樁網(wǎng)復(fù)合地基土工格柵加筋效應(yīng)的試驗(yàn)研究

1、第25卷增12006年2月巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringVol.25Supp.1Feb.2006樁網(wǎng)復(fù)合地基土工格柵加筋效應(yīng)的試驗(yàn)研究曹新文(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院卿三惠2610031四川成都周立新640031)3四川成都2.鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院四川成都6400313.成都鐵路局摘要摘要降以遂渝鐵路松軟地基為工程背景原位測(cè)試了鋪設(shè)與不鋪設(shè)土工格柵兩種情況的粉噴樁復(fù)合地基的剖面沉分析結(jié)果表明樁頂和樁間土的土壓力與填土高度成正比鋪設(shè)土粉噴樁+土工格柵加筋墊層復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比為3.75加筋文章編號(hào)文章編號(hào)1000691

2、5(2006)增1316206樁頂和樁間土的土壓力土工格柵拉力工格柵能有效改善附加應(yīng)力的傳遞土工格柵的拉力與沉降成冪函數(shù)關(guān)系關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞基礎(chǔ)工程TU47粉噴樁中圖分類號(hào)中圖分類號(hào)提高樁土應(yīng)力比土工格柵A分析結(jié)果對(duì)的粉噴樁樁網(wǎng)復(fù)合地基設(shè)計(jì)有重要參考價(jià)值復(fù)合地基文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼EXPERIMENTALSTUDYONREINFORCEMENTEFFECTOFGEOGRIDONCOMPOSITEFOUNDATIONWITHDRYJETMIXINGPILESCAOXinwen1QINGSanhui2ZHOULixin32.The2ndSurveyandDesignSichuan640031China)Chen

3、gdu(1.SchoolofCivilEngineeringSouthwestJiaotongUniversityChengduSichuan610031ChinaInstituteofChinaRailwayChengduSichuan6400313.ChengduRailwayBureauAbstractInatestsectorofsoftgroundonthe200km/hmixedpassengerandfreightrailwayfromSuilingChongqingthesettlementofthecompositegroundwiththedryjetmixing(DJM)

4、pilesreinforcedbythegeogridandthestressontheDJMpilesandthegroundsoilaswellasthetensileforceofthegeogridweremeasuredtostudythereinforcementeffectofthegeogridonthecompositegroundwiththeDJMpiles.Asshownbythetestthestressesonthepilesandthesoilwereincreasedwiththeheightoftheembankmentlinearly.Thetensilef

5、orcesofthegeogridwerechangedalongwiththesettlementexponentially.ComparedtothecompositegroundwiththeDJMpileswithoutgeogridthesettlementofthecompositegroundwiththeDJMpilesreinforcedbythegeogridwerereducedby30%65%andthestressratiobetweenthepilesandthesoilwas3.75.Keywordsfoundationengineeringdryjetmixin

6、g(DJM)pilescompositefoundationgeogridreinforcement研究仍不能令人滿意其中對(duì)沉降分析影響最大的其測(cè)試結(jié)果也真實(shí)荷載情況下的樁土應(yīng)力土工格柵加筋墊層也是松軟土對(duì)提高地基承載力和控制地基61引言在加固處理公路和鐵路軟土地基路堤時(shí)樁(dryjetmixing用的方法之一效果收稿日期收稿日期基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目樁土應(yīng)力比的研究以理論分析為主限于荷載板試驗(yàn)1粉噴比尚無詳細(xì)的報(bào)道均化附加應(yīng)力分布DJM)+碎石墊層復(fù)合地基是最常但至今對(duì)其沉降方面的200509143地基加固處理的方法之一利用土工格柵加筋作用沉降的作用十分明顯4并在設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理該方法在工程實(shí)踐中

