碳化复合桩(MCP)原理与应用试验研究

介绍了一种基于MgO碳化固化软弱土技术的碳化复合桩(MCP),通过透气管桩向MgO搅拌桩注入CO_(2)气体进行碳化形成新型复合桩。进行了室内模型试验,通过对碳化过程和碳化后的温度、物理、力学等特性的分析,论证了该技术在粉土和淤泥质土中的适应性,结果表明,在MgO充分水化的条件下,不同深度的碳化反应较为均匀;在透气管桩外围存在有效碳化距离和最大碳化距离,在有效碳化距离内可获取良好的碳化效果,揭示了MCP的形成机理与影响因素。在室内试验基础上开展了现场应用试验,结果表明,MCP施工工艺方便、成桩效果好且桩身强度均匀,碳化桩体标贯击数均值为39;其单桩竖向极限承载力为1920 kN,相对于PHC管桩提升37%。室内与现场试验表明,MCP复合桩兼具固碳与加固效果,对岩土工程低碳化发展具有重要意义。

振杆密实法加固粗粒混合土模型试验

中国中西部地区粗粒混合土分布广泛,但其松散性和不均匀性导致这些散体材料难以作为构筑物的地基。以提高粗粒混合土地基的承载力和消除不均匀性为主要目标,提出使用振杆法处理粗粒混合土地基,以室内模型试验为主要研究手段,分别进行了振动加固试验、轻型动力触探试验和密度测量试验,并在试验过程中实时监测振动和沉降指标,探究了振杆密实法对粗粒土的加固效果,分析了k值(d90/振杆直径)和振动频率对加固效果的影响。结果表明:振动处理后,式样的轻型动力触探击数平均可达13击,较处理前提高了11击,试样底部的平均压实度可达81%,相应的承载力提高200 kPa以上,经振杆密实法处理后变为低压缩性地基土;当k值在1/2.0时,加固效果优于k值为1/10.0的情况,前者的地基承载力和沉降率比后者分别高出50 kPa和7%左右;粗粒混合土在14 Hz振动频率下的地表振动速度较大,可达36 mm/s,对采集到的振动数据进行了希尔伯特-黄变换(HHT),其HHT能谱图显示振动频率在14 Hz附近时,地震响应较大;以正三角型布置加固点位,群点作用可以有效地消除地基土的不均匀性,地基土的不均匀系数K从试验前的26.40减小到1.39。振杆密实法可为粗粒混合土地基处理提供新思路,也可为现场施工提供关键参数依据。

基于PFEM法的黄土地基振杆密实过程大变形分析

采用粒子有限元方法(PFEM)及结构性土的本构模型,对振杆密实法加固砂质黄土地基的大变形过程进行了数值模拟研究,分析了振杆贯入过程中周围土体的位移场、应力场、速度场以及塑性体应变等分布规律,揭示了砂质黄土地基深层振动密实机理.结果表明:现场实测和数值模拟获得的地面垂直振动速度峰值变化趋势较为一致,验证了粒子有限元方法的可靠性;垂直激振的振杆能够同时引起土体垂直方向和水平方向上位移场、应力场和速度场的变化;在距振源水平距离5R(R为振杆半径)范围内,土颗粒以半梭形向外扩展并趋于密实,同时水平应力大幅增加并产生预压效果;以塑性体应变作为加固范围的评价标准,结果表明土体径向加固范围随振杆贯入深度增加而略有增大,最大径向加固范围约为3.2R,且振杆底端以下1R~2R范围亦有密实效果.

气动振杆密实法加固湿陷性黄土的模型试验研究

气动振杆密实法是湿陷性黄土地基处理的一项全新技术。采用自行研制的气动振杆密实模型试验装置,进行了单一激振力、气体射流协同激振力两种条件下的模型试验,评价了土体加固效果,研究了振杆贯入过程中土体水平向土压力、土颗粒垂直振动速度和土体中气体压力值的变化规律。试验发现,处理后各深度土层的密度均有明显提高,湿陷系数降低;增设气体射流后,100 mm深度以下土层密度进一步提高,水平向土压力最大提高20.4%,同时放大了振杆密实法引起的土体振动响应。研究揭示了气体射流在土体加固过程中的作用机理,探讨了气动振杆密实法加固湿陷性黄土机理,为推广气动振杆密实法处理湿陷性黄土地基技术的应用提供了理论依据。

