复合桩加固液化土机理研究现状分析

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桩基础在液化地基中应用

作者：白如云

来源：《世界家苑·学术》2017年第05期

摘要：应用桩基础来开展基层液化土加固可帮助提升工程结构使用稳定性。文章首先分析了液化地基的危害以及判别条件，在此基础上重点探讨桩基础应用在液化地基加固中的设计要点，以及技术功能实现的具体方法，帮助提升地基加固后的稳定性，有效解决液化土地基所带来的使用危害。

关键词：桩基础；液化地基；基层加固

一、液化地基的内涵、危害及判别

1、液化地基的内涵

地基土壤中含有足量水分，并处于一个均衡状态，此时地基土壤处于固体稳定状态，一旦遇到震动在力的作用下稳定的固体地基会瞬间转变成为液体，土壤与水分混合在一起，这一现象被称之为地基土液化。在松软的沙土基层中这种现象最常出现，地基土壤由固态向液态变化后会影响到承载能力，已经建设完成的工程中含有液化地基会造成工程结构塌陷损坏，不能继续安全使用。液化地基属于不稳定基层的一种表现，通常在对基层加固处理时便会解决这一问题，只有质量不达标的工程中才会出现地基土液化现象，工程建设施工监管中也会重点针对这部分进行，确保工程基层稳定才能继续进行后续建设施工任务。

2、液化地基的危害

液化地基首先会影响到工程的使用安全，尤其是在地震高发的区域，液化地基一旦受到地震力的影响会出现状态变化，由原有的固态转化成为液态，水与沙土混合在一起，威胁到建筑结构。基层结构受力状态改变后建筑结构也会因此产生裂缝，尤其是正在使用中的建筑物，一旦坍塌将造成严重的生命财产隐患。液化性质严重的基层在车辆通行引发的震动中都可能造成液化现象发生，出现这种变化后基层的整体抗剪应力会明显降低，达不到承载标准，土壤向压力小的部分流动，造成部分地面坍塌。液化后的水分饱和沙土在某一问中集中后会涌出向地面，在地面上形成一个土壤堆积的沙丘。

水泥搅拌桩复合地基分析与应用

【摘 要】水泥搅拌桩在软土处理中具有很好的效果，但其加固和破坏机理研究还不够完善，通过对水泥搅拌桩复合地基的工程特性、施工工艺以及质量控制措施的分析介绍，进一步完善其在工程中的应用。

【关键词】复合地基；水泥搅拌桩；加固；工程应用

0 引言

水泥搅拌桩是加固饱和软土地基的一种方法，利用水泥和软土之间产生的物理化学反应，将软土加固成具有整体性、水稳定性、强度高的地基。加固过程充分利用了原土地基，具有施工方便、成本低、加固软土较深的优点。

水泥深层搅拌有干法和湿法两种，区别在于干法往土体中加入的是水泥粉，而湿法加入的则是水泥浆，可以根据软土中含水量确定采用哪种方式。水泥的搅拌法能在边坡支护、水利工程、复合地基中广泛应用，通过搅拌桩形成的水泥墙、防渗墙具有良好的支护、防水作用，对提高地基承载力，减小地基变形有很好的效果。但目前对水泥搅拌桩法的加固机理和破坏机理等理论研究还存在一定的缺陷，在应用过程中会遇到各种问题，通常在施工时先通过试验室和现场的荷载试验、原味测试等来确定搅拌桩的适用性、施工工艺以及技术参数等。

1 水泥搅拌桩复合地基的工程特性分析

1.1 水泥搅拌桩复合地基的加固机理

水泥和软土的硬化机理和水泥混凝土的硬化有一定的不同，在混凝土中主要是水泥的水解和水化作用，凝结速度和强度提高都比较快，在软土中水泥掺加量大概占到土体的15%，相对含量少，拌和上也达不到混凝土的充分程度，加上软土的松散，具有一定的活性，导致水泥的硬化复杂，过程缓慢。其加固土体的机理通常有以下三个过程：