7、取得了良好的對(duì)其研究也較深入20050520修回日期鐵道部重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2004G24)面的教學(xué)與研究工作E-mail作者簡介作者簡介曹新文(1966)男1987年畢業(yè)于華中工學(xué)院力學(xué)系現(xiàn)任副教授主要從事路基工程地基處理caoxinwen第25卷增1曹新文等.樁網(wǎng)復(fù)合地基土工格柵加筋效應(yīng)的試驗(yàn)研究3163論方面進(jìn)行了研究近年來在粉噴樁+碎石墊層復(fù)合地基中鋪設(shè)土工格柵構(gòu)成所謂的樁網(wǎng)復(fù)合地基其機(jī)制是利用土工格柵的加筋作用將荷載傳遞到粉噴樁上以充分發(fā)揮粉噴樁的強(qiáng)度和剛度降低地基土承受的附加土壓力從而控制地基沉降該方法在客運(yùn)專線鐵路的路基工程中得到了運(yùn)用但由于其作用機(jī)制很復(fù)雜目前主要依靠經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)

8、王釗和王協(xié)群7基于網(wǎng)單元的受力平衡條件對(duì)路堤荷載下樁土應(yīng)力比工后沉降與樁間距(置換率)上覆路堤荷載水平工后沉降量樁間天然土的承載力網(wǎng)的剛度等各主要影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行了理論分析本文通過遂渝鐵路松軟土地基粉噴樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的沉降土壓力土工格柵拉力的原位測(cè)試對(duì)比分析了鋪設(shè)與不鋪設(shè)土工格柵兩種情況下粉噴樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比及沉降研究了土工格柵的加筋效應(yīng)以及樁網(wǎng)復(fù)合地基的荷載傳遞規(guī)律2工程概況試驗(yàn)工點(diǎn)位于遂渝鐵路DK10+310DK10+390處該線路穿過丘間洼地地勢(shì)平緩表層為第四系沖洪積松軟土厚度612m軟塑流塑狀粉質(zhì)黏土呈透鏡狀產(chǎn)出硬塑狀(見圖1)天然土的物理力學(xué)指標(biāo)見表1路堤填土高度為1

9、1m邊坡坡度為11.5路堤頂寬為12m下伏基巖為泥巖地基采用粉噴樁加固處理樁徑為0.5m樁間距為1m樁長穿透軟基深入基巖0.5m粉噴樁頂部厚0.5m鋪設(shè)兩層雙向抗拉強(qiáng)度為50kN/m的土工格柵碎石墊層土工格柵碎石墊層從下而上分別為0.1m碎石+土工格柵+0.3m碎石+土工格柵+0.1m碎石土工格柵的幅寬為4m沿線路橫斷面方向鋪設(shè)幅與幅之間的搭接重疊寬度不小于0.1m并用尼龍繩連結(jié)以保持土工格柵的整體性3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案為了對(duì)比分析設(shè)計(jì)了3個(gè)測(cè)試斷面ZY1(DK10+320)ZY2(DK10+336)和ZY3(DK10+366)其中ZY1和ZY2斷面為鋪設(shè)土工格柵碎石墊層ZY3斷面為沒有鋪設(shè)土工格柵

10、的碎石墊層兩者的墊層厚度相同均為0.5mZY1的松軟土厚度為粉質(zhì)黏土單位m圖1傳感器布置示意圖Fig.1Layoutofthesensordistribution表1土物理力學(xué)指標(biāo)Table1Physico-mechanicalpropertiesofsoil土的名稱wcuSra0.10.2/(kNm3)/%e0/kPau/()/%/MPa1松軟土18.5390.85105951.02粉質(zhì)黏土19.5310.84359950.587.0mZY2和ZY3的松軟土厚度為10.6m每個(gè)測(cè)試斷面布置了剖面沉降管用于地基沉降觀測(cè)剖面沉降管位于碎石墊層表面貫通路堤底部通過剖面沉降儀進(jìn)行觀測(cè)按土壓力測(cè)試目的

11、不同分別在墊層底面的樁頂樁間地基土和墊層表面樁頂位置布置了土壓力盒見表2和圖1其中土壓力盒ZY11與ZY14ZY12與ZY15ZY13與ZY16的平面位置相同ZY11ZY12ZY13直接埋設(shè)于墊層底面的樁頂ZY14ZY15ZY16則埋于樁頂上方墊層表面ZY26ZY27ZY28ZY29ZY210ZY34直接埋于墊3164巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2006年表2土壓力盒布置Table2Distributionofthesoilpressuresensors斷面編號(hào)具體位置埋設(shè)地段ZY11左路肩ZY13線路中心土工格柵墊層底面樁頂ZY15右路肩ZY1ZY12左路肩ZY14線路中心土工格柵墊層表面樁頂ZY16

