碎石桩复合地基抗液化初步探讨

【摘要】随着社会的发展，经济得到了长足的增长，我国的建筑事业也得到了蓬勃发展，建筑工程如雨后春笋般不断涌现。在建筑工程施工的现实状况中，很多工程在地基施工中，对地基抗液化施工时是极为重视的，它直接关系到建筑工程的稳固和使用寿命，是建筑工程质量的保证，对于建筑今后使用的安全问题也有重要的作用，因此，现阶段，碎石桩在复合地基的抗液化施工中得到了广泛的应用，针对复合地基液化处理中的一些棘手的问题都有不俗的效果，文章即在此技术上，对碎石桩复合地基抗液化方面进行分析和探讨。

【关键词】碎石桩；复合地基；抗液化；探讨

中图分类号：TU47 文献标识码：A 一、前言 文章对碎石桩复合地基的应用机理进行了概述，通过分析碎石桩复合地基抗液化的作用，并结合自身实践经验和相关理论知识，对碎石桩处理液化土加固作用分析及理论研究成果进行了探讨。

二、碎石桩复合地基的应用机理概述

碎石桩复合地基法是指采用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，将碎石或砂等材料挤压入已成的孔中形成桩体，使桩体及桩间同承担荷载，并同时具有挤密性和置换性。其适用于松散砂土，粉土，粘性土，素填土及杂填土等地基处理，也可用于液化地基的处理。

当发生地震时，饱和砂土地基会发生液化现象，造成建筑物的地基失效，发生建筑物下沉、倾斜甚或倒塌等现象。地基土的承载能力主要来自土的抗剪强度，而砂土或粉土的抗剪强度主要取决于土颗粒之间形成的骨架作用。饱和状态下的砂土或粉土受到振动时，孔隙水压力上升，土中的有效应力减小，土的抗剪强度降低。振动到一定程度时，土颗粒处于悬浮状态，土中有效应力完全消失，土的抗剪强度为零。土变成了可流动的水土混合物，此即为液化。饱和砂土在地震或其他动力荷载作用下会发生液化，归其原因主要是以下两方面：（1）由于地基的密实度不够，加之在动荷载作用下，导致有效应力降低，孔隙水压力上升，从而使颗粒处于悬浮状态，这时候地基承载力已经超过了所承受的范围，造成地基变形增大；（2）在地震作用下，产生的孔隙水压力是不能及时消除的，从而加快了地基的喷砂冒水或砂土的流动。

三、碎石桩复合地基抗液化的作用

1.增加桩周土的密实度。

采用振动技术来加密松砂的概念易于理解，这里仅从抗液化的角度来总结和分析。按照施工方法的不同，振动碎石桩又可分为干振碎石桩和振冲碎石桩两种。振冲碎石桩在成孔和挤密碎石的过程中桩周土体在水平振动力作用下产生径向位移，使桩间土密度提高。同时，振冲器的振动力加速了饱和砂土中的传播振动速度，从而使振冲器周围一定范围内的砂土受到反复的循环荷载和振动作用，最终导致了振动液化的产生，在振动液化作用、上覆土压力、重力、填料挤压力的作用下碎石桩符合地基进行重新排列，使得碎石中的孔隙比减小，从而桩体积不断收缩，逐渐趋于密实，从而形成密实的碎石桩复合地基。但因短时间内充满土孔隙中的水难以及时排出，土孔隙无法减小，体积不能发生变化，土粒间的有效应力逐渐转变为超孔隙水压力。随着震动的持续作用．土中超孔隙水压力通过不断地聚集、提高、当其值达到相应的固结压力时，粒间应力(即有效力)为零，这样使土粒之间的接触为零，因此也就出现了液化现象。而饱和松砂在碎石桩施工过程中得到进一步的振密和挤密，使得原本容易液化的疏松土体进一步的得到加固，最后形成了密实的土体。一旦遇到地震作用，由振密引起的超孔隙水压力产生的几率基本为零，这样就大大减少和消除了碎石桩的液化趋势。综上所述，要防治液化的产生，可以通过增加砂土的密实度来实现。饱和砂土在碎石桩施工过程中能够得到振密和挤密，将原来易产生液化的疏松土体加固成密实的土体，同时也增加了水的渗漏通道，如此，在地震作用下，土体的密实度变化小，产生很小或不产生震动引起的超静孔隙水压力，大大消除了地基的液化趋势。

