水泥土攪拌樁處理液化土的探討

趙 軼

(山西建筑工程(集團)總公司,山西 太原 030002)

?

水泥土攪拌樁處理液化土的探討

趙 軼

(山西建筑工程(集團)總公司,山西 太原 030002)

介紹了水泥土攪拌樁的特點，分析了水泥土攪拌樁處理液化土的原理，并通過試驗，探討了水泥土攪拌樁可以用于處理液化土的理論和相關(guān)數(shù)值，為液化土處理提供了一種新方法。

水泥土攪拌樁，液化土，地基，孔隙水壓力

1 概述

地震時，飽和砂土或粉土地基在強烈的震動下，其中的孔隙水壓力急劇上升，土中的有效壓應(yīng)力下降乃至完全消失，地基土達到液化狀態(tài)。場地土液化所引起的地表噴水冒砂、地基不均勻沉陷和地裂滑坡等災(zāi)害會造成建筑物不均勻下沉、傾斜甚至翻倒的嚴重后果。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中如果遇到地基土為液化土?xí)r，為了保障建筑物的安全，需要對擬建建筑物的地基土進行恰當?shù)目挂夯胧┨幚怼，F(xiàn)行規(guī)范中處理液化土地基通常采用替換原有液化土、強夯、擠密碎石樁、樁基等處理方法。

水泥土攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主要材料，通過深層攪拌機械，將固化劑和地基土強制攪拌形成豎向增強體的復(fù)合地基[1]。通過這種方式可以提高地基土的強度和增大變形模量。按照它的施工工藝分類可以分為漿液攪拌法(濕法)和粉體攪拌法(干法)。但是在現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范中并沒有明確的提出水泥土攪拌樁可以用來處理地基土的液化。

當采用碎石樁法處理液化土?xí)r，施工中伴隨著巨大的噪聲和施工振動等，當施工地點離居民居住的地方很近的時候影響很大，所以不宜采用這種地基處理方法。然而水泥土攪拌樁其施工時的噪聲和振動的影響很小，所以近年來，水泥土攪拌樁也有用來處理液化地基。

2 水泥土攪拌樁處理液化土的原理分析

2.1 提高置換率

水泥土攪拌樁的成樁工藝對樁間土并沒有擠密作用，并不能消除樁間土的液化。但樁體本身是不會液化的，置換率越高，土層中非液化部分所占的比重越大，會降低液化土對建筑物的危害。

2.2 樁體本身的作用

水泥土樁自身的剛度比樁間土的剛度要大很多，當水平地震力作用時，會在樁身上首先產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，大部分的水平地震力將會由樁體本身來承擔，樁間土所受的水平地震力就會大大降低。與此同時水泥土樁體對于樁間土具有側(cè)向約束的作用，在一定程度上限制了樁間土的側(cè)向位移。這樣就改變了水平動荷載條件下場地地基土的應(yīng)力應(yīng)變條件，提高了原有地基土的抗剪強度。

2.3 樁位布置為正三角形，并設(shè)止水帷幕

地基處理采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基時，基礎(chǔ)通常采用筏形基礎(chǔ)。當?shù)鼗烈夯瘯r，由于上部受筏基的阻擋不能泄壓，孔隙水壓力會向四周排泄。而三角形的布樁，會大大增加泄壓通道的長度，可以延緩泄壓，降低泄壓強度。并且在基礎(chǔ)邊緣設(shè)置2排～3排密排的帷幕樁，把地基土圍起來，以阻止側(cè)向泄壓。

2.4 提高樁間土的強度

根據(jù)水泥土樁成樁的現(xiàn)場施工工藝，施工時樁體周圍的場地土強度會發(fā)生改變。一開始，施工作業(yè)會擾動和破壞原天然地基土的土體結(jié)構(gòu)，原有地基土的抗剪強度會降低，地基土的靈敏度提高。然而當?shù)鼗领o置一段時間后，樁周圍場地土的超孔隙水壓力將逐漸消散，土體逐漸重新固結(jié)，樁周圍場地土的強度將會逐漸增加。同時，在水泥土樁的施工過程中有少量的水泥漿液會沿著土中的空隙逐漸滲透到樁周圍的土體當中，與樁周土體發(fā)生物理、化學(xué)作用，樁周圍場地土的強度及整體穩(wěn)定性得到提高，原有場地內(nèi)可液化土的范圍減小。