12、右路肩ZY21半坡點(diǎn)ZY22左路肩ZY23線路中心土工格柵墊層底面樁頂ZY24右路肩ZY2ZY25半坡點(diǎn)ZY26半坡點(diǎn)ZY27左路肩ZY28線路中心土工格柵墊層底面樁間土ZY29右路肩ZY210半坡點(diǎn)ZY31半坡點(diǎn)ZY32左路肩土工格柵墊層底面樁頂ZY3ZY33線路中心ZY35右路肩樁間土ZY34右路肩樁頂層底面的樁頂ZY21ZY22ZY2ZY24ZY25ZY35分別埋于ZY26ZY27ZY28ZY29ZY210ZY34附近的樁間地基土土壓力盒為鋼弦式土壓力盒埋設(shè)前均經(jīng)過標(biāo)定在ZY2(DK10+336)斷面的2層土工格柵上布置了22個(gè)土工格柵應(yīng)力計(jì)2層布置的平面位置相同(見圖1(c)土工格柵應(yīng)

13、力計(jì)為柔性應(yīng)力計(jì)應(yīng)力計(jì)拉伸模量與土工格柵接近每個(gè)應(yīng)力計(jì)在安裝前均進(jìn)行標(biāo)定通過測(cè)試應(yīng)力計(jì)的應(yīng)變值換算成土工格柵的拉力所有測(cè)試傳感器在地基處理完畢后埋設(shè)到位隨路堤填土施工過程進(jìn)行測(cè)試路堤竣工后每間隔一定時(shí)間進(jìn)行測(cè)試4測(cè)試結(jié)果分析4.1地基沉降地基沉降圖2是路堤高度為10m時(shí)地基剖面沉降S沿線路橫斷面(以線路中心為原點(diǎn)左為負(fù))的分布3個(gè)斷面的分布形狀基本相似與一般路堤下地基的沉降分布規(guī)律相同線路中心的沉降最大隨著距線路中心距離的加大沉降逐漸減少ZY1斷面沉降的變化速率最小ZY2次之ZY3最大圖3是線路中心沉降S隨填土高度h和時(shí)間t的變化施工期內(nèi)隨著填筑高度增加地基沉降隨之增加路堤填高10m時(shí)ZY1Z

14、Y2和ZY3斷面線路中心的沉降量分別為0.2660.320和0.529m由于ZY1ZY2和ZY3斷面松軟土厚度不同填土高度相同故以沉降量與軟土地基厚度之比ks來進(jìn)行比較更為合理3個(gè)斷面的ks分別為0.0380.030和0.050ZY3的ks比ZY1和ZY2分別大31%和65%由此可見無土工格柵時(shí)由于粉噴樁剛度比地基剛度大路堤填土是散粒體在地基沉降過程中碎石墊層隨地基下沉因此地基沉降較大鋪設(shè)土工格柵后地基沉降時(shí)由于土工格柵加筋作用土工格柵碎石墊層及路堤填土作為一個(gè)整體而沉降有效地降低了地基沉降量均化了沉降沿橫斷面分布L/mm/S圖2地基沉降S沿橫向分布曲線Fig.2DistributionofS

15、alongcross-sectionm/ht/dm/S圖3S-th-t關(guān)系曲線Fig.3CurvesofS-tandh-t4.2土壓力與樁土應(yīng)力比土壓力與樁土應(yīng)力比第25卷增1曹新文等.樁網(wǎng)復(fù)合地基土工格柵加筋效應(yīng)的試驗(yàn)研究3165典型的樁頂和樁間土土壓力H隨路堤填土高度h的變化可采用線性擬合即H=k0h(1)各測(cè)點(diǎn)的擬合系數(shù)k0(單位kPa/m)與相關(guān)系數(shù)的平方R2見表3除個(gè)別測(cè)點(diǎn)(主要因?yàn)槲恢锰厥馊绨肫曼c(diǎn))的相關(guān)系數(shù)的平方R2小于0.90外其他測(cè)點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)的平方R2均在0.90以上說明式(1)線性相關(guān)性好比較各測(cè)點(diǎn)的土壓力的變化情況只需比較系數(shù)k0即可表3土壓力系數(shù)Table3Coeff

