基于不同樁體加固模式的液化土動力特性分析★

崔志平 牛琪瑛

(1.山西誠達公路勘察設計有限公司，山西 太原 030024； 2.太原理工大學建筑與土木工程學院，山西 太原 030024)

0 引言

研究表明2008年5月12日的8.0級汶川大地震的液化范圍幾乎涉及了所有主震區，噴砂冒水現象嚴重，噴水高度從幾十厘米到十幾米不等，冒水現象造成樁基不同程度破壞。因此，分析地震作用引發地基土液化，其加固機理具有重要的現實意義。本文提出水泥土樁與碎石樁共同加固液化土。通過分析單樁、復合樁加固液化土孔隙水壓力、土壓力變化規律及內在聯系，對實際工程中碎石樁與水泥土樁復合加固液化土的應用有一定的指導意義。

1 試驗設備

本次試驗在太原理工大學工程力學實驗中心——振動實驗室進行。

試驗用土取自太原市南中環橋西汾河西岸的某個施工現場的基坑內，土樣為可液化土—細砂。采用的模型箱斷面形狀為矩形，材料選用有機玻璃，尺寸為540 mm×400 mm×750 mm，壁厚為1 cm。提前制備試驗所用水泥土樁，材料有水泥、砂土和水，水灰比為0.5。碎石樁與模型箱裝土制備同時進行。裝箱填土高度47 cm，分8層進行，底層高度為5 cm，其上均為6 cm，分層填注壓實。水泥土樁和碎石樁采用正方形布樁，樁體及傳感器位置詳見圖1。

2 復合樁加固液化土時程曲線分析

2.1 超靜孔隙水壓力

將試驗原始數據經過換算得到水泥土樁與碎石樁復合樁加固地基模型在不同埋深處的孔隙水壓力時程曲線如圖2所示。

由圖2得，不同埋深處的超靜孔隙水壓力均在振動開始后急劇增大達到峰值，隨后隨著振動持續超靜孔隙水壓力呈現逐漸降低趨勢，振動到60 s時，埋深12 cm,24 cm,36 cm處的超靜孔隙水壓力值分別減小在2.8 kPa,4.0 kPa,4.5 kPa左右。無論超靜孔隙水壓力峰值還是衰減值，均隨埋深的增加不斷增長。

2.2 土壓力

將數據采集儀的原始數據經過換算、整理，得到水泥土樁與碎石樁復合樁加固模型在不同埋深處的土壓力時程曲線如圖3所示。

由圖3可以看出，不同埋深處土壓力的變化趨勢相同，均是先增大后減小，其后一直不變。振動6 s后，土壓力保持在125 kPa,90 kPa,55 kPa左右不變；土壓力淺層最大，中層次之，深層最小。

3 不同加固形式下超靜孔隙水壓力、土壓力綜合分析

3.1 超靜孔隙水壓力

液化土不同加固模型超靜孔隙水壓力4 s時峰值隨埋深變化如圖4所示。

由圖4可以看出，埋深0 cm～12 cm，不同加固方式下超靜孔隙水壓力峰值均呈現“線性”變化，未加固與水泥土樁加固大于碎石樁參與的加固模型；埋深12 cm～24 cm未加固與水泥土和碎石樁復合加固超靜孔隙水壓力峰值隨埋深均有增加，其余加固形式變化較少；埋深24 cm～36 cm未加固與所有加固形式都隨埋深呈增大的分布趨勢。

3.2 土壓力綜合分析

對不同加固液化土模型土壓力峰值統計整理繪制出隨埋深變化見圖5。

從圖5可以看出，不同加固液化土方式下土壓力峰值隨埋深均呈現“拋物線”型變化趨勢，中層最大，淺、深層較小，中層土壓力峰值表現水泥土樁參與加固模型的土壓力峰值最大，未加固與多根碎石樁加固次之，單根碎石樁加固最小。說明水泥土樁有抵抗水平剪應力性能，四根碎石樁加固土壓力大于一根碎石樁加固，表明碎石樁本身作為散體樁在抵抗側向力方面比較差，而碎石樁排水使土體變密實，增強土體抵抗水平力的能力。

4 結語

分析不同加固液化土模型各個參數的變化規律及其聯系，得到如下結論：

1)水泥土樁不能有效地消散孔隙水壓力，地表加速度值最大，液化首先發生在地表，隨著振動荷載持續作用向下發展，但樁在土層中部分擔大部分水平剪應力，起到抵抗地震荷載作用。

2)碎石樁隨振動荷載作用，水體排出，孔隙水壓力減少，土體變密，但土壓力分擔較少，說明碎石樁本身作為散體樁在抵抗側向力方面比較差，只有靠碎石樁加固的復合地基共同承擔抵抗水平力的作用，并且加速度最大值出現在中部，說明動力敏感區在此處，液化破壞首先發生在中部，再向上發展。

由此得出，液化土最好采用碎石樁與水泥土樁聯合加固，孔隙水壓力得到消散，分擔大部分水平剪應力，加速度變化也由地表敏感變為中部，隨著水體排出，土體密度增大，加速度越來越小。