（岩土工程专业论文）排水粉喷桩复合地基的承载力特性与确定方法研究.pdf

摘要 摘要 将粉喷桩与排水固结法有机地结合起来，充分利用粉喷桩施工时产生的侧向压力，变不利为有 利，使之成为粉喷桩周围土体孔隙水排出的动力，通过排水固结作用，可以在提高粉喷桩周围土体 强度的基础上更有效地提高粉喷桩复合地基的强度，达到经济、有效、快速地加固软土地基的目的。 从而形成一种全新的软土地基处理技术排水粉喷桩复台地基法( 2 d 工法) 。对于新生的复合地 基工法，排水粉喷桩的理论和实践均不成熟，加之其本身具有较高的复杂性及实践有限，为此，对 该工法在软土地基中的应用研究具有重要的实践意义。 本文对新工法是否适用、是否比传统粉喷桩处理效果好等方面进行了试验上的论证，并对粉喷 桩施工对软土地基的影响、排水粉喷桩与常规粉喷桩的对比、排水粉喷桩桩间土承载力的特性、排 水粉喷桩复合地基作用性状及承载力的确定进行了一定的探讨。 通过原位测试及其原状样的室内试验，研究了排水粉喷桩和常规粉喷桩施工及施工后桩周土体 强度变化的规律和施工对桩问土体的影响及影响范围，对比分析了粉喷桩成桩及成桩后桩间土超孔 隙水压力的变化规律。试验结果表明，常规粉喷桩打入后桩周土土体的模量没有明显的改善，而排 水粉喷桩打入后土体的变形模量有定程度的提高，排水粉喷桩的打入对于桩周土有一定的改良作 用，其主要体现在对复合地基至关重要的软土层；粉喷桩施工使周围土体中的超孔隙水压力增大， 超孔隙水压力随距桩心距离和深度的不同而不同，并且超孔隙水压力在施工结束后逐渐消散，加打 排水板使得桩周土体的超孔隙水压力值提高的幅度降低，达到最大值的时间和消散时间缩短，这有 利于加大土体固结的程度和缩短固结时间；常规粉喷桩施工的影响半径小于】6 倍桩半径，孔压消散 结束时间大于2 天；排水粉喷桩的影响范围超过了4 m ，孔隙水压力的消散时间变短，孔压消散结束 的时间随着离桩心距离的不同而不同，消散结束的时间最长的不超过2 天。通过静力载荷试验及抽 芯试验，对比分析了排水粉喷桩与常规粉喷桩相同工艺下的单桩施工质量，研究了排水粉喷桩复合 地基的作用性状，探讨了静力载荷试验确定复合地基承载力的方法及其桩间土与单桩承载力确定的 方法，分析得到了用天然地基承载力计算桩间土承载力的方法，统计得到了标贯击数确定单桩承载 力的经验公式。研究结果对排水粉喷桩的推广使用有重要的参考价值。 关键词：粉喷桩排水粉喷桩复合地基法承载力复台地基 a b s t r a c t w h e nm e t h o do fd r yj e tm i x i n g ( d j m ) c o l u m na n dd r m n a g ec o n s o l i d a t i o nw e r eo r g a n i c a l l y c o m b i n a t e d t h el a t e r a lp r e s s u r ep r o d u c e dd u r i n gd j mc o u n l ni n s t a l l a t i o nc o u l db em o t i v i t yo fp o r e w a t e r se x c l u s i o n ，t h es t r e n g t ho fs o f tc l a ys u r r o u n d i n gc o l u m nw e r e i n c r e a s e du n d e r d r a i n a g e c o n s o l i d a t i o n ，a n dt h eb e a r i n gc a p a c i t yo fd j mc o m p o s i t eg r o u n dc o u l db ei n c e a s e de f f e c t i l v e l y , t h u s a n e wt e c h n i q u eo fc o m p o s i t eg r o u n df o r m e da s2 d ( d r a i n e dd j m ) m e t h o d h o w e v e r , b e i n gu n m a t u r ei n t h e o r yw i t hh i g h l yc o m p l e x i t ya n dl i m i t e di np r a c t i c e ，t h ea p p l i e dr e a s e a r e hh a si m p o r t a n tf u l f i l l m e n t m e a n i n g ， i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ea p p l i c a b i l i t ya n ds u p e r i o r i t yo f2 dm e t h o dw e r ev e r i f i