3 振動臺模型箱試驗

1)主要實驗設(shè)備見表1。本次試驗所用的箱體為有機玻璃制作，箱子的長、寬、高分別為250 mm×200 mm×400 mm，壁厚為10 mm，四周用粘結(jié)劑粘牢。在箱體側(cè)壁縱橫雙方向均按照20 mm均勻鉆孔，孔徑為0.5 mm，以滿足試驗所要求的排水邊界條件。后將玻璃箱體固定在振動臺上。

表1 主要實驗設(shè)備表

2)模型中水泥土樁加固土體及傳感器的布置方案。試驗中所用土樣均采自迎澤大橋向北5 km處，屬于汾河漫灘的堆積物，褐黃色，較濕潤。主要土工指標：土粒比重Gs：2.68，干密度:1.68 g/cm3,孔隙比：0.651,水泥為425號普通硅酸鹽水泥。將取樣土裝入試驗箱后靜置1個月，飽和度為87%，滲壓儀的安裝位置距離試驗箱頂部的距離分別為150 mm,250 mm,350 mm,以測量距離砂土上表面100 mm,200 mm和300 mm處的土內(nèi)的孔隙水壓力值，見圖1。

在試驗中設(shè)置振動臺的輸出頻率為9.46 Hz，振幅為1.49 mm，振動臺加速度幅值設(shè)定為0.6g,振動持續(xù)的時間約為6.3 s。試驗中將提前預(yù)制好的水泥土樁與液化砂土一起裝入實驗箱中，水泥土樁采用正方形布置，樁長300 mm，樁徑25 mm，樁間距取2.5D即62.5 mm。對用水泥土加固土體和未加固土體先后分別進行了3組對比振動試驗，每組做了2箱土。

4 試驗結(jié)果及數(shù)值分析

對比圖2～圖7的3組曲線可以明顯的得出:

1)水泥土樁加固以后的液化土體對比未加固液化土體的沉降

量明顯減小。加固后土體比未加固土體的沉降速率也同時減小。這可以說明水泥土樁不僅可以提高土體的抗液化能力，還可以起到加固土體、減少地基沉降的作用。

2)加固土體在10 cm處，孔壓比約在0.72時出現(xiàn)液化現(xiàn)象，對比未加固土體孔壓比約在1.15時出現(xiàn)液化。另外，水泥土加固土體模型在20 cm處、30 cm處土層的孔壓比也小于未加固模型土體相應(yīng)位置處的孔壓比。由此可以分析出水泥土樁加固土體可以抑制超靜孔隙水壓力上升，同時可以較為明顯的減輕土體的液化能力。

3)試驗中，水泥土樁加固土體后其中的超靜孔隙水壓力值由深至淺處各個檢測點的最大峰值約為5.57 kPa，3.56 kPa，2.38 kPa。對比沒有加固的土體相應(yīng)測點處的超靜孔隙水壓力最大峰值約為6.28 kPa，5.61 kPa，4.52 kPa。數(shù)據(jù)比較后可以得出水泥土樁加固以后土體的超靜孔隙水壓力的最大值明顯小于未加固土體的最大值。并且，水泥土樁加固土體的超靜孔隙水壓力的最大值出現(xiàn)的時間也滯后于未加固土體的超靜孔隙水壓力峰值的時間約0.2 s～1 s。這樣可以再次證明了水泥土樁加固液化土體對液化過程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力有加快消散的作用。

5 結(jié)語

1)對比本次試驗中的孔壓比和超靜孔隙水壓力值，水泥土樁加固后的液化土體，樁間土液化后的超靜孔隙水壓力值和孔壓比的最大值均有所減小，并且到來的時間均明顯滯后于未加固土體。

2)與未加固過的液化土相比較，水泥土樁加固以后液化土不但可以增強液化土體的抗液化能力，并且可以減小液化地基沉降量。

[1] JGJ 79—2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Inquiry on cement-soil mixing pile processing liquefiable soil

Zhao Yi

(ShanxiBuildingEngineering(Group)Corporation,Taiyuan030002,China)

The thesis introduces features of cement-soil mixing pile, analyzes principles of cement-soil mixing pile processing liquefiable soil, and explores theories and relevant numerical value of cement-soil mixing pile processing liquefiable soil through experiments, which has provided a new way for liquefiable soil treatment.

cement-soil mixing pile, liquefiable soil, foundation, pore water pressure

1009-6825(2016)26-0098-02

2016-07-06

趙 軼(1979- )，男，工程師

TU472.36

A