16、icientk0ofthesoilpressures編號(hào)k0/(kPam1)R2ZY1175.500.980ZY1350.000.970ZY1574.300.780ZY1237.900.920ZY1422.600.960ZY1624.400.960ZY2611.600.650ZY2714.400.960ZY2817.500.893ZY298.580.946ZY21020.000.930ZY2142.700.530ZY2249.500.930ZY2364.600.911ZY2449.270.845ZY2544.300.900ZY3159.900.960ZY3267.500.920ZY3365.1

17、50.840ZY3414.460.610ZY3535.100.980ZY1斷面上土工格柵墊層底面的樁頂測(cè)點(diǎn)ZY11ZY13ZY15三個(gè)測(cè)點(diǎn)中的k0最小為50.2最大為75.48按填土重度20kN/m3計(jì)算路堤填土在地基表面產(chǎn)生的附加土應(yīng)力樁頂土壓力是附加應(yīng)力的2.003.87倍土工格柵墊層表面的樁頂測(cè)點(diǎn)ZY12ZY14ZY16三個(gè)測(cè)點(diǎn)中系數(shù)k0最小為22.55最大為37.98按相同方法計(jì)算土壓力是附加應(yīng)力的1.11.9倍平均值為1.14與附加應(yīng)力十分接近比較土工格柵碎石墊層上下相同平面位置的測(cè)點(diǎn)墊層底面樁頂土壓力是墊層表面樁頂土壓力的2倍由此可見土工格柵的加筋作用可有效地將荷載傳遞到樁頂而墊層

18、表面附加應(yīng)力分布比較均勻與計(jì)算結(jié)果基本一致樁土應(yīng)力比是評(píng)價(jià)復(fù)合地基的重要指標(biāo)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式推算復(fù)合地基承載力和沉降時(shí)絕大多數(shù)公式都包含樁土應(yīng)力比樁土應(yīng)力比受樁體材料地基土特性樁長樁徑置換率等因素的綜合影響國內(nèi)外學(xué)者采用不同的方法對(duì)樁土應(yīng)力比進(jìn)行過研究810但這些研究都存在一定的局限性如荷載試驗(yàn)得出的樁土應(yīng)力比沒有考慮實(shí)際荷載的形式地基沉降等因素本次測(cè)試了實(shí)際路堤荷載作用下的樁間和樁頂土壓力因此由此計(jì)算得出的樁土應(yīng)力比具有代表性ZY2斷面平面位置相同的樁頂與樁間土2個(gè)測(cè)點(diǎn)k0的比值最小的為2.22(ZY25ZY210)最大為5.74(ZY24ZY29)平均為3.75此值可作為相同地基條件下復(fù)合地基

19、的設(shè)計(jì)參數(shù)ZY35與ZY34為樁頂和樁間土測(cè)點(diǎn)二者的k0的比值為2.42與ZY2斷面樁土應(yīng)力比的最小值接近比平均值低54%這說明鋪設(shè)土工格柵能有效地提高樁土應(yīng)力比充分發(fā)揮粉噴樁的強(qiáng)度4.3土工格柵受力分析土工格柵受力分析土工格柵的拉力T隨時(shí)間t和填土高度h的變化見圖4線路中心左右路肩處的T值是橫向位置相同的3個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值比單個(gè)測(cè)點(diǎn)的值更有意義由此可見T隨路堤高度h增加而增大在路堤達(dá)到設(shè)計(jì)高度后T隨時(shí)間波動(dòng)變化在路堤填筑階段線路中心平面位置下層測(cè)點(diǎn)的T值大于墊層上層的T值隨著時(shí)間增長上下兩層測(cè)點(diǎn)的T值逐漸接近線路中心處下層格柵的拉力T的最大值為37.89kN/m為土工格柵的抗拉強(qiáng)度的78%m/

