干振碎石桩法加固技术与试验

9.4.3　干振碎石桩法加固技术与试验

1）概况

在连徐高速公路最典型的液化地基分布段同时进行了干振碎石桩加固技术试验研究，试验场地土层条件和土性指标与上述强夯法场地相类似。试验段根据桩间距分为二段，即1.4m和1.6m试验段，桩径均为500mm，桩长10m，平面均为正三角形布置，面积置换率分别为12%和9%。

试桩施工采用平底活页式走管振动打桩机，振动锤为DE－40型，激振力280kN，振动频率950次／分，锤重36kN，桩管直径377mm，碎石采用1～2～3cm自然级配，每根桩的碎石灌注量按充盈系数1.3考虑，施工顺序采用跳打形式并由外缘向中心进行。

2）干振碎石桩施工对土层的振动效应

通过成桩时地面振动测试和地基中孔隙水压力测试，可以确定干振碎石桩的振动影响，并可作为桩间距及最小安全距离确定的依据，本次测试主要进行了孔隙水压力测试。

孔隙水压力测试结果表明了下面四点。

（1）成桩过程中孔隙水压力变化：干振碎石桩成桩时，开始下沉至底进行第一次投料时产生的超孔隙水压力最大；留振、反插工艺往往使其相应深度处的孔隙水压力增大；施工时随着碎石桩的形成，孔隙水压力呈下降趋势，表示出碎石桩的排水效果。

（2）孔隙水压力随振源距的衰减规律：孔隙水压力一般在桩间中心达到最大，随振源距增大，孔隙水压力迅速衰减；桩长一半处的孔隙水压力随距离衰减较慢，而桩顶及桩底处衰减较快，这与排水路径密切相关；孔隙水压力随振源距的衰减基本符合Δu∝rβ，实测资料表明β约为0.65；施工时对土层的振动影响范围可达5m。

（3）孔隙水压力消散规律：干振碎石桩施工产生的孔隙水压力消散很快，在成桩过程中即有消散，成桩完后，除施工选加因素外，一般在90min内即消散至90%；由于顶部砂层的良好透水性，桩顶部孔隙水压力消散最快；桩身中心处由于排水距离较大，孔压消散最慢。

（4）构筑物最小安全距离：地面振动速度随振源距增大迅速衰减，20m后基本趋近于零；垂直向的速度比水平向衰减快；结合孔隙水压力随振源距的变化规律，综合分析确定5m为干振碎石桩施工时离构筑物的最小安全距离。

3）干振碎石桩加固液化地基效果

（1）土层物理力学性质的变化

加固前后土的物理力学性质指标对比分析表明：处理后土的孔隙比明显减小，说明土层得到了密实；处理后的重度（容重）略有增加；土的抗剪强度明显增大，且主要由于内摩擦角增大所造成，这说明土的力学性质得到了明显改善。

（2）SPT试验结果

经碎石桩处理后地基标贯击数N大幅提高，地表下4～7m范围内标贯击数比处理前提高2～3倍，加固效果最好，深部也有一定程度提高。液化势评价表明碎石桩加固消除了液化。

（3）CPT试验结果

碎石桩处理后，桩间静力触探比贯入阻力PS值显著提高，大大超过了液化临界比贯入阻力P_scr，消除了液化；地表下4～8m范围内加固效果最好，比贯入阻力值比处理前提高了3～4倍。

地表浅部加固效果不明显，甚至略有降低，这主要是由于施工扰动引起以及与试验区桩数较少有关，但随着时间增长地表加固效果有一定提高。

4）碎石桩复合地基液化判别方法

上述对干振碎石桩处理抗液化的效果评价主要依据桩间土强度的变化情况，实际上这是偏保守的。因为干振碎石桩加固液化地基是通过四个作用来实现的，只考虑桩间土时实际上只强调了振密和挤密作用，而没有考虑碎石桩的排水作用和抗剪强度的影响。因此较合理的方法是考虑按复合地基进行液化判别，下面提出的方法可供使用。

按照复合地基理论，地基在承受竖向应力时，桩身与桩间土上应力比按刚度比分配，这一原理同样适用于地基承受剪应力的情况，假定在地震剪应力作用下，碎石桩和桩间土变形协调，则：

式中：σ_P和σ_S——分别为桩身和桩间土的法向应力；

τ_P和τ_S——分别为桩身和桩间土的剪应力；

E_P和E_S——分别为桩身和桩间土的变形模量；

n——应力比或刚度比。

由剪力平衡方程，可推得：

式中：m——桩的面积置换率。

该式表明桩间土的剪应力比平均剪应力τ要小［1＋m（n－1）］倍，而地震剪应力与液化安全系数成反比。因此，桩间土的抗液化能力提高了［1＋m（n－1）］倍，将此系数除以现行规范中的临界值，即得到考虑桩影响的复合地基桩间土的临界公式，如用标贯击数表示则：

据实测结果，式中桩土应力比n＝2～3。

5）影响干振碎石桩加固效果的因素

影响干振碎石桩加固液化地基的效果的因素主要有：设计参数（桩间距、桩位、桩长、充盈系数、级配等）、成桩龄期、施工工艺、土质条件等。

（1）设计参数

连徐高速公路试验段主要针对桩间距和有效加固范围进行了研究。测试结果分析表明：该试验场地碎石桩施工有效加固范围约为4d（d为碎石桩桩径）；从抗液化加固目的出发，桩间采用3d～3.5d是合适的。

（2）成桩龄期

对于亚砂土来说，干振碎石桩施工后，桩间土强度随龄期有一定增长，但增幅不明显，这也说明地基土强度在施工完毕后除了地表扰动有所降低外，深部即有大幅度提高。

（3）施工工艺

施工工艺主要包括振动频率、留振时间、反插工艺和孔口压实等，孔隙水压力测试结果表明，留振、反插工艺对提高加固效果有较大作用，为保证浅部处理效果，孔口压实是必要的。

（4）土质条件

干振碎石桩主要适用于加固砂土和粉土类土，当土层中夹有1m厚以上的淤泥质软土时，会大大影响加固效果；当土层中黏粒含量超过15%时，加固效果甚微。