水泥攪拌樁加固地基沉降特性研究

劉 剛(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)

水泥攪拌樁加固地基沉降特性研究

劉 剛
(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 四川成都 610031)

文章通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，總結(jié)水泥攪拌樁加固地基的沉降變形規(guī)律，為水泥攪拌樁加固地基的設(shè)計(jì)計(jì)算提供依據(jù)。

水泥攪拌樁；沉降；地基；計(jì)算

水泥攪拌樁復(fù)合地基是以水泥或者水泥系材料為固化劑，通過(guò)深層攪拌機(jī)械的作用，將固化劑和原位土在地基深處就地強(qiáng)制攪拌。在這過(guò)程中土與固化劑和其摻和料發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使地基土硬結(jié)成圓柱體的水泥土，從而使地基土得到部分改善，并形成一個(gè)整體性、水穩(wěn)性并且有一定強(qiáng)度的水泥加固土，并和天然地基共同作用而形成復(fù)合地基，并共同承擔(dān)上部荷載作用。

1 工程概況

本論文的試驗(yàn)段取自膠濟(jì)客專(zhuān)的青州直線(xiàn)段，長(zhǎng)度約為12.94 km。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)初勘資料的研究，最終選取上部結(jié)構(gòu)比較類(lèi)似、地基原狀情況也比較相近的現(xiàn)場(chǎng)特征斷面進(jìn)行試驗(yàn)研究，以便于后期進(jìn)行對(duì)比分析。

2 水泥攪拌樁加固地基沉降計(jì)算方法

日本規(guī)范《攪拌混合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》建議下臥層的沉降量采用L/3來(lái)計(jì)算，文獻(xiàn)[1]～文獻(xiàn)[3]對(duì)L/3法都有過(guò)使用，文獻(xiàn)[4]對(duì)其有比較詳細(xì)的描述。L/3法采用的是等代墩基法[5]和擴(kuò)散角法互相結(jié)合的方式，且在計(jì)算過(guò)程中考慮了樁端刺入作用的的影響。對(duì)摩擦型樁，把下臥層的頂面提升到樁端的L/3處(圖1)；對(duì)端承型的樁，計(jì)算時(shí)不考慮樁端的刺入作用，把持力層的頂面處當(dāng)做計(jì)算面的起始面(圖2)。上部的荷載直接傳遞到計(jì)算面上，然后荷載從計(jì)算面開(kāi)始以30°的擴(kuò)散角從兩端向下部擴(kuò)散，然后根據(jù)分層總和法來(lái)計(jì)算每一層的壓縮量Si。由于在每一層上總的附加應(yīng)力相等，據(jù)此可以換算出每一土層上的荷載，每一層上的荷載計(jì)算公式為：

Pi=P×b/bi

(1)

式中：P為上部附加荷載；Pi為第i層土上的荷載。

則下臥層總沉降量S為：

S=∑Si=∑(Pi×Hi/Esi)

(2)

式中：Si為第i層土的沉降量；Esi為第i層土的壓縮模量；Hi為第i層土的厚度。

圖1 摩擦樁復(fù)合地基

圖2 端承樁復(fù)合地基

3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與分析

圖3～圖5分別為3個(gè)現(xiàn)場(chǎng)斷面的地基沉降與時(shí)間實(shí)測(cè)關(guān)系曲線(xiàn)。

圖3 DK218+950斷面沉降-時(shí)間曲線(xiàn)

圖4 DK219+075斷面沉降-時(shí)間曲線(xiàn)

圖5 DK219+100斷面沉降-時(shí)間曲線(xiàn)

從上述現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)關(guān)系曲線(xiàn)中還可以看出，地基表面的沉降總體上是趨于穩(wěn)定的，在路基的施工填筑過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)保持的比較良好，沒(méi)有出現(xiàn)沉降突變的情況，說(shuō)明試驗(yàn)段的地基滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工的要求，安全可靠。

粉土、粉質(zhì)黏土未加固地基路基填筑期為70 d，填筑期沉降為總沉降的90 %；水泥土攪拌樁加固斷面路基填筑期為99 d，填筑期沉降最大可達(dá)到總沉降的95.8 %。

分層沉降觀(guān)測(cè)結(jié)果表明，天然粉質(zhì)黏土、粉土地基距地表以下6 m范圍內(nèi)的沉降量大，約占總沉降的55 %以上。由于地基附加應(yīng)力的衰減，地基沉降量呈非線(xiàn)性降低，沉降速度逐漸減慢。經(jīng)水泥土攪拌樁加固后，加固區(qū)(樁長(zhǎng)5～6 m)沉降約占總沉降的17 %～35.1 %。根據(jù)上述分析，粉土、粉質(zhì)黏土地基經(jīng)水泥土攪拌短樁處理以后，路基沉降量減小，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工要求。

4 水泥攪拌樁加固處理斷面沉降計(jì)算與分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證水泥攪拌樁加固地基沉降的理論計(jì)算方法，分別采用以下的幾種方法來(lái)計(jì)算地基的沉降量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

(1)基底應(yīng)力采用γH法，采用Boussinesq解計(jì)算地基附加應(yīng)力；

(2)基底應(yīng)力采用均布荷載法，采用Boussinesq解計(jì)算地基附加應(yīng)力；

(3)基底應(yīng)力采用均布荷載法，地基沉降計(jì)算采用L/3法計(jì)算。

表1 沉降計(jì)算結(jié)果

注：壓縮層厚度均為0.1法

由表1的計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)于水泥攪拌樁復(fù)合地基，基底應(yīng)力采用均布荷載分布形式和L/3法進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值最為接近。

5 結(jié)論與建議

(1)粉土、粉質(zhì)黏土未加固地基路基填筑期為70 d，填筑期沉降為總沉降的90 %；水泥土攪拌樁加固斷面路基填筑期為99 d，填筑期沉降最大可達(dá)到總沉降的95.8 %。

(2)粉土、粉質(zhì)黏土地基經(jīng)水泥土攪拌短樁處理以后，路基沉降量減小，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和施工要求。

(3)對(duì)于水泥攪拌樁復(fù)合地基，基底應(yīng)力采用均布荷載分布形式和L/3法進(jìn)行沉降計(jì)算，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值最為接近。

[1] 劉志明.客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)地基沉降計(jì)算、預(yù)測(cè)方法研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[2] 邢富強(qiáng).膠濟(jì)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)深厚非飽和土地基沉降特性試驗(yàn)研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[3] 嚴(yán)棟.膠濟(jì)客專(zhuān)非飽和粉土、粉質(zhì)粘土地基的沉降特性試驗(yàn)研究[D].西南交通大學(xué),2008.

[4] 王海龍.高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)天然地基及CFG樁加固地基沉降特性研究[D].西南交通大學(xué)，2010.

[5] 林天建, 雄厚金, 王利群.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指南[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

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[定稿日期]2016-06-15