粉噴樁在公路軟土路基中應用

 粉噴樁在公路軟土路基中應用

　　摘要：本文結合工程實例和工程地質狀況,在施工方案比選的基礎上,詳細分析介紹了粉噴樁復合地基的加固原理及公路荷載設計驗算、粉噴樁復合地基計算等。文中對粉噴樁處理軟土路基的施工及質量控制措施,也進行了詳細闡述,對其處理效果進行了具體評價和總結。

　　關鍵詞：粉噴樁，復合地基，軟土地基，加固處理，設計荷載

　　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間內完成，工后變形一般都很小，不影響車輛運行。本文以湖南地區(qū)現(xiàn)場試驗資料為基礎，對加固后的復合地基性能及檢測和計算方法進行了分析與探討。

　　1粉噴樁與土復合后的承載與變形特性

　　以樁的施工方法來劃分時，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用較為多見。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合地基的多樁-土應力比現(xiàn)場檢測試驗結果表明，粉噴樁-土之間的應力比直接反映了粉噴樁-土之間的復合承載與變形特性。樁體自身承擔的應力與樁間土體承擔的平均應力之比，是計算粉噴樁-土復合承載力的一個較為重要的指標。由靜載荷試驗結果表明，當粉噴樁相對較短(樁的長徑比L/D<13)時，其端承條件對樁-土復合地基中樁與土應力分擔和變形特性會有較大的影響。同時，影響樁-土應力分配與荷載傳遞規(guī)律的重要因素還有作用在復合地基上的荷載水平。試驗結果表明，在公路軟土路基粉噴樁工程中，樁-土的應力分擔比有具如下特征：

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

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

　　依據(jù)文獻研究并結合大量的湖南公路路基、橋頭等軟土地基工程的粉噴樁-土復合地基的樁-土應力比現(xiàn)場及室內試驗的實際情況，認為當樁端土為軟土時，按(1)式計算比較切合路堤荷載下工程的實際情況。

　　式中n-粉噴樁-土的應力比；-粉噴樁的壓縮模量(MPa)；-粉噴樁周圍土體的壓縮模量(MPa)；m-復合地基置換率；-綜合經(jīng)驗參數(shù)，與樁問土質、荷載水平有關，=1.53-3.05。

　　當粉噴樁較短(樁長L/D<13)，且樁端土為硬土時，應對(1)式進行修正，即按(2)式計算比較切合路堤荷載下工程的實際情況。

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

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

　　試驗資料統(tǒng)計表明，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，在取值時除要考慮荷載水平外，還應考慮樁間土的性狀和樁端土的影響。

　　2粉噴樁復合地基承載力

　　在湖南地區(qū)的粉噴樁復合地基靜載荷試驗實踐中，進行過單樁復合、兩樁復合和四樁復合的靜載荷試驗，單樁復合以及多樁復合靜載荷試驗結果表明，多樁復合靜載荷試驗基本上能夠模擬建筑物地基的實際承載條件，比較準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際。

　　由于在靜載荷試驗法的應用中，對規(guī)范有關條款掌握尺度的不盡一致，往往會出現(xiàn)在同一地區(qū)，不同檢測單位，其對承載力的評定結果出入很大。因此，探討適應于本地區(qū)的由靜載荷試驗資料推定復合地基的承載力是很有必要的。

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

　　2.1公式計算法

　　將粉噴樁單樁和樁間土分別做靜載荷試驗，求出單樁承載力和樁間土承載力，然后按規(guī)范中給出的公式計算出復合地基承載力。但實際中由于樁體設計較密，較難通過靜載荷試驗來獲得樁間土的準確值，此時，樁間土的承載力標準值可經(jīng)勘察來補充獲得。

　　式中、復合地基、樁間土承載力標準值(kPa)；-粉噴樁單樁承載力標準值(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)樁端的土質情況并結合當?shù)貜秃系鼗�靜載荷試驗的實際情況來定，可分為：(1)樁端土為軟弱土層時，可取=0.56；(2)樁端土為硬土層，可取=0.25。