2.通过桩体的排水作用来抑制桩间土超静孔隙水压力的增长。碎石桩复合地基中的桩体是以渗透性很强的碎石填筑，形成了很好的排水通道，缩短排水路径，加速了超静孔隙水压力的释放，从而增强了土体的抗剪强度，因此在地震或其他动力荷载作用下孔隙水压力不能积累增长，也就不会发生地震液化。

3.碎石桩的预震作用

美国Seed等人的试验表明，受过预震影响的砂样，它的抗液化能力相对那些未曾受到过预震密实度为Dr=80％的砂样，在经过一定应力循环次数下，当两试样的相对密实度达到相同的程度时，如果要想造成经过预震的试样发生液化时，所需施加的应力应比那些未经预震的砂样要有所提高，大约提高46％即可。因此，这就得出致使砂土液化特性产生的原因除了砂土地基的振动作用外，还有与砂土的相对密度有密切的关系。在工程施工过程中，砂土预先振动而不产生液化后，在结构中不稳定的颗粒就会滑落形成较为稳定的结构，进一步提高了碎石桩的抗液化能力，同时施工中的振动作用有利于挤密土层，更好的使碎石桩获得预震效果，因此，振动作用是不可忽视的必要环节，这大大增强了地基的抗液化能力。4．碎石桩的减震作用。竖向静力荷载作用下碎石桩的荷载分担作用已经有了进一步的深入研究，同时也在一定程度上取得了进展。但是对于在动荷载作用下，桩体效用的发挥及对复合地基抗液化贡献的研究目前还是很缺乏的。由于碎石桩复合地基中桩体的刚度远超过桩间天然土体的刚度，因此地震荷载将因地基地初始应力状态和刚度的变化而使应力重力得到重新分布。近几年，针对碎石桩复合地基桩土应力重分布在民用工业上的研究表明碎石桩除了可以分担上部垂直荷载的作用外，还可以通过分担振动剪应力来抵抗砂土的液化，更好的实现碎石桩的减震作用，碎石桩复合地基中桩土分别的震剪应力重分布的概念由Baez和Martin提出。通过在现场对碎石桩加固前后地面加速度的测量和剪切波的量测，更好的定性反映桩体分别剪应力的情况。同时通过采用振动打桩机作为激振源，在加固区桩间土上和未加固区天然地基上分别测出了地面振动加速度值，提高土体抗液化的效果

四、碎石桩处理液化土复合地基抗液化的理论研究进展

20世纪90年代以后，在碎石桩排水效应和桩体效应方面的研究现已得到了长足进展。徐志英_根据Seed在1977年提出的复合地基桩间土动力控制方程，通过对其中涉及到的性质进行简化，从而求得了适用于地震期间和地震结束后桩问土孔压的一般解析公式，当时得出的结论对现阶段针对排水减压理论研究有很大的影响，大多数理论是在之前的基础理论上进行修正和改进的。徐志英将Biot固结方程引入到地震孔隙水压力消散和扩散过程中，提出了一种二维伪相互振动固结方程，周健、徐志英进而推广到三维空间，并在计算过程中分段考虑了孔压的增长、消耗和扩散过程，一些研究把此理论应用到碎石桩抗液化分析当中，得到很好的效果；1998年-2000年期间，东南大学刘松玉等也研究了干振挤密碎石桩处理高速公路液化地基效果，并给出了桩体应力集中、排水减压和挤密效果的有关结论；刘金韬5从排水井的角度提出一种确定桩间距的方法。

五、结束语

我国碎石桩复合地基抗液化施工起步较晚，相比于西方一些现金国家的施工工艺，还存在一定的差距，碎石桩复合地基抗液化施工技术在建筑工程中是非常重要的，在一些稍微复杂的地质中，是一项必不可少的技术。因此，施工技术的研究和实践是非常重要的，加强碎石桩复合地基抗液化施工技术的研究和实践关系到我国建筑工程和经济发展，必须予以高度重视。

参考文献：

[1]邵莹.碎石桩复合地基抗液化中的优势[J].建筑风.2011(50):118-120.[2]刘恬.复合地基处理中碎石桩的应用[J].北京:工程施工,2009(10):225-227.[3]穆岩.振冲碎石桩的不同地基中的作用[J].建筑工程,2012(35):1162-1165.

[4]沈冬雪.复合地基的抗液化措施[J].地基施工,2011(85):166-169.