基于不同樁體加固模式的液化土動(dòng)力特性分析★

崔志平 牛琪瑛

(1.山西誠達(dá)公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030024； 2.太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024)

0 引言

研究表明2008年5月12日的8.0級(jí)汶川大地震的液化范圍幾乎涉及了所有主震區(qū)，噴砂冒水現(xiàn)象嚴(yán)重，噴水高度從幾十厘米到十幾米不等，冒水現(xiàn)象造成樁基不同程度破壞。因此，分析地震作用引發(fā)地基土液化，其加固機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)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(fù)合樁加固液化土孔隙水壓力、土壓力變化規(guī)律及內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)實(shí)際工程中碎石樁與水泥土樁復(fù)合加固液化土的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)在太原理工大學(xué)工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)中心——振動(dòng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

試驗(yàn)用土取自太原市南中環(huán)橋西汾河西岸的某個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的基坑內(nèi)，土樣為可液化土—細(xì)砂。采用的模型箱斷面形狀為矩形，材料選用有機(jī)玻璃，尺寸為540 mm×400 mm×750 mm，壁厚為1 cm。提前制備試驗(yàn)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(shí)進(jìn)行。裝箱填土高度47 cm，分8層進(jìn)行，底層高度為5 cm，其上均為6 cm，分層填注壓實(shí)。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(fù)合樁加固液化土?xí)r程曲線分析

2.1 超靜孔隙水壓力

將試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過換算得到水泥土樁與碎石樁復(fù)合樁加固地基模型在不同埋深處的孔隙水壓力時(shí)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(dòng)開始后急劇增大達(dá)到峰值，隨后隨著振動(dòng)持續(xù)超靜孔隙水壓力呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，振動(dòng)到60 s時(shí)，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(zhǎng)。

2.2 土壓力

將數(shù)據(jù)采集儀的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過換算、整理，得到水泥土樁與碎石樁復(fù)合樁加固模型在不同埋深處的土壓力時(shí)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(shì)相同，均是先增大后減小，其后一直不變。振動(dòng)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(shí)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(xiàn)“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(fù)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(shì)。

3.2 土壓力綜合分析

對(duì)不同加固液化土模型土壓力峰值統(tǒng)計(jì)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(xiàn)“拋物線”型變化趨勢(shì)，中層最大，淺、深層較小，中層土壓力峰值表現(xiàn)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(yīng)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(cè)向力方面比較差，而碎石樁排水使土體變密實(shí)，增強(qiáng)土體抵抗水平力的能力。

4 結(jié)語

分析不同加固液化土模型各個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律及其聯(lián)系，得到如下結(jié)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(fā)生在地表，隨著振動(dòng)荷載持續(xù)作用向下發(fā)展，但樁在土層中部分擔(dān)大部分水平剪應(yīng)力，起到抵抗地震荷載作用。

2)碎石樁隨振動(dòng)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(dān)較少，說明碎石樁本身作為散體樁在抵抗側(cè)向力方面比較差，只有靠碎石樁加固的復(fù)合地基共同承擔(dān)抵抗水平力的作用，并且加速度最大值出現(xiàn)在中部，說明動(dòng)力敏感區(qū)在此處，液化破壞首先發(fā)生在中部，再向上發(fā)展。

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