　　單樁豎向承載力標準值要依據(jù)單樁載荷試驗資料，結合地區(qū)差別來合理確定。從粉噴樁載荷試驗曲線來看，其荷載-變形曲線一般為緩變形曲線，確定承載力時可采用相對沉降法，但規(guī)范中并沒有給出具體的取值標準，因此探討利用單樁載荷試驗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)域相互關系是非常重要的，否則將會產(chǎn)生較大的誤差。本人根據(jù)湖南地區(qū)多項公路路基粉噴樁工程的載荷試驗成果，認為用載荷試驗確定承載力時，應在充分考慮樁長、齡期、樁身強度、樁間土的性質等各種影響因素后，根據(jù)試驗曲線的性質與類型，采用不同的確定方法，荷載-變形曲線為緩變形時，可在s/d=0.004～0.01范圍內取值。另外，若無粉噴樁單樁的載荷試驗資料時，也可以依據(jù)規(guī)范推薦的單樁豎向承載力標準值計算公式進行取值。計算方法見公式(4)和公式(5)，結果取其中較小值。

　　式中一與粉噴樁樁身加固土配合比相同的室內加固土試塊無側限抗壓強度平均值(kPa)；一強度折減系數(shù)；qs一樁周土的平均摩擦阻力(kPa)；Up一樁周長(m)；L一樁長(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，對計算結果的影響是很大的。針對湖南地區(qū)公路路基粉噴樁及地質資料并與單樁載荷試驗結果比較可知宜取0.38一O.40，宜取0.45～0.50。

　　2.2載荷試驗資料法

　　(1)載荷試驗為單樁復合地基。在粉噴樁-土復合地基載荷試驗中，由于單樁復合地基載荷試驗簡單、經(jīng)濟，所以應用得最為廣泛。規(guī)范規(guī)定了單樁復合地基載荷試驗的承壓板面積為一根樁承擔的處理面積，因此在載荷試驗中應盡量采用與一根粉噴樁負擔的處理面積相同的承壓板。但實際試驗中，往往承壓板面積與一根粉噴樁負擔的處理面積并不同。試驗研究表明，試驗中采用的承壓板面積大于計算值時的效果要遠遠優(yōu)于小于計算值時的效果。因此當試驗中采用的承壓板面積與計算值不同時，必須對測試結果進行修正，從而得到復合地基承載力標準值。修正時可采用(6)式進行計算。

　　式中Ae一單根樁承擔的處理面積(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)載荷試驗為多樁復合地基。多樁復合地基載荷試驗通常采用二樁或四樁復合承載試驗，壓板面積與實際樁數(shù)所承擔的處理面積應盡可能地相等，當不相等時也可參照(6)式進行計算。在粉噴樁-土復合地基載荷試驗中，由于多樁復合地基載荷試驗費用較高，所以在現(xiàn)場的靜載荷試驗中采用較少，但多樁復合地基載荷試驗與單樁復合地基載荷試驗相比，其試驗數(shù)據(jù)更能反映復合地的實際性質，由此獲得的粉噴樁-土復合地基的承載力與變形性能才比較準確。半剛性路基下粉噴樁-土復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)場靜載荷試驗來說，如果承壓板面積相對較小，其成果就不能確切地反映下臥層實際的壓縮變形，所以承壓板面積的大小也應引起足夠的重視。

　　獲得平板靜載荷試驗獲得P-s曲線后宜采用以下方法對粉噴樁復合地基的承載力進行評定：

　　轉折點法。當P-s曲線有明顯的比例極限點或轉折點，可取該點所對應的荷載。

　　相對沉降法。當P-s曲線為緩變形曲線時，取s／d為一定值所對應的荷載為復合地基的容許承載力，規(guī)范規(guī)定s／d=0.004-0.010所對應的荷載，具體取值要依據(jù)地區(qū)的工程實踐經(jīng)驗確定。

　　極限荷載法。由P-s曲線上所得的極限荷載除以安全系數(shù)得到。

　　強度控制法。取沉降量超過前一級荷載下沉降增量的兩倍，或取lgp-1gs、s-lgp等曲線的第一拐點所對應的壓力作為承載力基本值。以上方法在確定單樁或多樁復合地基承載力時都有各自的使用前提，在使用時要依據(jù)實際的P—s曲線特性，參考地區(qū)的實際情況來選擇合適的取值方法。

　　3結束語

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

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

　　2)靜載荷試驗中，承載板的大小對最終結果影響較大，應引起足夠的重視。同時提出了利用P-s曲線來確定軟土公路路基中復合地基承載力的實用方法。

　　3)為了更好地掌握粉噴樁處理后的復合地基的基本性能，使其在設計上既經(jīng)濟又科學，在今后的工作中應著重開展兩個方面的研究：一是開展多樁復合地基的靜載試驗研究，探討切合實際的復合地基靜載荷試驗方法；二是探討減少人為因素影響，且具有一定工程應用價值的粉噴樁復合地基承載力取值方法�！�

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