水泥水解和水化反应，主要受到含水量的影响，在土体含水率小时如果采用干法施工，会造成，施工难度大，水泥不能充分水解和水化，影响加固效果。

粘土颗粒和水泥水化产物的作用，水泥水化反应的产物会和土体产生离子交换和凝结作用，水泥水解和水化越彻底，硬化效果就越好。

碳酸化作用，通过水泥水化产物的胶结作用，加强土体的强度，在施工中要强制搅拌，避免出现土块和水泥团，搅拌越充分，混合土越均匀，土体总体强度就越大。

２Ｏｌ３　第８卷第３期　技术应用　２Ｏ１３　Ｖｏ１．８　ＮＯ．３　

饱和砂土地震液化机理分析及地基处理的应用　

赵洪　，伊丽娟　

（１．山西大同大学煤炭工程学院，山西大同０３７００３；２．大兴安岭职业学院，　黑龙江加格达奇１６５０００）　

摘要：饱和砂土在地震荷裁作用下极易发生液化，对工程建筑造成危害。本文探讨了地震力作用下饱和砂土的液化机　理。通过实例说明ｃＦＧ桩和碎石桩共用具有明显的抗液化效果，并提出ＣＦＧ桩和碎石桩抗液化，需进一步研究的问题。　关键词：地震；砂土液化机理；地基处理；碎石桩　中图分类号：Ｐ６４２．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—１９０３（２０１３）０３—００５８—０３　

０引言　

地震是最常见的地质灾害，它除了本身的破坏性以　外，还可以引发许多次生灾害，砂土液化就是其一。砂土　

液化给建筑工程产生了很大的破坏作用，必须加以重视，　并减轻砂土液化的危害。￣／Ｉ］１９６４年日本新泻（Ｎｉｉｇａｔａ）发生　

的７．６级地震，由于靠近河岸大面积砂土地基发生液化，　大量建筑物遭到破坏，坍毁房屋２１３０栋，严重损坏６２００　

栋，轻度损坏３１２００栋；１９６６年我国邢台发生的６．７级地　震，沿着滏阳河及支流两岸，在南北长约６０ｋｍ，东西宽约　１０￣２０ｋｍ的地区内，发生砂土液化，引起的喷砂冒水造成　了大量的堤防坍滑，河道、建筑物破坏…；１９７６年我国唐山　

