預制雙灰樁纖維立體圍護材料性能研究

呂增仁　張　紅　任曉林　王霽華

本文通過對自行設計開發的預制雙灰樁纖維立體圍護材料的特性分析，驗證了其在超軟地基上應用的可行性，結果表明其加固效果良好。

This paper analyzed the features of three-dimensional enclosure fiber material which was used in prefabricated double-ash piles, verified the possibility of its application in super soft foundation, and the results showed a good reinforcement effect of the material.

隨著我國基礎建設的快速發展，道路工程建設和一般場地的地基加固處理將遇到許多新的課題，特別是在大型城市經濟圈如天津濱海新區進行地基加固處理時，需要一種既要保證地基處理效果和隱蔽工程的安全性，又要解決環境保護問題的成樁方式。

天津濱海新區大多屬沿海灘涂地帶，經地質勘測屬第四系全新統陸相沉積層、海相沉積層及上更新統陸相、海相沉積層，局部表覆人工堆積層，地基土按成因及時代分為 7 層，按土的物理力學特征分為 12 個亞層。地表至 －10 m處含水較高，屬工程地質軟弱層。

1軟土地基處理常用方法

1.1淺層處理法

該法適用于表層軟土厚度小于 3 m的軟土地基的處理，采用換填、拋石等方法進行處理。拋石排淤宜在地表鋪設網狀材料或土工織物。

1.2排水固結法

在軟粘土中施加附加應力，孔隙水沿豎向排出而產生固結，軟土的抗剪強度隨固結壓力的增加而顯著增長。常用的豎向排水體有袋裝砂井、塑料排水板及其他種類的土工合成材料復合排水體。

1.3深層攪拌法

該法是用某種專用機械將軟土地基局部的軟土用樁體加固材料改良，加固材料與土拌合形成樁體，樁與樁間軟土形成復合地基。在樁體的置換效應、應力集中效應的作用下，使總沉降減少。

1.4石灰樁法

該法采用鋼套管成孔，將石灰與水硬性摻合料混合后灌入孔內，在拔管的同時進行振密或夯實。利用混合料吸取樁周土體中的水分進行水化反應，使樁四周土體的含水量降低、孔隙減小，土體擠密和樁體硬化。

預制雙灰樁的方法為：將不同比例的生石灰和摻和料混合，用機械或人工灌入特殊工藝織造的纖維立體圍護材料中，在現場用施工機械靜壓預制導管，裝入纖維立體圍護材料預制雙灰樁而形成復合地基。

基于天津濱海新區的特殊地質狀況，以及施工質量的可靠性、工程造價、施工設備條件、環境保護等因素的綜合考慮，預制雙灰樁為一種環保和較為經濟的復合地基處理方式。

2纖維立體圍護材料的特性

（1）根據復合地基的設計要求，選擇可靠性強、經濟適用的纖維圍護材料，是預制雙灰樁的關鍵。纖維立體圍護材料采用不同性質的兩種纖維。A纖維具有高荷載、抗沖擊、抗老化性能，在基樁中起到軟筋加固作用；B纖維具有濕強力低、遇堿強力更低的性能，深埋地下可降解，起到使樁體與周圍土固結和底部連接的作用。

（2）織物設計為一次成型管袋狀，不需縫紉加工，直徑 40 cm、長 6 m。織物采用異經異緯變化經緯密的雙層組織，布面形成網格狀圍護材料袋體，接縫處采用單層組織。織物在機上為條狀織物，下機經熱熔剪切形成管袋狀織物。

（3）纖維立體圍護材料的各項性能指標（表 1、表 2）。

（4）纖維立體圍護材料的性能分析

① 織物孔隙 < 0.5 mm，灌入生石灰和粉煤灰混合料后不會漏灰；② 以 6 m長管袋為標準，一次灌入 380 kg雙灰混合料，織物的經緯強力指標可保證管袋不破裂，并在運輸中不折斷，管袋具有高荷載、抗沖擊性能；③ 織物透水性強，滲水性為 0，抗濕性為 1 級，有較好的滲透性，在淤泥中水能進入管袋中與雙灰混合料發生放熱膨脹反應；④ A纖維屬高強纖維，具有良好的耐熱、耐酸堿、抗老化特性，可形成耐久性筋狀加固網，起到軟筋作用，便于預制雙灰樁和增強基樁的抗壓能力；⑤ B纖維干濕強力差異較大，干強為 1.6 cN/dtex，濕強為 0.8 cN/dtex，在淤泥中短時間內部分織物可喪失強力破裂且具有較好的降解性，與周圍土體相融凝結成一體。

3纖維立體圍護材料預制雙石灰樁的加固作用

3.1擠密

在土體中預制雙灰樁，圍護材料潤濕后B纖維的伸長率 > 20%，A纖維的伸長率 > 30%。由于A、B纖維在濕狀態中的伸長率差異，織物中B纖維部分收縮大于A纖維，從而形成凹凸手雷狀樁體，加大樁間土與凹凸不平的樁體摩擦力，并與樁邊一定范圍內的土體結合，起到較強的加固效果。

3.2排水固結

纖維立體圍護材料中A、B纖維的面積比為 1∶8，A纖維吸水差，B纖維吸濕后截面膨脹率可達 50% ～ 140%，這就使圍護材料形成了均勻良好的透水通道。雙灰混合料滲透系數在 4.07×10－3 ～ 6.13×10－5 cm/s之間，相當于粉細砂，排水效果良好，水平向的排水路徑短，有利于樁間土的排水固結。

4靜載試驗分析

在天津濱海新區臨港工業區津晉高速公路互通立交軟土地基中進行靜載試驗（表 3），方形承載板的尺寸為 1 m × 1 m，最大載荷為 80 kPa。P – S曲線如圖 1、圖 2 所示。

根據表 3、圖 1 和圖 2，纖維立體圍護材料預制雙灰樁的最大沉降量較低，比無圍護樁低 40.9%，但回彈率較高，比無圍護樁高 51.7%，表明纖維立體圍護材料預制雙灰樁對軟土地基的加固效果優于無圍護樁。

通過對纖維立體圍護材料預制雙灰樁的試驗，分析了纖維圍護材料的特性，驗證了其在超軟地基上應用的可行性，表明纖維立體圍護的預制石灰樁承載力大于無圍護樁，加固效果良好。