智能化振杆密实法加固海陆交互相液化地基试验研究

长江三角洲地区广泛分布着海陆交互相液化地基,具有粉土、粉砂、淤泥质粉质黏土互层的工程地质特点。随着我国高速公路建设快速发展,对此类海陆交互相液化地基的处理已迫在眉睫。本文依托洋通高速公路工程项目,采用具有自主知识产权的智能化振杆密实法施工技术对海陆交互相液化地基进行了加固处理,通过室内试验、原位测试和填筑期沉降监测等方法,综合评价了该技术处理海陆相交互相液化地基的加固效果,并与碎石桩法的处理效果进行对比。研究结果表明:智能化振杆密实法处理后,试验场地土体密度、内摩擦角、压缩模量等均得到明显提高,含水量和孔隙比明显降低;处理范围内土层的锥尖阻力、侧摩阻力和标准贯入试验锤击数较处理前提高了80%以上,测试波速则提升了15%,预测工后沉降为10.36 mm,满足了高速公路建设要求。振杆密实法工程费用相比碎石桩法可节约38.0%,且施工过程自动化、可视化程度高,具有显著的经济效益与应用前景。

碱渣泡沫轻质土路基的施工方法及抗压强度测试

碱渣是氨碱法生产纯碱时产生的废渣,其大量堆积会污染环境。利用原状碱渣制备碱渣泡沫轻质土,并将其用作连云港至宿迁高速公路徐圩—灌云段的路基填料;优化施工方案,提出碱渣泡沫轻质土路基的施工方法;测定抗压强度,并将其与设计值及规范值进行对比。研究表明,碱渣泡沫轻质土的施工方法简单,抗压强度符合设计及规范要求。碱渣泡沫轻质土可替代传统泡沫轻质土,达到节约水泥、减少碳排放和降低工程造价的目的,具有广阔的应用前景。

柔性泡沫对振杆密实法模型试验边界效应的影响分析

为研究柔性泡沫材料对刚性模型箱边界效应的改善效果,在模型箱侧壁分别内衬了聚氨酯、聚苯乙烯和珍珠棉3种泡沫,开展了振杆密实法处理可液化地基的室内模型试验.采用2-范数偏差法对振动加速度场进行分析,通过将加速度时程信号功率谱密度对频率进行积分处理,估算出边界材料耗散的能量.结果表明,聚氨酯泡沫吸收和散射的能量约为输入水平的53.9%,其对刚性模型箱边界效应的改善作用优于聚苯乙烯泡沫和珍珠棉泡沫.柔性泡沫主要通过减少弹性波向模型土层中的反射来减弱模型箱的边界效应.泡沫材料与土体的波阻抗越接近,减少弹性波反射的能力越强.

引江济淮白山船闸水泥土强度试验

智能化双向搅拌桩技术在引江济淮白山船闸工程中得到了推广应用,为研究白山船闸水泥土的强度变化规律以及新技术应用效果,通过制备不同形状、水泥掺量和龄期的水泥土试样,进行无侧限抗压强度试验和三轴不固结不排水试验,获得水泥土的应力应变关系、抗压强度及抗剪强度参数。室内试验结果表明:水泥土应力-应变关系为应变软化型,无侧限抗压强度随水泥掺量、龄期的增长而增大,与龄期对数近似呈线性关系;90 d龄期的圆柱体试样强度比立方体试样高约13%;变形模量与无侧限抗压强度的比值在55.6~96.2之间,受龄期影响较大;黏聚力与无侧限抗压强度呈近似线性增长关系,内摩擦角范围为22°~33°。现场芯样强度达到室内水泥土强度的70%以上,智能化双向搅拌技术能够在一定程度上改善搅拌桩成桩质量,采用强度比值的拟合关系式有利于弥补室内与现场水泥土的强度差异。扫描电镜(SEM)结果从微观角度揭示了水泥土的强度增长机理。研究成果可为类似工程研究提供依据。

碳化条件下电石渣-氧化镁固化淤泥土的试验研究

软土是一种分布广泛的工程性质差的土类,使用水泥对其进行固化处理已不再符合当今社会发展要求。采用电石渣-活性MgO复合固化剂及CO_(2)气体对淤泥质土进行碳化固化处理,设置固化剂掺量(单掺电石渣)及固化剂掺和比(电石渣:MgO)两组变量,从物理力学和化学等方面分析碳化固化土的工程性质。结果表明:(1)当单掺电石渣含量为20%时,碳化土体强度最高;掺入混合固化剂时,碳化后试样强度随电石渣掺入比的升高呈先上升后下降趋势;(2)碳化后试样密度较碳化前有显著增长,单掺电石渣时,碳化后试样密度随电石渣掺量的增加而增加;掺入混合固化剂时,碳化试样密度的变化规律与强度变化一致;(3)碳化土的pH较碳化前有显著下降,单掺电石渣时,碳化土的pH随电石渣掺量的增加而增加,掺入电石渣∶MgO=4∶3的混合固化剂时,碳化土pH明显减小;(4)碳化土样的粗颗粒(>75μm)含量显著提高,碳化土样的粗颗粒比例随固化剂掺量增加而降低,但掺入混合固化剂时,碳化土样的粗颗粒比例与电石渣和MgO比例无显著相关性。研究结果有利于提高电石渣固废的资源化利用,拓展电石渣-MgO碳化固化技术在软土处理中的工程应用。

