后的地震作用下，不致產生或很少產生振密引起的超孔隙水壓力，消除或大大減小其液化勢。因此可以通過增加砂土的密實度來防治液化的發(fā)生。3.碎石樁排水減壓作用在飽和松砂層中碎石樁（或礫石排水樁）的排水減壓效用，并從多角度進行了研究。振動液化試驗得出，當均質砂基同樣在2.5ms2的振動加速度（相應于ⅷ度地震烈度）下，原狀砂的相對密度必須超過0.66才不發(fā)生液化，而設置了礫石排水樁（置換率為17%）后，樁間砂土的臨界相對密度可降為0.46，亦

7、即為沒有排水樁時相對密度臨界值的70%，我國現(xiàn)場進行了聯(lián)合試驗與測定。結果表明，設置碎石樁后，復合地基比天然地基的動孔隙水壓力降低了2/3左右?，F(xiàn)場測得天然地基距振沖中心約2.0m以外隨著距離增加基本上按指數(shù)關系遞減，而采用碎石樁形成復合地基后，超靜孔隙水壓力比開然地基降低了66%?，F(xiàn)場采用打樁機作為震源量測了距震源2.0m處天然地基和經(jīng)碎石樁加固后樁間土的超靜孔隙水壓力，在同樣激振情況下，加固后樁間土的超靜孔隙水壓力僅為天然地基的47%。由于目前在現(xiàn)場還沒有很好的辦法來模擬地震荷載，只能采用打樁機等方