碎石桩加固液化土地基机理研究

地震荷载,针对碎石桩加固地基模型进行振动台试验，利用 数据采集仪采集不同埋深处的超静孔隙水压力、土压力、土 层加速度的试验数据，并对试验数据进行整合，分析碎石桩

加固液化土模式下土中各个变量之间的变化规律及其内在

联系。分析结果表明，土体遭受地震荷载时,碎石桩加固模 图1振动台 图2 数据采集仪 图3 孔隙水压力计式下其破坏发生在中部，并得到了 土层加速度、孔隙水压力、

土压力与埋深之间的关系，对碎石桩加固液化土机理研究进 行了完善,对实际工程应用提供一定的指导。关键词:碎石桩加固；振动台试验；土压力；土层加速度

中图分类号:TU473.1 文献标志码:A图4 土压力盒

1.2试验方案文章编号:1672 - 4011（ 2019） 09 - 0105 - 03 DOI：10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2019. 09. 051图5加速度传感器试验所用地震波原型由武汉地震研究所提供⑻，经过计

算与调整，将振动台输出值设定为:加速度幅值0.51 g,振动 时间60 s,频率8.74 Hz。试验所用模型箱采用有机玻璃（厚1 cm）制作而成，箱体外缘尺寸54 cm X40 cm X75 cm,周围做套箍加筋处理以提高

0前言饱和砂土在地震荷载作用下会发生液化⑴，进而引发地 质灾害[2一3],导致地面不均匀沉降，在建筑工程上表现为路 面出现裂缝,路基滑移,建筑物倾斜,墙体开裂等现象,因此，

针对砂土抗液化机理及加固方法进行深入研究尤为重要。

其强度和刚度，纵向两侧壁自下向上每隔50 mm设置孔洞

（孔径3 mm）用于排水,并用棉线穿过孔洞以引导水流，同时

国内外很多学者在液化机理及加固方面作了很多探索：4_6],

得到了很多有价值的成果。就目前的研究成果而言,碎石桩

加固砂土由于具有良好的排水挤密作用,在处理液化土方面 得到广泛应用，但其抗液化机理研究方面还有很大的研究空

于箱体下部设置引流槽。试验时在箱体底部粘贴土工布以

增大土体与箱底摩擦，箱体内壁粘贴柔性材料以减小“模型

箱效应” ：8_9]o试验所用土体由太原市南中环桥汾河西岸某住宅小区

间,还有待进一步完善。通过模拟地震荷载,运用振动台试

验,对碎石桩加固地基模型进行试验,采集超静孔隙水压力、

土压力、加速度⑺的试验数据并进行整合,研究加速度与其

施工现场取得,经处理与室内试验,确定土样名为细砂⑻O 试验土体装箱方法为分层填注、分层夯实，装填高度47 cm,

分8层（底层5 cm,以上均6 cm），干密度控制在1.4 g/cm3o他参数间的变化规律，完善碎石桩加固液化土机理研究,为

实际工程提供一定的科学依据。试验所用碎石桩制备:桩体材料为太原市汾河柴村桥附

近河漫滩取得的碎石进行杂质处理、清洗、筛选后所得，制备 时模拟振冲法，将钢管桩预埋在碎石桩位置处预留孔洞，砂

1试验仪器及方案11试验仪器所使用的主要试验仪器有振动台、数据采集系统及传感 器，传感器设置有孔隙水压力计、土压力盒及加速度传感器,详细信息见表1、图1〜5。表1试验仪器电动式振动试验系统土装箱后将碎石分层倒入钢管桩内部,边提管边振捣以挤密 土体⑺O试验用传感器埋设⑺：埋设深度为12 cm、24 cm、36 cm, 孔隙水压力计、加速度传感器埋设方向平行于振动方向，土

试验仪器生产厂商型号苏州试验仪器总厂 DYS-1000 -8 -08压力盒其压力面垂直于振动方向,具体位置见图6。碎石桩桩径35 mm,桩间距取4 d = 140 mm,具体位置详见图6O动态信号采集设备江苏东华测试技术有限公司DH5922孔隙水压力计土压力盒丹东市三达仪器厂丹东市三达仪器厂DYS-3DZ-I加速度传感器 北京时代龙城科技有限责任公司LC16A02□加速度传感器

△硼水助计收稿日期：2019 -04-01作者简介:赵瑞秀（1988 -），女，山西阳泉人，硕士研究生，助教，主要 研究方向：土的工程性质与地基处理。D 土助计图6碎石桩加固模型平面示意图基金项目：山西省“1331”工程专项资助项目（KYQD-03）・105・Vol.45,No.9Sep.,2019Sichuan Buildins Materials43219

6 g 坊GSUI)/赵数良

第45卷第9期2019年9月—24cm—

试验土体装箱后，分次向模型箱内注水静置，土体饱和

度为80%〜90%时再进行试验。.

