对搅拌桩施工扰动效应研究的

4　对搅拌桩施工扰动效应研究的 展望

综合国内外的研究成果，目前研究施工扰动主要是针对静压桩、打入桩等强排土桩，而对于水泥搅拌桩的研究相对较少。随着今后施工过程对周围环境保护要求的不断提高，以及地基处理理论的不断完善，水泥土搅拌桩的施工扰动效应会越来越受到学术界和工程界的重视。

对水泥搅拌桩施工扰动效应进行全面系统的研究，首先必须对单桩和群桩搅拌桩施工引起土体孔隙水压力的变化、地面隆起量、深层水平位移、地基的附加沉降量等进行系统的监测，通过理论分析提出桩周土体工程性质变化的表达式，建立考虑土体结构性和施工扰动的搅拌桩复合地基固结方程，给出地基附加沉降的计算表达式，提出施工扰动的评价方法以及控制措施。具体可以从以下几个方面开展工作：

（1）单桩和群桩搅拌桩施工扰动的试验研究

首先需要进行现场试验研究，制定详尽的试验方案，观测在不同土层、不同水灰比条件下，单桩搅拌桩施工过程中距离施工点不同水平距离、不同深度处孔压的增长与消散情况。观测距施工点不同距离处地表隆起量。分析软土地区单桩施工扰动的影响范围、地表隆起量沿水平向的变化规律、施工引起的超孔压在桩周径向及深度方向的分布规律。监测群桩搅拌桩施工中施工顺序、施工流向和成桩数量对土体扰动的影响并分析影响的规律。

研究水泥搅拌桩的施工扰动效应可借助室内模型槽试验。室内模型试验的装置应包括以下几个部分：浆体喷射装置；搅拌装置；控制喷浆压力以及搅拌头的上升和下降速度、旋转速度的系统；对桩周土体位移场、应力场以及孔压的测量系统。室内模型试验的优点是可以模拟多种工况下的施工扰动，比现场试验的效率更高。

（2）搅拌桩成桩对桩周土体工程性质的影响

搅拌桩施工引起桩周土体的劈裂破坏，造成土体内阳离子浓度上升，含水量下降，强度降低等。可通过室内试验和现场试验，结合理论分析，研究搅拌桩施工对土体渗透系数、压缩系数、不排水剪切强度的影响，给出土体各项参数变化的数学表达式，并分析施工扰动的影响范围。

（3）施工扰动对土体固结特性的影响

水泥土搅拌桩施工过程中，搅拌叶片下沉时必然会破坏土体结构，对周围土体产生挤压和拉裂作用，水泥浆将通过这些裂缝渗入桩周土体中，在桩体周围形成一个厚厚的涂抹层，涂抹层内土体的渗透系数明显低于原地基土的渗透系数，并影响地基的排水固结效果。土体内的超静孔压在施工完成后将逐渐消散，引起土体的再固结，使得复合地基桩土荷载重新分配。对此，应从试验和理论两个方面研究孔隙水压力的计算方法，在平面圆孔扩张理论的基础上建立考虑土体受剪切的空间轴对称解析方程，推导弹性区和塑性区的应力、位移、孔隙水压力的理论解，同时考虑土体初始应力以及静水压力的影响。

由于软土大多数都具有结构性，而土体的结构性一旦被破坏很难恢复。沈珠江认为土体的结构性是21世纪土力学的核心^［15］。王军对结构性软土地基的固结沉降进行了系统的研究^［6］。而搅拌桩施工对土体结构性的破坏，国内外的研究目前仅停留在工程实录阶段。随着人们逐渐认识到结构性对土体固结性状和沉降的显著影响，有必要从土结构性的角度去分析施工扰动的影响机理。进一步的研究可以引入损伤理论考虑施工对土体结构性的破坏，建立考虑土体结构性和施工扰动后渗透系数沿桩体径向和深度方向变化的搅拌桩复合地基固结方程。

（4）施工扰动引起土体附加沉降的研究

通过现场试验观测施工扰动引起的土体附加沉降，分析地基附加沉降产生的机理，建立附加沉降量的计算式，分析减小附加沉降的方法。

（5）水泥搅拌桩施工过程的数值模拟

目前关于施工扰动的数值计算大多是研究静压桩施工过程对桩周土体的影响。另外，对于水泥搅拌桩的数值计算主要是分析上部荷载作用下搅拌桩复合地基的工作性状。而对于水泥搅拌桩施工过程中以及施工完成后周围土体位移场、应力场和孔压的变化也可以通过数值模拟进行分析，这方面的研究目前仍是空白。

（6）建立施工扰动程度的评价体系，提出控制搅拌桩施工扰动的措施

结合现场试验数据，给出搅拌桩施工扰动的评价方法，从土体不排水剪切强度或孔隙比的变化等角度建立评价的依据。针对不同的扰动程度，提出几种可行的控制施工扰动的方法，分别讨论各种方法的控制机理和适用范围。