e do nt e s t ，a n d ( 1 ) t h e p r a c t i c a lc o n s t r u c t i o ne f f e c t s o nt h es u r r o u n d i n gs o i ld u r i n gd j mc o l u m no r2 dc o l u m ni n s t a l l a t i o n ， ( 2 ) c o m p a r i n ga n a l y s e so f 2 dc o l u m na n dd j mc o l u m n ，( 3 ) t h eb e a r i n gc a p a c i t yo fs o i lb e t w e e n2 dc o l u m n ， ( 4 ) c h a r a c t e r i s t i co f2 dc o m p o s i t eg r o u n da n dt h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o do fb e a r i n gc a p a c i t yw e r es t u d l e d ， t h em a i nc o n t e n t sa l ea sf o l o w s ： b a s e do nt h es a m p l i n ge x p e r i m e n t sa n dt h ef i e l dt e s t , t h es o i ls t r e n g t hc h a n g em e c h a n i s m sa n dt h e e x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r ec h a n g em e c h a n i s m sd u r i n gd j mc o l u m ni n s t a l l a t i o na n da l t e ri n s t a l l a t i o nw e r e c o n s i d e r e d ，t h ei n f l u n c er a n g ed u r i n g2 dc o l u m ni n s t a l l a t i o na n da f t e ri n s t a l l a t i o nw a ss t u d i e d t h er e s u l t s o ft e s ts h o wt h a t ，t h es o i l sm o d u l es u r r o u n d i n gd j mc o l u m nw a sn o to b v i n u s l ei m p r o v e d ，b u tt h es o i l s s t r e n g t hi m p r o v e do b v i o u s l ys u r r o u n d i n g2 dc o l u m nm i dt h ei m p r o v e m e n tm a i n l yd i s p l a y e di nt h es o f t c l a yl a y e r e x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r ei n c e a s e dd u r i n gd j mc o l u m ni n s t a l l a t i o na n dd i s p p e a r e da f t e rd j m c o l u m ni n s t a l l a t i o n ，i td i f f e r sw i t ht h ed i s t a n c ef r o mc o l u m na n dd e p t h ，t h ep o r ew a t e rp r e s s u r eo f t h es o i l s u r r o u n d i n g2 dc o l u m ni n c r e a s e dm o r ee v i d e n t l nt h et i m ei tr e a c h e dm a x i m u ma n dt h ed i s s i p a t i o nt i m e b e c a m es h o r t e r , w h i c hi sa d v a n t a g e o u st oi n c r e a s et h ed e g r e eo fs o i lc o n s o l i d a t i o na n ds h o r t e nt h e c o n s o l i d m i o nt i m e t h ei n f l u e n c er a d i u sd u r i n gd