排水粉喷桩(2D工法)加固软土地基对桩周土体强度的影响

排水粉喷桩(简称2D工法)作为一种新的软土地基处理方法,在淮盐公路软基处理中得到试用,效果良好;但是目前对其桩间土强度的变化规律还不是很清楚,本文首次通过大量现场试验,采用静力触探、十字板剪切等试验手段,测得了排水粉喷桩施工后桩间土强度变化的规律。结果显示在排水粉喷桩施工后,桩间土强度先降低,之后随着龄期的增长而提高。

粉喷桩施工过程对桩周土影响机理分析

通过对现有粉喷桩施工过程喷粉压力的分析,提出了粉喷桩施工过程喷粉压力对桩周土体作用的分析模型,该模型可以考虑施工过程桩周土体中超静孔隙水压力随深度变化.分析了粉喷桩施工过程的桩周土体超静孔隙水压力产生与消散规律.利用平面圆柱扩张理论分析某一深度处超静孔隙水压力,求解出粉喷桩施工对桩周土体产生塑性区半径大小的解析式.由理论计算结果与实测结果表明,桩边附近的超静孔隙水压力的理论值与实测值较为吻合,而由于假设条件与实际情况存在着一定的差异,导致理论计算结果的塑性区半径偏大.但由理论计算表明,理论公式能较好反映粉喷桩施工对桩周土体的影响规律.

透水混凝土桩复合地基的承载特性模型试验

为研究透水混凝土桩复合地基的承载特性,采用模型试验获得了分级加载过程中的沉降、桩土应力比、桩身侧摩阻力和孔压消散规律.结果表明,骨料粒径为3~5 mm、孔隙率为30%的透水混凝土模型桩可以兼顾强度和透水性.处理饱和粉土地基时,相比不透水混凝土桩复合地基,透水混凝土桩复合地基使固结时间缩短30.3%,侧摩阻力平均提升0.12 kPa,并降低了荷载引起的超孔压峰值.水平方向越靠近桩体,透水混凝土桩的排水减压作用越明显.对比不同深度的超孔压峰值,靠近桩体时,透水混凝土桩对上部地基的排水减压效果较好,而远离桩体时,透水混凝土桩对下部地基的排水减压效果较好.透水混凝土桩可以快速提高桩周土体的承载能力.

黄土十字交叉隧道开挖下支护结构变形特性研究

本文通过三轴试验分析了不同含水率下的重塑黄土的应力-应变特征,采用模型试验针对黄土交叉隧道研究了开挖过程中支护结构应变变化特征和开挖影响范围。研究得到,隧道的支护结构变形与掌子面位置有关,掌子面到达监测断面前1.5D(D为洞径)左右时,钢拱架发生变形,超过监测断面1.5D后变形基本稳定,说明黄土开挖的水平影响范围大致为掌子面前后共3D。支护结构在监测断面前后各0.5D范围内变形最为明显,约占总应变释放量的70%,说明支护结构能够很好地限制变形,同时也说明了掌子面开挖围岩立即产生大变形,因此开挖完后应及时支护以保证隧道稳定。由于拱顶受到竖向荷载作用,而拱腰、直墙受到的是侧向荷载作用,拱顶围岩受拉,因此隧道变形最大的部位为交叉段的拱顶。主洞开挖完毕支护结构变形稳定后,岔洞开挖引起交叉段支护结构的二次变形,其拱顶的变形量约占总变形量的2/5,而距交叉口最远的监测断面,其变形量已经很小,说明越靠近交叉段,变形越明显,因此保证交叉段的稳定是保证隧道稳定性的关键。

深厚海相软土临河公路扩建地基处理方法探讨

针对临河段扩建公路,其主要特点是道路拓宽占用了原河道,公路拓宽部分的地基为深厚海相软土以及淤泥层与基岩风化层倾斜相交,需要加固处理。同时,软土地基处理后,对侧河岸需要改移外扩开挖,这会对地基处理效果产生不良影响,因此需要慎重选择地基处理方法。本文借助ABAQUS有限元软件和现场实测数据,对双向粉喷桩和预制方桩的经济性和处理效果进行比较,结果表明:(1)双向粉喷桩联合塑料排水板处理深厚海相软土层优于常规粉喷桩;(2)双向粉喷桩处理淤泥层与基岩风化层倾斜相交时,桩体某深度处将产生明显的滑移剪切面,而预制方桩处理不会出现该情况,因此,当淤泥层与基岩风化层倾斜相交时,应选择预制方桩处理。