发生的７．８级强地震，震后数分钟地表开始大面积砂土液　

化，喷水、冒砂达数小时，引起地表开裂与下沉，并最终使　

建筑物成片裂塌。我国是一个多地震的国家，在以往的多　次强烈地震中，由于砂土液化造成的各种损害相当严重。　

１　砂土液化的机理　

饱和砂土是砂和水的复合体系。饱和砂土在地震荷　

载作用下会发生液化，其原因在于：一是地基的密实度不　

足，在动荷载作用下孔隙水压力上升，土体的有效应力降　低，颗粒处于悬浮状态，使地基承载力不足，变形增大；二　

作者简介：赵洪（１９７９一），男，，硕士，研究方向：岩土工程。　是在地震荷载作用下产生的孔隙水压力不能及时消散，　

碎石桩处理液化硝土地基试验研究　薛敬岩　（中铁十九工程有限公司第三分公司，辽宁辽阳１１１０００）　【摘要】饱和松散的砂土在机器振动力、车辆荷载、地震力或其他动力的反复作用下，易发生液化，使　地基土体丧失抗剪强度和承载能力，从而引起工程结构的破坏。文章在详细阐述碎石桩加固机理的基础上，　结合具体工程实践，对碎石桩加固液化砂土地基的效果进行了评价，为工程建设提供了参考依据。　【关键词】砂土液化；碎石桩；加固机理；试验研究　【中图分类号】ＴＵ４１３．５　我国是一个多地震国家，在以往的多次强烈地震中，因　饱和砂土液化而引起工程结构的破坏占有相当大的比例。　美国国家委员会（Ｕ　Ｓ．ＮＲＣ）认为　Ｊ，工程结构在地震灾害　中破坏的显著原因之一是结构物之下或周围的土体发生了　液化。虽不排除其他土层发生液化的可能性，但液化现象常　常与饱和砂土联系在一起。１９世纪６０年代以来，世界范围　内地震活动频繁发生，特别是在１９６４年日本新滴（Ｎｉｉｇａｔａ）　地震和美国阿拉斯加（Ａｌａｓｋａｎ）地震引起的大规模饱和砂土　地基液化而造成各类建筑物的严重破坏极大地推动了人们　对砂土液化特性的深入研究。　针对饱和砂土发生液化的原因，出现了多种可液化土层　的处理方法，如换土、压密、采用桩基、加人固化剂、设置地下　围护墙和碎石桩等。其中，碎石桩由于具有施工方便、成本　低廉、加固效果好等优点，近年来在工程中得到了广泛应用，　并逐渐发展成为一种应用广泛的抗震防液化加固手段，而且　这种加固技术的有效性已经得到实际地震的证实　。　本文将对砂土液化机理和碎石桩加固机理进行深入阐　述，并在此基础上结合具体工程实践，对碎石桩加固砂土液　化地基的效果进行评价，从而为工程设计提供参考依据，为　科学研究积累大量数据。　１碎石桩加固机理　碎石桩对液化土地基的加固主要表现为如下几个方　面　。　（１）挤密作用：对挤密碎石桩，由于在成桩过程中桩管对　周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体积的砂挤向桩管周　围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大；在灌　注碎石后的振动、反插也使周围土体受到挤密，并且很多碎石　骨料也被挤入土中。这种强制性的挤密使得砂土的相对密实　度显著增加，孔隙率降低，于密度和内摩擦角增大，土的物理　力学性能改善，使地基承载力和抗液化能力大幅度提高。　（２）振密作用：在成桩过程中，激振器产生的振动通过导　管传给土层使得其附近饱和土地基产生的孔隙水压力，导致　部分土体液化，土颗粒重新排列趋向密实，从而起到振密作　用。　ｌｌＯ　【文献标识码】Ｂ　（３）排水减压作用：对砂土液化机理研究表明，当饱和松　砂受到剪切循环荷载作用时，将发生体积的收缩并趋于密　实。在砂土无排水条件时，体积的快速收缩将导致超静孔跛　水压力来不及消散而急剧上升，当砂土液化被触发后，地基　抗剪强度急剧下降，形成完全液化。碎石桩加固砂土时，桩　孔内充填碎石为粗颗粒料，在地基中形成渗透性良好的人工　竖向排水减压通道，可以有效地消散和防止超孔隙水压力的　增高和砂土液化，并加固地基排水固结。　（４）预震作用：美国Ｓｅｅｄ等人研究表明，砂土液化特性　除了与土的相对密度有关外，还与其振动历史有关。砂土预　先振动而不产生液化后，结构中的不稳定的颗粒滑落形成较　为稳定的结构，抗液化能力得到提高。碎石桩在施工时振动　作用在土层挤密的同时还获得预振，这对增强地基的抗液化　能力极为有利。　（５）置换作用：在下覆层设置碎石桩，由于碎石桩的模量　大于桩间土模量，因此起到竖向增强体作用。在坡角外一定　范围内设置碎石桩，使得复合地基的内摩擦角增大，抗剪强　度提高，有效地抑制地基的侧向位移：在地震荷载作用下，坡　角范围内的碎石桩在起排水作用的同时，置换作用增强土体　稳定性也明显体现出来。　２工程概况　２．１水文地质情况　某高速公路一段地基位于黄河冲积平原区，该段地震液　化地层主要为表层第四系全新统粉细砂层，厚度一般为３　ｍ　～９　ｍ，有的地方分布较厚，为１１　ｍ～１３ｍ。全段液化土地基　地下水位埋约０．５　ｍ～１．０　ｍ，地下水的类型主要为孔隙潜　水，该段根据《中国地震参数区划图》（ＧＢ１８３０６—２００１）。地　震动峰值加速度为０．１　ｇ，地震动反应谱特征周期为０．４３ｓ　（相当于原地震烈度７度区）。　根据水文勘测地质显示，该地区地表水丰富，大气降水　［收稿日期］２００６—０７—１４　［作者简介］薛敬岩（１９７３～），女，吉林洮南人，大学本　科，工程师。　四川建筑第２７卷２期