j mc o l u m ni n s t a l l a t i o nw a sl e s st h a n1 6t i m e sc o l u m n r a d i u sa n dt h ed i s s i p a t i o nt i m ei sa b o u tt w od a y s ；t h ei n f l u e n c er a n g eo f 2 dc o l u m nc a l lr e a c h4m e t e r sa n d t h em a x i m u md i s s i p a t i o nt i m ei sn om o r et h a n2d a y s b a s e do nf i e l dl o a d i n gt e s t ，t h ed e t e r m i n a t i o n m e t h o do f2 dc o m p o s i t eg r o u n da n dt h ed e t e r m i n a t i o nm e t h o do fb e a r i n gc a p a c i t yo fs i n g l ec o l u m na n d s o i lb e t w e e nc o l u m nw e r es t u i d e d ，t h ee x p e r i e n t i a lf o n n u l aa n de s i t i m a t em e t h o do fs l g t ec o l u m n sb e a r i n g c a p a c i t yw e r es t a t i s t i c a l l yo b t a i n e d k e yw o r d s ：d j mc o l u m n ，2 dm e t h o d ，b e a r i n gc a p a c i t y , c o m p o s i t eg r o u n d i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：坌塑丝日期：二! 垒；- ，7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括于4 登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生始掣导师虢逖日期：砒；7 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，随着我国经济的快速发展，土木工程建设发展速度较快，工程建设的规模也日益扩大， 其难度也相应地提高并对地基条件提出了更高的要求。而我国地基土分类复杂，其中软土分布相当 广泛，在各种复杂地质情况的地区修建高速公路，有时很难避让软土地区。在软土区，高路堤往往 稳定性差、沉降较大；低路堤在重复交通荷载的作用下，常使道路沉降变形，并反射到路面，严重 影响了道路的质量和使用，给公路工程的建设和人工桥涵构造物带来了较大的影响和隐患，由此造 成的经济损失是巨大的。近2 0 年来，在高速公路建设中，土木工程师遇到了越来越多的软土地基处 理问题，软土地基问题已成为影响工程造价和道路质量的突出矛盾之一。解决软土地基影响的关键 是在正确认识软土的物理力学性质和危害性的基础上，借鉴己有的软土勘察成果和资料，结合工程 现场实际，进行经济技术的比较，合理选择一种或几种组合的软土地基处理方法，使处理后的地基 满足工程建设各项指标的要求。 1 1 1 复合地基处理技术 复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设 置加筋材料，加固区是由天然地基体和增强体两部分组成的人工地基。根据地基中增强体的方向 又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。 目前高速公路软土地基处理方法有：排水固结法、强夯法、振冲密实法、爆破挤密法、土桩、 灰土桩法、石灰桩法、深层搅拌法、振冲置换法、沉管碎石桩法、强夯置换法、e p s 超轻质料填土 法、加筋土法等等f 1 - 3 。常用处理方法如图1 - 1 所示。 广排水固结( 堆载预压法) r 一土质改良 强夯法 l 其他方法 地基处理 1 5 时) ，n e 。= c ( n + 6 ) ( 当n 1 5 时) 。 或 e = c 1 + c 2 n ( 1 - 5 ) 其中c 值c 1 、c 2 值分别由以下表1 - 1 和表1 - 2 确定。 