粉噴樁在公路軟土路基中應(yīng)用

　　摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例和工程地質(zhì)狀況,在施工方案比選的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析介紹了粉噴樁復(fù)合地基的加固原理及公路荷載設(shè)計(jì)驗(yàn)算、粉噴樁復(fù)合地基計(jì)算等。文中對(duì)粉噴樁處理軟土路基的施工及質(zhì)量控制措施,也進(jìn)行了詳細(xì)闡述,對(duì)其處理效果進(jìn)行了具體評(píng)價(jià)和總結(jié)。

　　關(guān)鍵詞：粉噴樁，復(fù)合地基，軟土地基，加固處理，設(shè)計(jì)荷載

　　0前言

　　經(jīng)粉噴樁加固處理后的公路軟土地基，其豎向變形可在較短時(shí)間內(nèi)完成，工后變形一般都很小，不影響車(chē)輛運(yùn)行。本文以湖南地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，對(duì)加固后的復(fù)合地基性能及檢測(cè)和計(jì)算方法進(jìn)行了分析與探討。

　　1粉噴樁與土復(fù)合后的承載與變形特性

　　以樁的施工方法來(lái)劃分時(shí)，粉噴樁的施工可分為干法和濕法。由于干法施工粉體攪拌樁施工質(zhì)量易于控制和保證，所以目前在公路路基、橋頭等軟土地基工程中應(yīng)用較為多見(jiàn)。因此，在此僅僅探討干法施工的粉體攪拌樁與樁間土的相互作用與變形特征。

　　湖南地區(qū)多處公路軟土路基工程的粉噴樁與土組成的復(fù)合地基的多樁-土應(yīng)力比現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明，粉噴樁-土之間的應(yīng)力比直接反映了粉噴樁-土之間的復(fù)合承載與變形特性。樁體自身承擔(dān)的應(yīng)力與樁間土體承擔(dān)的平均應(yīng)力之比，是計(jì)算粉噴樁-土復(fù)合承載力的一個(gè)較為重要的指標(biāo)。由靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)粉噴樁相對(duì)較短(樁的長(zhǎng)徑比L/D<13)時(shí)，其端承條件對(duì)樁-土復(fù)合地基中樁與土應(yīng)力分擔(dān)和變形特性會(huì)有較大的影響。同時(shí)，影響樁-土應(yīng)力分配與荷載傳遞規(guī)律的重要因素還有作用在復(fù)合地基上的荷載水平。試驗(yàn)結(jié)果表明，在公路軟土路基粉噴樁工程中，樁-土的應(yīng)力分擔(dān)比有具如下特征：

　　(1)當(dāng)作用的荷載較小時(shí)，表現(xiàn)為明顯的應(yīng)力向樁體集中的現(xiàn)象，此時(shí)樁體承擔(dān)的應(yīng)力較大，粉噴樁樁體起主要作用。

　　(2)隨著作用在多樁復(fù)合地基上的荷載值的逐漸增大，粉噴樁與其周?chē)�的樁間土共同承載作用關(guān)系也在逐漸增強(qiáng)，直至兩者均達(dá)到承載力極限狀態(tài)。

　　依據(jù)文獻(xiàn)研究并結(jié)合大量的湖南公路路基、橋頭等軟土地基工程的粉噴樁-土復(fù)合地基的樁-土應(yīng)力比現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)試驗(yàn)的實(shí)際情況，認(rèn)為當(dāng)樁端土為軟土?xí)r，按(1)式計(jì)算比較切合路堤荷載下工程的實(shí)際情況。

　　式中n-粉噴樁-土的應(yīng)力比；-粉噴樁的壓縮模量(MPa)；-粉噴樁周?chē)�土體的壓縮模量(MPa)；m-復(fù)合地基置換率；-綜合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，與樁問(wèn)土質(zhì)、荷載水平有關(guān)，=1.53-3.05。

　　當(dāng)粉噴樁較短(樁長(zhǎng)L/D<13)，且樁端土為硬土?xí)r，應(yīng)對(duì)(1)式進(jìn)行修正，即按(2)式計(jì)算比較切合路堤荷載下工程的實(shí)際情況。

　　式中k-樁長(zhǎng)與樁端土綜合影響系數(shù)，其取值范圍為I.08—2.36(當(dāng)L/D≤5時(shí)，取較大值；5<L/D<13時(shí),取較小值)；a-綜合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，與樁間土質(zhì)、荷載水平有關(guān)，在此取值范圍在1.13—2.12之間。

　　大量的調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，的計(jì)算值在相同的應(yīng)力水平下，不同土質(zhì)地區(qū)的實(shí)測(cè)值有較大差別，其值和樁間土及樁端土的土質(zhì)存在一定的關(guān)系。圖1給出了湖南地區(qū)半剛性路堤下，兩種情況的粉噴樁-土復(fù)合地基中樁土應(yīng)力比與加載水平之間的典型關(guān)系曲線(xiàn)。其中，SS—SC曲線(xiàn)為樁間土為軟土，而樁端土為硬土情況；SC—SS曲線(xiàn)為樁間土為硬土，而樁端土為軟土情況。