.2试验结果分析2.1超静孔隙水压力利用数据采集仪采集的初始数据经过换算整理,得到碎

—10-2-1-1-18

26

36■

时IW/46 /S

5b-60

76GSUI)/石桩加固地基模型不同埋深处的孔隙水压力时程曲线见i-e込

餌壬

亠

36■

时IW/

46S

图9 不同埋深处加速度时程曲线2.4综合分析2.4.1超静孔隙水压力综合分析碎石桩加固地基模型中,将在不同埋深处的超静孔隙水

压力峰值及60 s时不同埋深处的超静孔隙水压力值进行分

0

10

20 30 40 50 60 70时间/s析汇总，并绘制成变化曲线见图10o0°水压力/kPa24

图7 不同埋深处孔隙水压力时程曲线水压力/kPa6es-/

0*2

2 3通过对图7分析可得，试验初期,不同埋深处孔隙水压 力急剧上升，并迅速达到峰值，对应峰值分别为5. 5 kPa(36

cm)A4.5kPa(24 cm) ,3. 8 kPa(12 cm);达到峰值以后，不同

埋深处的孔隙水压力均随着时间增长而有较大幅度地降低; 试验结束,不同埋深处孔隙水压力分别降低至2. 8 kPa(36 cm)、2. 3 kPa(24 cm)、2. 1 kPa( 12 cm)。说明由于碎石桩的

(a)峰值

\\X嶷24報

-36X(b) 60s排水作用,孔隙水压力得到消散，减弱液化现象。图10超静孔隙水压力随埋深变化曲线2.2 土压力利用数据采集仪采集的初始数据经过换算整理,得到碎

从图10可知，碎石桩加固液化土，其超静孔隙水压力均 随埋深的增大而增大,在浅层增大幅度较大，在中层、深层增

石桩加固地基模型不同埋深处的土压力时程曲线见图8O大幅度较小；由上述两图对比可得，不同埋深处的孔隙水压

力值均随试验时间的增长而不断减小，其中中层、深层减小

幅度较大，浅层减小幅度较小，说明碎石桩在消散孔隙水压 力方面起到了积极作用。进一步分析图10所示变化曲线，可将其拟合出近似的

方程，有助于推断任意埋深处的孔隙水压力值，拟合结果

如下：超静孔隙水压力峰值随埋深的变化方程为：P二- 0.

0052, 一 ° 334。。图8 不同埋深处土压力时程曲线60 s时超静孔隙水压力值随埋深的变化方程为：P二-

通过对图8分析可得，试验初期,不同埋深处土压力在

0. 0032)2 一 0. 1818Z)。短时间内急剧上升，并迅速达到峰值，峰值分别为80 kPa(36

cm)、140 kPa(24 cm)；随着时间增长，不同埋深处土压力值

拟合式中,P为超静孔隙水压力值,kPa；D为埋深,cmo

2.4.2 土压力综合分析碎石桩加固地基模型中，将不同埋深处的土压力峰值及

60s时不同埋深处的土压力值进行分析汇总,并绘制成变化

基本保持不变，由上图可得,60 s时埋深36 cm处土压力值在

60 kPa左右，埋深24 cm处土压力值在110 kPa左右。2.3 土层加速度利用数据采集仪采集的初始数据经过换算整理,得到碎

曲线见图11(因受数据采集仪的通道数目不足所限,未采集

到埋深12 cm处的土压力值，所用数据取自刘峰［⑹等相同

石桩加固地基模型不同埋深处的土层加速度时程曲线见 图9。试验的数据)。土压力/kPa0g-12土压力/kPa从图9可知，试验初期，不同埋深处土层加速度均在短 时间内逐渐增大并迅速达到峰值，对应峰值分别为2. 0 m/s2

(36 cm)、3. 0 m/s2 (24 cm)、1.5 m/s2 ( 12 cm)；随后,不同埋

亂24深处土层加速度均呈现波动变化的现象直到试验结束。-36(a)峰值

-36(b) 60s图11 土压力随埋深变化曲线对图11进行分析可知，碎石桩加固液化土，其土压力值

随埋深的变化规律为先增大后减小，即中层土压力值最大,

・106・第45卷第9期2019年9月Sichuan Building Materials6 iJ g 坊Vol.45,No.9Sep., 2019浅层、深层土压力值较小;不同埋深处的土压力值均随着时 浅层减震作用较明显,遭受地震破坏主要在中部。2) 根据上述分析可得,碎石桩加固液化土模型中,其孔

间的增长而减小,而且减小地幅度接近相等,这种变化反映

出由于碎石桩的排水固结作用,使土体变得密实,土体承载

隙水压力、土压力、加速度与埋深之间的关系可用近似拟合

能力有一定幅度地提咼。方程来表达，即：P = aD2 + bD,S = cD2 + dD,A = eD2 + fD + g进一步分析图11所示变化曲线，其明显呈现出类似“抛

物线”的变化规律，可将其拟合出近似的方程，有助于推断任

意埋深处的土压力值,拟合结果如下：3) 碎石桩加固液化土，可有效消散孔隙水压力，使土体变密实，在提高土体承载能力、减振作用方面有一定的积极

土压力峰值随埋深的变化方程为：S = -0.254ZP 一 11.