表1 - 1 不同土类的c 值 表1 - 2 不同土类的o ，o 值 细砂 土类磊亍泵i 西i 瓦苄泵覆i i ：f 砂土 粉质砂土砂质粘土粉砂 c 1 ( m p s 击) 5 2 7 l3 9 4 33 82 4 ( y ( m p a 击) o 3 3 0 4 90 4 511 8 1 0 50 5 3 日本对标贯试验确定地基承载力进行过比较深入的研究，得到评价地基上变形模量e o 的经验关 系主要有以下几个衅】： 日本道桥设计规范： 日本国铁基础设计规范： 日本建筑基础设计规范： 正常固结土 超固结土 e o = 2 8 n e o = 2 5 n e o = o 1 4 n e o = o 2 8 n ( 1 - 6 ) ( 1 - 7 ) ( 1 - 8 ) ( 1 - 9 ) 国内一些勘察单位提出的标贯试验评价土体变形参数的经验公式如表1 - 3 所示 6 4 1 。 表1 3e o 或e 与n 的经验关系( m p a ) 单位关系式土类 堡垒塑亟堡垫塞坌里生：! ：! ! 型! ! ：! !皇妻：兰查丝垦塑圭 塑j ! 笪垄型塾塞堡盐堕 虽= ! ：! ! ! 型! ! ：塑!堂堂圭：塑丝圭 茎堡塑亘塑型丝生堡墨= ! ：! ! 型二；：丝彗堡垫匡整丝圭：塑圭 堕查立垒塾窒墅墨：! ：；：! 墨：! ! ：丝壁当垫墅壁 用静力触探试验计算粘性土的压缩模量一般均以下式表示 8 第一章绪论 e 。= q ： ( 1 。1 0 ) 式中善经验系数，m i t c h e l l 和g a r d n e r 汇总了s a n g l e r a t 各类土的善值列于表i - 4 6 “。 表1 4 计算压缩模量时不同土的经验系数 圭耋旦型坚坠 一 一 2o1 25 有机质粉土 l2 2 8 5 0 w 1 0 01 5 - 4 _-。_-_-_-_。 注：表中w 是士的含水量( ) 。 国内不少单位在长期实践过程中建立起来的静力触探资料与土体压缩模量与变形模量之间的经 验关系如表1 - 5 与表1 - 6 所示【“6 5 6 “。 表1 - 5 国内有关单位建议的乓与p 。关系表 单位经验公式 使用范围p , f m p a 土类 e = 1 1 6 p 。+ 3 ，4 50 5 p 6颥近沉积土( k p l 0 ) 铁道部一院 e = 13 4 9 , + 3 4 0 0 5 且 4 粉性土 虽= 3 b + 2 8 7 o5 p ， 6 新近沉积土( 壁l o ) 氏= 2 3 p , + 1 9 90 5 s 见 1 0粘性土及新近沉积土( 茎1 0 ) 铁道部一院 毛= 1 3 0 9 p ，o “0 5 茎p 。 5新黄土( 东南带) e 。= 5 9 5 p , + l41 蔓p 。 5 5 新黄土( 西北带) e = 5 p 。1 p 。 6 5 新黄土( 北部边缘带) ( 二) 用原位测试确定地基土承载力 建筑地基基础设计规范规定可用n l o 确定地基土承载力标准值【“1 ，见表1 7 与表1 8 。 - 9 - 东南大学硕士学位论文 室! ：翌! ：兰苎竺圭墨篓塑塑兰堂 n l o 1 52 02 5 3 0 国内有关单位在长期实践中总结得到的评价地基土承载力的经验关系如表1 - 9 所示俐。 表1 - 9 评价地基土承载2 f o 的经验关系 公式来源 经验关系适用范围p i m p a适用地区及土类 ! ：! ! 塑；! 垫：! ：! ：!避堡巫圭：= 墼塑生圭：耋整圭 武汉联合试验旦旦塑已鱼生生坠蔓l 塑里重圭二壁苎丝圭一 。0 0 9 7 p 。+ 7 6 3 6 老粘土 组二五亟互二二二j 正二二二二玉互二二二 0 0 印。+ 5 9 5 1 1 5 粉、细砂 5 8 p ，一4 6 o 3 5 5 一般粘性土( 舻1 0 ) 0 8 9 p ，”+ 1 4 4 翌4 一般粘性土( 坯1 0 ) 及饱和砂土 ! ：! ! 垄：! ! ：! ：!墼主 铁道部静力触l 塑卫凸兰鱼曼堕型墅堡坠生皇立塑l 探技术规范j 鲨塑堑2 竺旦兰塑一堑麴塑圭1 5 差! ! 1 0 0 印。+ 6 5 0 5 5 新黄土( 东南带) 0 0 印，+ 3 5 1 55 新黄土( 西北带) 0 0 4 p 。+ 4 0 1 “5 新黄土( 北部边缘带) ! ：! ! 塑l 丝 圭塑堡童星 o 0 7 0 p , + 3 7 上海淤泥质粘性土 同济大学等 0 0 7 印，+ 3 8上海灰色粘性土 ! ：! ! 堑z ! 箜 占童塑圭 堕耍堂簦塾竖! ：! ：竺t 竺：! 苎圭! 茎：塑坐生 ( - - - - ) 用原位测试确定单桩承载力 j h s c h m e r t m a n n ( 1 9 6 9 ) | 6 6 根据大量标准贯入试验数据提出按照表1 1 0 估算钢筋混凝土打入桩单 桩极限承载力。表中应用范围为n = 5 6 0 。n 6 0 时，用n = 6 0 。表1 - 1 0 在建立 过程中使用到了静力触探资料，因此在使用时也应有一定的静力触探资料比较妥当。 表1 1 0 利用n 值估算桩端及桩周极限阻力表 兰! 兰! = 羞盐兰篓兰三三盖竺 各种密度净砂3 50 6o 0 1 9 n 0 3 2 n 日本建筑钢管桩基础设计规范规定，在持力层为砂土时，桩端极限阻力和桩周总极限摩阻力分 1 0 第一章绪论 别可以用式( 1 - 1 1 ) 和式( 1 - 1 2 ) 表示旧。 - 4 0 单( 1 0 批) ( 1 - 1 1 ) 其中，n 为桩尖以下2 倍桩直径范围内n 的平均值，n ( 2 ，为桩尖以上1 0 倍桩直径范围内n 的平均值。 ：华+ 华( 1 0 ( 1 _ 1 2 ) )z 其中，m 为桩周砂性土部分n 的平均值，n 。为桩周粘性土部分n 的平均值，a s 和a 。分别为桩 在砂性土层和粘性土层部分的侧面积( m 2 ) 。 s c h m e r f m a n 用n 值预估单桩竖向承载力的经验方法如表l 。1 1 所示忡】： 表1 1 1 用n 值预估单桩竖向承载力的经验方法 沈阳地区用n 6 3 j 与桩的载荷试验成果建立相关关系，得到单桩竖向承载力p a 的经验公式如式 1 - 1 3 6 ”。 只= 2 4 3 矾”+ 3 6 5 4 ( 1 - 1 3 ) 式中：p ，单桩竖向承载力( k | n ) ； 帆，由地面至桩尖处范围内n 6 3 5 每1 0 c m 修正后的捶击数平均值。 北京市勘察院提出的预估钻孔灌注桩单桩竖向承载力的计算公式畔1 为： 只= 2 7 8 ，4 。+ 3 3 致碡+ 3 1 批a c 一1 8 1 h + 1 7 3 3 ( i - 1 4 ) 式中p 单桩竖向极限承载力( k p a ) ； 4 。桩的截面积( 矗) ； 4 。桩在砂土中的面积( 一) ； 4 ，桩在粘土中的面积( o ) ： 桩端附近土层的标贯击数； 。，桩周砂土的n 值； 桩周砂土的n 平均值； h 孑l 底虚土的厚度( m ) 。 上海地区预制打入桩竖向极限承载力计算公式州1 为： = 4 2 8 ，4 。+ 2 1 4 m 4 + 脚：a c ( 1 - 1 5 ) 式中聊与粘土性质相关的系数，一般及硬粘土m = 1 0 ，但m 1 0 0 ；灰色淤泥质粘性 土m = 2 0 ，但珑，要3 0 ；浅层粉土辫= 3 0 。 建筑桩基技术规范( j g j 9 4 9 4 ) 给出了用双桥静力触探资料确定混凝土预制桩的单桩竖向承 载力方法1 6 “。对于粘性土、粉土和砂土，当用双桥探头静力触探资料确定单桩承载力标准值时，可 按下式计算： 匕= “屈兀+ a q 。a p ( 】- 1 6 ) - 1 1 - 查塑查兰婴主兰篁望奎 式中厂。，第i 层土的探头平均侧阻力( 婷8 ) ； 玑桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4 d ( d 为桩的直径或边长) 范围内按 土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下1 d 范围内的探头阻力进行平均( k p a h 口桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2 3 ，饱和砂土取1 2 ； 屈第i 层土桩侧阻力综合修正系数，粘性土和粉土按屈= 1 0 0 4 ( 凡) “”计算，砂土 按屈= 5 0 5 ( 允) “”计算。 铁路桥牺设计规范( t b j 2 8 5 ) 确定单桩承载力的方法【6 ，使用公式( 1 - 1 7 ) 计算： 只2 “艺尼厶+ 口瓦4 ( 1 - 1 7 ) 式中只桩的竖向极限承载力( 1 n ) ； 玩桩底平面的平均静探端阻( k p a ) ； ，第i 层土的平均静探局部侧摩阻力( k p a ) a 桩底的面积( m 2 1 。 ? 。第s 层土的厚度( m ) ； 甜桩的周边长( m ) ； a 端阻综合修正系数； 尾侧阻综合修正系数。 1 4 课题存在的问题和本文的主要工作 作为一种全新的地基处理技术，排水粉喷桩的理论和实践均不成熟，目前处于起步阶段，因此 众多方面需要深入研究和完善。 首先，排水粉喷桩处理软土地基是否适用、新工法是否比传统的粉喷桩处理效果好等方面都需 要试验上的验证。另外排水粉喷桩复合地基承载力和变形机制在认识方面还存在很大的不足，需要 通过工程实践来研究其理论。例如排水粉喷桩施工过程中产生的超静孔隙水压力的产生和消散规律、 排水粉喷桩桩间土的固结问题、沉降规律等都是迫切需要解决的问题。 本文以淮盐高速公路k 1 9 + 6 8 8 k 1 9 + 7 9 8 排水粉喷桩试验段为依托，以现场试验数据为依据， 结合已有粉喷桩的研究成果，从以下几个方面进行了研究和分析： ( 一) 排水粉喷桩复合地基法的有效性研究 通过现场静力载荷试验、桩间土静力触探试验、在桩周土中埋设孔压计测定施工及施工后孔压 的变化等论证排水粉喷桩复合地基法的有效性。 ( 二) 粉喷桩施工对软土地基的影响研究 通过原位测试及其原状样的室内试验，研究了排水粉喷桩和常规粉喷桩施工及旅工后对于桩周 土体强度变化的规律和施工对于桩间土体的影响，分析了粉喷桩成桩及成桩后桩间土超孔隙水压力 的变化规律，并对两者进行了比较。 ( 三) 排水粉喷桩与常规粉喷桩对比评估 单桩试验中，排水粉喷桩与一般粉喷桩同时施工同时检测，对两者单桩质量进行对比；对桩周 土各个不同龄期的原位测试结果分析进行对比；群桩试验中，用桩间据2 2 m 的排水粉喷桩复合地基 与桩间距1 5 m 的常规粉喷桩复合地基的静载荷试验资料和抽芯资料进行对比，对比分析结果将体现 摊水粉喷桩处理软土地基的优越性。 ( 四) 排水粉喷桩桩间土承载力特性研究 排水粉喷桩与常规粉喷桩的区别是，排水粉喷桩处理后，由于打桩产生的超静孔隙水压力通过 排水板迅速消散，桩周土体迅速固结从而桩间土体强度得到加强，因此桩间土地基极限承载力就需 要重新评估。根据现场实测数据对排水粉喷桩桩间土承载力与天然地基承载力进行对比分析，得到 了确定排水粉喷桩桩间土承载力的方法。 - 1 2 - 第一章绪论 ( 五) 排水粉喷桩复合地基承载力的确定 运用现有的检测手段，探讨了原位测试在单桩承载力确定中的应用，提出了较适合淮安地区排 水粉喷桩的单桩承载力确定方法；通过单桩复合地基静载荷试验及其抽芯结果，分析了排水粉喷桩 复合地基的作用性状，对其承载力的确定方法进行了一定的探讨。 第二章排水粉喷桩复合地基现场试验研究 2 , 1 引言 第二章排水粉喷桩复合地基现场试验研究 对于粉喷桩桩身强度，先前的研究主要集中在对水泥土的特性研究之上，对于水泥土的室内试 验研究，国内外学者已做了大量的试验分析，基本掌握了水泥土的基本特性。而粉喷桩复合地基是 由桩及桩间土共同承担荷载的，他们之间的相互作用影响着各自承载力的发挥，决定着复合地基的 整体承载能力和沉降量_ 7 ，。因此除了要了解水泥土的基本性质外，还需要了解桩间土的力学性质 的变化。工程实践证明，粉喷桩施工时，桩间土的性质与原状土相比有一定程度的变化6 9 】，粉喷搅 拌桩施工时的挤土作用及其高压喷灰的渗透作用使桩间土的性质与原状土相比有所变化。高贵才【4 6 】 对粉喷桩工程的实践结果总结表明，粉喷桩的打入对桩间土的性质有一定的改良作用，可以提高桩 间土的承载力和侧摩阻力，相应提高单柱和复合地基承载力；降低桩间土的压缩性。即粉喷桩对桩 间原状土体有一定加固作用。宋修广 1 目对工程桩与桩间土的力学性质进行试验研究，揭示了成桩对桩 间土的影响规律，提出了桩间士过渡层的概念，建立了过渡层弹性模量经验公式。指出其变化规律与指 数函数较吻合，建立了桩间土弹性模量影响区的简化计算公式。沈水龙7 0 】将粉喷桩施工对周围土体的 作用力简化为一个侧向力( 喷粉压力) 和一个环向力( 钻头搅拌时产生的剪切力) ，研究了成桩及成 桩后对桩周土的影响。 排水粉喷桩工法旨在运用粉喷桩施工时产生的侧向压力，使之成为粉喷桩周围土体孔隙水排出 的动力，通过排水固结作用，提高粉喷桩周围土体强度，从而提高复合地基承载力。因此，本章将 着重从现场试验和室内试验研究基础上了解成桩及成桩后对桩间土的影响，对排水粉喷桩这种新的 工法对于地基加固效果加以论证；同时与常规粉喷桩试验加以对比，从桩身强度和桩间土强度变化 等方面考察这种新工法的使用效果；另外，通过试验结果分析排水粉喷桩施工对桩间土强度的影响， 以及桩间土强度的变化规律和单桩强度的变化。 本课题试验内容具体包括： ( 1 ) 试验段补充工程地质勘察 共进行了6 个技术钻孔、取原状样4 1 个，其中薄壁样3 0 个。进行了c p t 孔6 个，十字板剪切 试验6 个。 ( 2 ) 现场单桩试验 在试验段分别进行了6 根单桩试验，其中2 根常规粉喷桩、4 根排水粉喷桩。在桩周l m 、2 m 、 4 m 距离处，分别在2 ，5 m 、5 m 、7 5 m 、t o 5 m 深度处埋设孔压计，监测单桩旋工时桩周土中孔隙水 压力的变化。 ( 3 ) 单桩试验检测 在单桩成桩后，在两根单桩桩周o 2 m 、o 5 m 、1 0 m 处分别进行了1 天、7 天、1 4 天、2 8 天的 桩周土c p t 、十字板试验和2 8 天的桩身强度试验。并且对单桩施工后2 8 天进行了距桩o 5 m 处的桩 周土取样，共取桩周土原状样1 2 件进行了室内土工试验。 ( 4 ) 现场群桩试验及强度检测 在群桩施工工程中对桩问土的超静孔压进行了测试。在群桩施工后，分别进行了距桩0 2 m 、o 5 m 的1 4 天、2 8 天、5 7 天和9 0 天的桩周c p t 试验和十字板试验，分剐在群桩施工后的1 4 天邪2 8 天取两孔桩间士共1 0 组土样，进行室内试验。 ( 5 ) 静载荷试验 群桩施工后进行了6 组载荷试验。并对进行载荷试验的粉喷桩进行了抽芯试验，取水泥土芯样 进行了室内无侧限强度试验。 ( 6 ) 群桩抽芯试验 1 4 东南大学硕士学位论文 对群桩施工后不同龄期的桩进行抽芯试验，共抽桩8 根，取水泥土芯样3 7 件进行了室内无侧限 强度试验。 2 2 现场试验概况 本项研究通过现场试验论证排水复合地基法的有效性，在此基础上建立排水复合地基法设计理 论和施工工艺，为推广应用提供实践和理论依据。该方法的应用意义在于对粉喷桩可较大幅度地加 大粉喷桩的间距，加快粉喷桩复合地基的强度增长，如能成功实现并进行大厦积推广应用，将取得 重大经济和社会效益。 