基于CPTU土类指数的标贯值液化判别

为提高可液化地基液化判别的准确性,依托宿新高速公路共振法加固可液化地基项目,对共振法处理后的液化地基进行CPTU试验和SPT试验.对CPTU试验得到的土类指数I_c和SPT试验得到的标贯值N_(63.5)进行处理分析.结果表明,饱和砂土和粉土的标贯值N_(63.5)是土类指数I_c的一次函数(N_(63.5)=-18.8I_c+52.0),即土类指数越大,土性越接近黏性,标贯值越小.基于N_(63.5)与I_c的拟合关系式提出一种新型液化判别方法,即根据标贯值参照《建筑抗震设计规范》进行饱和砂土和粉土地基的液化判别,其中标贯值根据I_c计算获得,I_c则通过CPTU试验获取.与规范中SPT判别法相比,该方法可以提供连续的标贯值参数,与基于CPT的周期阻力比法相比,该方法计算简单.

基于海相粘土沉积化学特性的RCPT测试影响因素分析

首先简要回顾了土的电阻率影响因素,介绍了电阻率静力触探(RCPT)测试技术和操作方法,采用RCPT在连云港海相粘土场地进行了现场试验,获得土的原位电阻率测试值.结合连云港海相粘土的沉积特性与物理化学分析试验,对RCPT电阻率测试数据进行了基于矿物成分、离子浓度、Fe3+含量影响因素分析.研究发现:土的电阻率随着粘土矿物含量和离子浓度的增加而减小,并且Fe3+对电阻率测试值也具有明显的影响.分析表明:连云港海相粘土的沉积特征和化学特性对其电阻率测试参数具有显著的影响.

排水粉喷桩加固软土地基桩周土体强度变化规律

排水粉喷桩(2D工法)是同时采用粉喷桩和塑料排水板加固软土地基的一种新工法。在某高速公路中进行了排水粉喷桩加固软土地基的现场试验段施工,分别采用静力触探试验、十字板剪切试验等方法测定加固前及其加固后不同龄期的粉喷桩桩周土强度,得到了施工后桩间土强度变化的规律。测试结果表明采用粉喷桩联合排水板法加固后,桩周土强度有一个先降低后提高的过程,28天龄期时恢复到原状土强度,随着龄期的增长桩周土强度可以进一步增加。最后对桩周土强度的变化机理进行了初步探讨。

水泥土湿喷桩在高速公路海相软土处理中的应用评价

针对海相软土含水量大、粘粒含量高的特点,采用水泥土湿喷桩复合地基处理方式,通过对湿喷桩处理段的大量检测结果进行统计分析,得出的一些结论对于高速公路的软基处理具有实际意义。

基于静力触探测试的国内外砂土液化判别方法

在砂土或粉土分布广泛的地区,地震液化是导致地基失稳和上部结构受损的直接原因之一。因此,判定地基土液化可能性是抗震勘察设计中的一个重大课题。由于获得高质量"未扰动"砂土样的困难和试验成本的限制,基于静力触探(CPT)的原位测试方法通常用于砂土液化势的评价。孔压静力触探(CPTU)作为一种新型的原位测试技术,采用其测试指标进行砂土液化势的评价日益受到人们的重视。目前,基于CPT测试资料已经提出了许多砂土液化势的评价方法,但国内外采用CPT判别砂土液化的方法是不同的。在对我国《建筑抗震设计规范》(GB50011–2001)中砂土液化判别方法与国外修正的Seed简化法的原理、方法及参数进行分析的基础上,将其2种方法进行比较,进而讨论了2种方法的差异。由于这些差异的存在,采用不同方法判别砂土液化可能性时会得出不同的、甚至是相反的结果。结合济宁—徐州高速公路砂土场地的CPT和CPTU测试资料,采用我国规范判别法、Seed简化法进行了液化判别分析,并进行了对比验算。其中Robertson法与Olsen法所得到的结论基本一致,而且Robertson法似乎比Olsen法稍微精确一些,而采用规范法所判定的结果偏于保守,这与锥尖阻力基准值的取值大小有关。

劈裂真空法加固软土地基试验研究

在分析常规真空预压法加固软土地基局限性的基础上,提出了劈裂真空法加固深厚软土地基新技术。介绍了劈裂真空法的基本原理和施工工艺。依托江苏省江海高速公路软基处理项目进行了劈裂真空法与常规真空法加固软土地基的对比试验段工程,对软基加固过程中的真空度、孔隙水压力、地表沉降、深层水平位移和地下水位等进行监测,并通过加固前后现场CPTU原位测试、取样和室内土工试验等方法对加固效果对比分析。试验结果表明:劈裂真空法可以提高真空荷载向深层土体的传递效率,提高深部软土的加固效果,进而提高真空预压法的有效处理深度;同时劈裂真空法还可以加速地基固结,缩短地基处理工期,有利于工后沉降的控制。试验工程表明,劈裂真空法是加固深厚软土地基的有效方法,具有很好的工程应用前景。