469D作用。 [ID：008379]60 s时土压力值随埋深的变化方程为：S =-0. 20297/ -9. 057D参考文献：[1 ] The committee on soil dynamics of geotechnical engineering divi­

拟合式中,S为土压力值,kPa；D为埋深,cmosion ,ASCE, Defin让ion of terms related to liquefaction, Geotechnical

2.4.3加速度综合分析碎石桩加固地基模型中,将不同埋深处的加速度峰值进 行分析汇总，并绘制成变化曲线详见图12。Engineering Div, ASCE ,1979,104(9) ：1197 - 1200.[2]

袁晓铭，曹振中，孙锐，等.汶川8.0级地震液化特征初步研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(6) ：88 -96.[3]

黄雨，于淼,BHATTACHARYA Subhamoy. 2011年日本东北地 区太平洋近海地震地基液化灾害综述[J].岩土工程学报,

2013,35(5):34 -40.[4 ] A. Casagrande. Characteristics of cohesionless soils affecting the

stability of slopes and earthfills [ J ]. Journal of the Boston Society of Civil Engineers,1936,23(1) ：257 -276.[5]

图12 加速度峰值随埋深变化曲线Seed H B,Idriss I M, Arango I. Evaluation of liquefaction potential using field performance data [ J ]. Journal of Geotechnical, Engi­

对图12进行分析，碎石桩加固液化土，其加速度峰值随

埋深的变化规律为先增大后减小，即中层加速度值最大，浅

[6] [7]

neering, ASCE, 1983 , (3) ：458 -482.汪闻韶•土的液化机理[J] •水利学报,1981,36 (5)：22-34.层、深层加速度值较小;变化曲线呈现出类似“抛物线”的变 化规律，可将其拟合出近似的方程,有助于推断任意埋深处

赵瑞秀.基于振动台试验对不同桩体加固的液化土横向动力 特性研究[D].太原:太原理工大学,2015.的加速度值，拟合结果如下：[8 ]刘建君.多元复合桩加固液化土模型的振动台试验研究[D].

太原:太原理工大学,2012.加速度峰值随埋深的变化方程为：A二-0.002402 —o.

12087) + 1.2[9] P. Meymand. Shaking table scale model test of nonlinear soil - pile -superstructure interaction in soft clay[ D]. Berkeley:Univ of Cal­

3结论1)碎石桩加固液化土模型中，最大加速度出现在中部,

ifornia Berkeley. 1998.[10] 刘峰•钢管桩参与下的复合桩加固液化土振动台试验研究[D],太原:太原理工大学,2013.而浅层、深层均较小，这种变化反映出碎石桩加固液化土在

(上接第104页)适当的材料、探索更新的建造模式。对于桥梁施工人员而

言，要严格按照施工标准进行作业，利用所学的专业知识和

核实,保证一切操作都不影响工程质量。同时，桥梁工程行 业要求桥梁技术人员掌握相关行业必备的知识，必须明白学

到的知识并不是一劳永逸的，而是应该在不断的实践中、摸

相关技能选择合适的方案,充分掌握现场施工技术要点，以 此保障桥梁的最终质量和安全,避免出现因桥梁不稳固而导

索中学习，总结经验,信息时代更要加强终身学习的观念，利 用网络的便捷不断学习新的知识，新的理论,不断提高自身

致的各种安全事故，切实提高桥梁质量，延长使用寿命，以此

更好地满足人们的使用需求。 参考文献：[1] [2]

周海波，陈迎春，廖宏，等•加筋复合注浆法加固桩基施工工艺

[ID：008376 ]的专业水平和职业素养,同时要保证自己在实际施工过程中 尽量少犯低级错误，严格、如实记录施工过程中的数据，以便

施工后期的复查和核对。4结语桩基施工技术的应用范围非常广泛，操作起来也非常的

及应用[JL建筑技术,2015,46(2):79 -80.练广龙，吴泳钿•桥梁水中桩桩基加固应用研究[J] •低温建筑 技术,2014,(5):137 -138.便利，取得的成效也很明显。在实际的建造过程中，应采用

[3] 蔡进宝•桥梁工程施工中的桩基加固技术研究[J].城市建设

相应的工艺和手段不断提高质量，做好品控，同时还要选择

理论研究，2016,6(3)：66 -67.・107・