2 2 1 试验地点 试验地点选在淮盐高速公路k 1 9 + 6 8 8 k 1 9 + 7 9 8 段落，该段位于里下河古泻湖平原区，软土厚 度1 0 1 3 m ，软土最大含水量为8 6 4 ，最大孔隙比达2 1 2 。试验段共分为三段，试验段基本隋况详见 表2 - 1 ，试验段示意图见图2 - i 。 表2 - 1 试验段基本情况表 i l oo oo。o。o。 ol ：0i 孑iooo ooo o o o aoo母母 。昆o 【。og o 口。 0 吒型节1 o f 。 寸oo 口vo oo 。 。lol 、i 。| 。j。n j oo ooo o o o o o o o o oo口oo eoo l oo0 | o o a o i ooqooo o o oo口oooo o o1ooiolo ooo0 o o o 1 0ooo 0oo oo f 01 0 oro o 0 0 o0000 l o 。bo 。口o oioioiooi o o o 备注： a ：1s m d b = 26 m d c = i3 m o 粉喷桩 。塑料排水板 。耪喷桩 图2 - 1 试验段示意图 - 1 5 - 第二章排水粉喷柱复合地基现场试验研究 2 2 2 工程地质条件及原位测试指标 根据设计文件及补充勘察，试验段内土层主要可分为三层，其中层土可分为二个亚层，分别 为： 层土，为灰黄黄褐色亚粘土，上部含少量植物根茎，可塑，层厚1 5 2 o m ，层底埋深1 5 2 0 m ： 1 层土，为灰灰黑色亚粘土，含少量贝壳，软塑，层厚0 8 1 1 m ，层底埋深2 6 3 o r e ： 2 层土，为灰灰黑色淤泥质亚粘土，含贝壳，局部为淤泥，流塑，层厚8 o 8 9 m ，层底埋 深为1 0 6 1 1 7 m ； 层土，为灰灰绿色亚粘土，含少量贝壳，可塑，未揭穿。 分别对试验段静力触探结果和原位十字板剪切试验结果分层统计得到试验段原位测试指标统计 表见表2 - 2 。 表2 - 2 原位测试指标一览表 另外，为测得试验段土层的天然含水量，对现场5 个勘察孔内不同深度土样做了现场含水量测 试，其结果如表2 3 所示。 表2 - 3 勘察孔土含水量现场测试成果一览表 1 号孔 2 号孔3 号孔5 号孔6 号孔 深度含水量深度含水量深度 含水量 深度 含水量深度含水量 型幽蛐幽 型蚴蜘盟!蚴 o 8 5 3 7 1 74 4 81 56 7 s2 ，85 4 21 74 8 1 l o53 l6 1 13 2 4 在试验段补充勘查中，取样在室内做各种常规土工试验得到的结果如表2 4 所示。从补勘土工 试验和实验室土工试验成果可以看到，试验段软土含水量高，最大含水量为7 9 1 ( 现场钡4 试擐大 含水量为8 6 4 ) ，平均值在6 3 。孔隙比大，最大值为2 1 ，平均值为1 6 7 ，高压缩牲，最大压缩系 数为4 9 l ；粘粒含量高，强度低，渗透系数极小，塑性指数大部分大于3 5 。该段软土的力学性质极 差，因此给该段软土的处理带来了巨大的难题。 1 6 东南大学硕士学位论文 摧 盘 螺 监 靼 秤 表 副 霉 翻 强 震 删 寸 n 槲 巅 瞒 婿 出 岩 匝 盏喜 匠嫒 囊喜 薹基 主 塑 嚣喜 、， 嫠冬 蒌喜 棼妒 一骠 叠 _ 遣 一 美 咕 ： 、。 罄 d q 旦 蓦 一 旨 甲 1 7 罱 d 苫t n ，n 口 9 9 一 q 苌 _ 口n 凸n n “竹“ 一卜n n 母。 小。小 i | o ，n 寸n a n 一 a ，口” n t 小_ 【 一o h 昏焉 卜：一 小一 c 6 一 n n 9 二 卜一 心 n 甘o n n n n n n n n i | n 一 o o 一 n 甘卜【 卜卜_ l 卜心叶 i ：一 卜a h 1 0 “ 口口“ h 毒 m i | c 6 f _ t h 甲t 譬 o 【8 o 一n 卜崎n h 卜 = 8 一 母崎小 3 n c _ n i 卜，一 母 n ，奇 一_葛i| - 口 了 口觜 1 c t s n 8 一 小n 小 卜n 薯一 n 一 c 9 c 寸 。 口 n l i 崎口n 瓮 n 小 c 匹i o o i | 驾n 吨2 衾一 啦0 叩t 冒一 崎l i 蜀 n o 龟荨 幛一n 叼譬 1 0 c i 昌一 薯n = i | 畏一 叶霉 i 毒 。一 小n h o 一n n 卜n n 岳寸 h 一卜o 乱瓢 口n n n o 小寸 ，吼n 均均卜 n n n 一 乱 卜n 叶髯 a 。c c 吨口口 n 磊l 1 9 a 葛n 寸a 【 8 6 _ i c i “ ，n h 均一 n 一 卜叶竹 n o 一 啦譬 1 9 一 n 崎寸 s ， 端。 盈_ 【 o h n i l a n ；n 篇n 胬j 矗 葛n = 迁h 1 6 n 鑫善目 e 皇 删i 肄好董 一1 i ) 赫 一岛i ) 裁 (d一(rh亭一 一号一 罂掣饕 靼掣剥 登蹦 嗟铎 丑鲢鬲 n _ 器一 吧口t 一 兰三童! ! 查塑堕苎皇鱼垫董里堑望墼! 