　　試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)表明，在湖南地區(qū)半剛性路堤條件下，的變化范圍在3～l0.5之間，在取值時(shí)除要考慮荷載水平外，還應(yīng)考慮樁間土的性狀和樁端土的影響。

　　2粉噴樁復(fù)合地基承載力

　　在湖南地區(qū)的粉噴樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)實(shí)踐中，進(jìn)行過(guò)單樁復(fù)合、兩樁復(fù)合和四樁復(fù)合的靜載荷試驗(yàn)，單樁復(fù)合以及多樁復(fù)合靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，多樁復(fù)合靜載荷試驗(yàn)基本上能夠模擬建筑物地基的實(shí)際承載條件，比較準(zhǔn)確地反映地基的受力狀況和變形特征，據(jù)此獲得的承載力比較切合工程實(shí)際。

　　由于在靜載荷試驗(yàn)法的應(yīng)用中，對(duì)規(guī)范有關(guān)條款掌握尺度的不盡一致，往往會(huì)出現(xiàn)在同一地區(qū)，不同檢測(cè)單位，其對(duì)承載力的評(píng)定結(jié)果出入很大。因此，探討適應(yīng)于本地區(qū)的由靜載荷試驗(yàn)資料推定復(fù)合地基的承載力是很有必要的。

　　目前，推定粉噴樁-土復(fù)合地基豎向承載力的方法主要有：(1)依據(jù)粉噴樁-土復(fù)合地基中粉噴樁與樁間土的受力原理，通過(guò)靜載荷試驗(yàn)方法分別確定單樁及樁間土承載力，再由經(jīng)驗(yàn)公式確定；(2)由平板靜載荷試驗(yàn)資料直接確定。

　　2.1公式計(jì)算法

　　將粉噴樁單樁和樁間土分別做靜載荷試驗(yàn)，求出單樁承載力和樁間土承載力，然后按規(guī)范中給出的公式計(jì)算出復(fù)合地基承載力。但實(shí)際中由于樁體設(shè)計(jì)較密，較難通過(guò)靜載荷試驗(yàn)來(lái)獲得樁間土的準(zhǔn)確值，此時(shí)，樁間土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值可經(jīng)勘察來(lái)補(bǔ)充獲得。

　　式中、復(fù)合地基、樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；-粉噴樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；-粉噴樁單樁橫截面積(m2)；-樁間土承載力折減系數(shù)；m-粉噴樁的面積置換率(％)。

　　湖南地區(qū)的公路路基粉噴樁工程中，樁間土承載力折減系數(shù)的取值要依據(jù)樁端的土質(zhì)情況并結(jié)合當(dāng)?shù)貜?fù)合地基靜載荷試驗(yàn)的實(shí)際情況來(lái)定，可分為：(1)樁端土為軟弱土層時(shí)，可取=0.56；(2)樁端土為硬土層，可取=0.25。

　　單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值要依據(jù)單樁載荷試驗(yàn)資料，結(jié)合地區(qū)差別來(lái)合理確定。從粉噴樁載荷試驗(yàn)曲線(xiàn)來(lái)看，其荷載-變形曲線(xiàn)一般為緩變形曲線(xiàn)，確定承載力時(shí)可采用相對(duì)沉降法，但規(guī)范中并沒(méi)有給出具體的取值標(biāo)準(zhǔn)，因此探討利用單樁載荷試驗(yàn)資料的沉降量與樁的直徑的比值，即s/d值與單樁承載力的區(qū)域相互關(guān)系是非常重要的，否則將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。本人根據(jù)湖南地區(qū)多項(xiàng)公路路基粉噴樁工程的載荷試驗(yàn)成果，認(rèn)為用載荷試驗(yàn)確定承載力時(shí)，應(yīng)在充分考慮樁長(zhǎng)、齡期、樁身強(qiáng)度、樁間土的性質(zhì)等各種影響因素后，根據(jù)試驗(yàn)曲線(xiàn)的性質(zhì)與類(lèi)型，采用不同的確定方法，荷載-變形曲線(xiàn)為緩變形時(shí)，可在s/d=0.004～0.01范圍內(nèi)取值。另外，若無(wú)粉噴樁單樁的載荷試驗(yàn)資料時(shí)，也可以依據(jù)規(guī)范推薦的單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式進(jìn)行取值。計(jì)算方法見(jiàn)公式(4)和公式(5)，結(jié)果取其中較小值。

　　式中一與粉噴樁樁身加固土配合比相同的室內(nèi)加固土試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)；一強(qiáng)度折減系數(shù)；qs一樁周土的平均摩擦阻力(kPa)；Up一樁周長(zhǎng)(m)；L一樁長(zhǎng)(m)；一樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)。

　　規(guī)范推薦的和的取值范圍較大，對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響是很大的。針對(duì)湖南地區(qū)公路路基粉噴樁及地質(zhì)資料并與單樁載荷試驗(yàn)結(jié)果比較可知宜取0.38一O.40，宜取0.45～0.50。