20、h左路肩(下)線路中心(下)右路肩(下)左路肩(上)線路中心(上)右路肩(上)t/d1)mNk(/T圖4土工格柵的拉力T與th關(guān)系Fig.4RelationoftensionforceTandparametersthforgeogrid3166巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2006年圖5是土工格柵拉力T沿線路橫斷面分布在填土高度較低時(shí)離線路中心較遠(yuǎn)測(cè)點(diǎn)的T值較大隨著路堤高度增加距離線路中心越遠(yuǎn)的測(cè)點(diǎn)其T值隨路堤高度增加的變化速率越慢線路中心的T值增加速度最快逐漸形成線路中心大兩側(cè)小的分布形狀路堤高度為10m時(shí)下層土工格柵在左右路肩處的拉力T大小為線路中心處拉力T的61.3%和56.4%上層土工格柵在左右路

21、肩處的拉力T是線路中心處拉力T的81.0%和62.6%h=2.5mh=7.0mh=10m1)t=328dmNk(/TL/m(a)上層土工格柵h=2.5mh=7.0mh=10m1)t=328dmNk(/TL/m(b)下層土工格柵圖5土工格柵拉力T沿橫斷面分布Fig.5DistributionofTalongcross-section綜合分析土工格柵拉力T的變化規(guī)律土工格柵拉力T的大小與地基沉降有著密切的聯(lián)系圖6是線路中心兩側(cè)路肩的土工格柵拉力與相同平面位置(ZY2斷面)地基的沉降S的關(guān)系曲線土工格柵拉力T與同位置的沉降S可用冪函數(shù)來描述T=S(2)式中為擬合參數(shù)表4給出了各位置的值相關(guān)系數(shù)的平方

22、R2在0.95以上可見上層土工格柵測(cè)點(diǎn)的值接近為1.81墊層下層測(cè)點(diǎn)的值也接近為1.91說明墊層下層土工格柵拉力T隨沉降的變化較墊層上層大墊層下層土工1)mNk(/T左路肩線路中心右路肩S/m(a)上層土工格柵左路肩線路中心右路肩1)mNk(/TS/m(b)下層土工格柵圖6土工格柵拉力T與S關(guān)系曲線Fig.6RelationofT-Sofgeogrid表4擬合參數(shù)值Table4Fittingvaluesof名稱位置左路肩254.921.8266上層土工格柵線路中心360.891.8241右路肩300.681.7755左路肩242.281.9075下層土工格柵線路中心356.551.9172右路

23、肩235.231.9144格柵的拉力受沉降的影響更為突出左路肩線路中心右路肩3個(gè)位置上下兩層的值相差分別為5%1%和27.8%由此可推斷值主要取決于平面位置值取決于豎向位置5結(jié)論(1)土工格柵加筋墊層有效地降低了粉噴樁樁網(wǎng)復(fù)合地基復(fù)合沉降量均化了地基橫斷面沉降從而改善地基沿線路橫向的分布(2)土工格柵加筋墊層有利于荷載在粉噴樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的擴(kuò)散能充分發(fā)揮粉噴樁的剛度和強(qiáng)第25卷增1曹新文等.樁網(wǎng)復(fù)合地基土工格柵加筋效應(yīng)的試驗(yàn)研究3167度(3)土工格柵加筋墊層能夠提高樁土應(yīng)力比粉噴樁樁網(wǎng)復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比為3.75(4)土工格柵拉力與沉降成冪函數(shù)關(guān)系擬合參數(shù)值分別取決于平面和豎向位置參考文獻(xiàn)

24、參考文獻(xiàn)(References)1郭力群.粉噴樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比的原型測(cè)試分析J.華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)200425(2)161164.(GuoLiqun.AnalyzingtheprototypingmeasurementofpilesoilstressratioonthecompositegroundwithdrycementjetmixingpilesJ.JournalofHuaqiaoUniversity(NaturalScience)200425(2)161164.(inChinese)2朱中衛(wèi)方磊.粉噴樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比試驗(yàn)研究J.巖土工程技術(shù)200418(3)113115

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