塑 2 2 3 现场单桩试验 单桩施工试验的目的是确定单根粉喷桩施工时，周围土体孔隙水压力增高的范围大小和排水固 结后周围土体强度增长的程度和基本规律，确定粉喷桩施工过程中的排水作用对粉喷桩复合地基强 度增强效果。本次试验共进行了6 根单桩施工试验，分别可分用两组单桩，一组为常规粉喷桩，另 一组为排水粉喷桩。可选取其中有代表性的两根桩进行分析，其中试桩l 的目的确定单根粉喷桩施 工时，周围土体孔隙水压力增高的范围大小；试桩2 的目的是确定单根粉喷桩施工时，经周围排水 板排水固结后，周围土体强度增长的程度和基本规律。 单桩试验桩长1 3 0 米，采用全程复搅工艺。水泥掺入量变化情况见表2 5 ，施工过程中两根单 桩喷灰压力的变化情况分别可见图2 - 2 和图2 3 。 表2 - 5 两根单桩试桩水泥掺入量情况表 时间( r a i n ) 时间( w i n ) 图2 - 2 试桩1 喷气压力随时间变化图2 - 3 试桩2 喷气压力随时间变化 路基车轴线 0 孔压计勘察孔 c p 一试验孔 粉喷桩1 21 7 硅一一一由一一一毒一 i 。 j 争一：卜一串 量0 ，j 孔压计i ! 圈2 4 试桩1 布置示意图( 平面图、剖面图) - 1 8 - 囊燃、沙一 博 入八、。、 一 4 刍v r 蚓r 督 扑 j 0 口 0 o h ) r 邕f 替 查塑查兰堡圭兰堡堡兰 两根单桩试验均选在试验段b 段，施工前分别在距桩心l m 、2 m 和4 m 处施工钻孔，埋设孔压 计，孔压计的埋设深度分别为2 5 m ，5 m 、7 5 m 和1 0 5 m 。单桩】( 普通粉喷桩) 其平面、剖面布 置图见图2 - - 4 ；单桩2 试验前先打2 0 根塑料排水板，其布置见图2 - 5 ；采用s p b i b 型原生塑料排水 板，涤纶无纺- l i 布滤膜；芯板指标：厚度4 0 - 0 2 m m ，宽度1 0 0 i 2 m m ，纵向涌水量大于3 5 c i n 3 s ； 复合体抗拉强度三1 3 k n 1 0 c m ，延伸率s l o ，其平面、剖面布置图与单桩1 类似。同时在两根单桩成 桩过程中连续对孔压进行测试，可以得到桩周孔压的变化规律。 粉喷桩。塑料排水板 2 2 4 现场群桩试验 、 吨 图2 - 5 试桩2 塑料排水板施工示意图 现场群桩试验的目的是确定群桩施工过程中周n i 士体孔隙水压力增高的范围大小和排水固结后 周围土体强度增长的程度和基本规律，确定群桩施工过程中的排水作用对粉喷桩复合地基强度增强 效果，并结合现场载荷试验和试验路段的监测成果，从而提出粉喷桩复合地基的排水效应计算方法。 群桩布置示意图如图2 - 6 所示，桩呈三角形布置，桩问距2 2 m ，塑料排水板也为三角形布置，每根 桩均处在三根排水板所组成的正三角形的形心位置。 2 3 桩间土强度变化规律 粉喷桩c 塑料排水板 图2 - 6 群桩布置示意图 单桩施工结束后，对两根单桩( 试桩1 为般粉喷桩，试桩2 为排水粉喷桩) 桩周士分别进行 一1 9 第二章排水粉喷桩复合地基现场试验研究 了7 天、1 4 天和2 8 天的静力触探和十字板剪切试验，以揭示施工对周围土体的影响范围和影响程 度以及桩周土的强度变化规律。对距桩周0 2 m 、o 5 m 、1 o r e 、2 o m 处不同龄期的静探结果( 锥尖阻 力和侧壁阻力随深度和龄期的变化曲线) 分别进行分层统计可以得到，试桩1 土层分层静探结果统 计表见表2 - 6 表2 - 9 ，试桩2 土层分层静探结果统计表见表2 - 1 1 一表2 1 4 。对距桩周0 2 m 、0 5 m 、1 o m 、 2 o m 处不同龄期的十字板剪切试验结果统计上两层土体的参数指标得到试桩1 和试桩2 的抗剪成果 表如表2 1 0 和表2 1 5 。 耋! 兰兰兰! 里兰望! ：! 竺圭竺堂篓苎墨竺盐耋 土层冀杂 堡叁里塑生! 兰! ! ! 型璧里塑! ! 坚! ! 编号原状土7 天 1 4 天 2 8 天原状土7 天1 4 天2 8 天 里! ：竺! ：! ：! ! ：竺 ! ! ：! ! ：! !竺：! ! ：! ! 表2 - 7 试桩1 距桩边0 5 m 土体静探结果统计表 丰屋星篓 锥尖阻力q 。( m p a )侧壁阻力( k p a ) 编号原状土7 天1 4 天 2 8 天原状土7 天1 4 天2 8 天 0 3 20 30 8 30 4 1 8 12 0 6 21 9 3 62 7 5 6 罾- 1 0 2 70 30 4 6 0 2 371 98 5 876 46 6 , i - 20 3 10 30 2 9 0 3 343 94 2 243 3 8 1 1 l6 6 1 4 81 7 3 1 65 2 94 7 8 94 9 1 46 05 6 表2 - 8 试桩1 距桩边1 o m 土体静探结果统计表 土层嚣禁 堡查堕塑! ! ! 些! !型壁里垄i ! 坚! ! 编号 原状土 1 4 天 2 8 天原状土 1 4 天2 8 天 表2 - 9 试桩1 距桩边2 o m