　　2.2載荷試驗(yàn)資料法

　　(1)載荷試驗(yàn)為單樁復(fù)合地基。在粉噴樁-土復(fù)合地基載荷試驗(yàn)中，由于單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，所以應(yīng)用得最為廣泛。規(guī)范規(guī)定了單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的承壓板面積為一根樁承擔(dān)的處理面積，因此在載荷試驗(yàn)中應(yīng)盡量采用與一根粉噴樁負(fù)擔(dān)的處理面積相同的承壓板。但實(shí)際試驗(yàn)中，往往承壓板面積與一根粉噴樁負(fù)擔(dān)的處理面積并不同。試驗(yàn)研究表明，試驗(yàn)中采用的承壓板面積大于計(jì)算值時(shí)的效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于小于計(jì)算值時(shí)的效果。因此當(dāng)試驗(yàn)中采用的承壓板面積與計(jì)算值不同時(shí)，必須對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正，從而得到復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。修正時(shí)可采用(6)式進(jìn)行計(jì)算。

　　式中Ae一單根樁承擔(dān)的處理面積(m2)；Q一壓板上所承受的荷載值(kN)；A一壓板面積(m2)；Rsp、Rs、λ含義同(3)式。

　　(2)載荷試驗(yàn)為多樁復(fù)合地基。多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)通常采用二樁或四樁復(fù)合承載試驗(yàn)，壓板面積與實(shí)際樁數(shù)所承擔(dān)的處理面積應(yīng)盡可能地相等，當(dāng)不相等時(shí)也可參照(6)式進(jìn)行計(jì)算。在粉噴樁-土復(fù)合地基載荷試驗(yàn)中，由于多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)費(fèi)用較高，所以在現(xiàn)場(chǎng)的靜載荷試驗(yàn)中采用較少，但多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)與單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)相比，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)更能反映復(fù)合地的實(shí)際性質(zhì)，由此獲得的粉噴樁-土復(fù)合地基的承載力與變形性能才比較準(zhǔn)確。半剛性路基下粉噴樁-土復(fù)合地基的變形是由等沉面以上加固段、等沉面以下加固段以及下臥層的壓縮量疊加而成，在長(zhǎng)期的柔性荷載作用下，下臥層的壓縮沉降是主要的。就現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，如果承壓板面積相對(duì)較小，其成果就不能確切地反映下臥層實(shí)際的壓縮變形，所以承壓板面積的大小也應(yīng)引起足夠的重視。

　　獲得平板靜載荷試驗(yàn)獲得P-s曲線(xiàn)后宜采用以下方法對(duì)粉噴樁復(fù)合地基的承載力進(jìn)行評(píng)定：

　　轉(zhuǎn)折點(diǎn)法。當(dāng)P-s曲線(xiàn)有明顯的比例極限點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可取該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載。

　　相對(duì)沉降法。當(dāng)P-s曲線(xiàn)為緩變形曲線(xiàn)時(shí)，取s／d為一定值所對(duì)應(yīng)的荷載為復(fù)合地基的容許承載力，規(guī)范規(guī)定s／d=0.004-0.010所對(duì)應(yīng)的荷載，具體取值要依據(jù)地區(qū)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。

　　極限荷載法。由P-s曲線(xiàn)上所得的極限荷載除以安全系數(shù)得到。

　　強(qiáng)度控制法。取沉降量超過(guò)前一級(jí)荷載下沉降增量的兩倍，或取lgp-1gs、s-lgp等曲線(xiàn)的第一拐點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的壓力作為承載力基本值。以上方法在確定單樁或多樁復(fù)合地基承載力時(shí)都有各自的使用前提，在使用時(shí)要依據(jù)實(shí)際的P—s曲線(xiàn)特性，參考地區(qū)的實(shí)際情況來(lái)選擇合適的取值方法。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　半剛性路基下的粉噴樁復(fù)合地基，其承載性能及變形特性有著很強(qiáng)的區(qū)域特征，在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮各種因素的作用：

　　1)粉噴樁-土應(yīng)力比受許多因素的影響，給出了其在不同條件下的計(jì)算方法及取值范圍；

　　2)靜載荷試驗(yàn)中，承載板的大小對(duì)最終結(jié)果影響較大，應(yīng)引起足夠的重視。同時(shí)提出了利用P-s曲線(xiàn)來(lái)確定軟土公路路基中復(fù)合地基承載力的實(shí)用方法。

　　3)為了更好地掌握粉噴樁處理后的復(fù)合地基的基本性能，使其在設(shè)計(jì)上既經(jīng)濟(jì)又科學(xué)，在今后的工作中應(yīng)著重開(kāi)展兩個(gè)方面的研究：一是開(kāi)展多樁復(fù)合地基的靜載試驗(yàn)研究，探討切合實(shí)際的復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)方法；二是探討減少人為因素影響，且具有一定工程應(yīng)用價(jià)值的粉噴樁復(fù)合地基承載力取值方法�！�

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