利用建設(shè)發(fā)生土作填充材料的密實(shí)樁加固研究

陳 濤

哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028

利用建設(shè)發(fā)生土作填充材料的密實(shí)樁加固研究

陳 濤

哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150028

本項(xiàng)目提出并研究了利用建設(shè)發(fā)生土作為壓密固結(jié)砂樁填充材料進(jìn)行地基處理的方法。研究了建設(shè)發(fā)生土作為壓密固結(jié)砂樁填充材料進(jìn)行地基處理過程中壓密固結(jié)砂樁的物理特性和工學(xué)性能，提出了用建設(shè)發(fā)生土進(jìn)行土的類別劃分后，把作為建筑棄土的黏性土按比例摻入到優(yōu)質(zhì)砂中，作為固結(jié)砂樁的填充材料，形成了黏土含量大于5%的固結(jié)砂樁經(jīng)地基加固的觀點(diǎn)，進(jìn)行了固結(jié)砂樁填料的顆粒級(jí)配測(cè)試，細(xì)顆粒含量測(cè)試，塑性指數(shù)測(cè)試，進(jìn)行了三軸壓縮試驗(yàn)和滲透性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)剪切抵抗角越大，細(xì)顆粒含量越??；剪切抵抗角越大，塑性指數(shù)越??；滲透系數(shù)越大，細(xì)顆粒含量越小；滲透系數(shù)越大，塑性指數(shù)越小。深入研究了利用建設(shè)發(fā)生土進(jìn)行地基加固的機(jī)理和密實(shí)填充與松散填充的機(jī)理。利用建設(shè)發(fā)生土進(jìn)行地基加固的結(jié)果，既節(jié)約了大量的優(yōu)質(zhì)砂，又減少了砂資源的過量開采，同時(shí)也減少了建筑垃圾的外運(yùn)量，減少和保護(hù)了環(huán)境污染，符合資源節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展要求。

建設(shè)發(fā)生土；固結(jié)砂樁；剪切抵抗角；塑性指數(shù)；滲透系數(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來，工程建設(shè)發(fā)展較快，土木工程建設(shè)的規(guī)模也日益擴(kuò)大。我國(guó)幅員遼闊，地基土類型復(fù)雜，這對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)地基設(shè)計(jì)提出了較高的要求。在建構(gòu)筑物的建造和使用過程中，軟弱地基的影響不容忽視。建構(gòu)筑物對(duì)地基的穩(wěn)定性和沉降變形控制提出了很高的要求，而軟土的強(qiáng)度低，透水性差，壓縮性高，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)且易受到擾動(dòng)影響。建構(gòu)筑物軟弱地基產(chǎn)生的沉降、變形對(duì)建構(gòu)筑物安全有很大的影響，為保證建構(gòu)筑物的安全性，需要對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理。

軟弱地基所造成的破壞促使從事地基處理的研究人員和巖土工作者對(duì)軟弱地基加固問題進(jìn)行了大量的研究。修建在軟土地基上的建筑物，要考慮穩(wěn)定和沉降兩方面的問題。為保證建筑物在施工過程中和完工后的穩(wěn)定，要對(duì)結(jié)構(gòu)荷載可能引起的軟土地基滑動(dòng)破壞進(jìn)行承載力計(jì)算，必要時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的穩(wěn)定措施；為使工后剩余沉降量控制在建筑物的容許變形范圍內(nèi)，應(yīng)采取減小沉降、加速固結(jié)等措施。

通過對(duì)大量復(fù)合地基的研究和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)砂樁復(fù)合地基的密實(shí)效用、排水效用和樁體效用能夠有效提高軟弱地基的承載能力，從而使用砂樁處理軟土地基成為目前處理軟土地基的主要方法之一。

近幾年我國(guó)建筑用砂量以10%以上的速度增長(zhǎng)，去年達(dá)75億噸，許多地方河道非法采砂愈演愈烈，造成環(huán)境破壞，安全事故頻發(fā)。天然砂是不可再生資源，隨著大規(guī)模的開采利用，已日漸走向枯竭。壓密固結(jié)樁中所需要的填充材料優(yōu)質(zhì)砂的開采量也面臨著逐年減少的趨勢(shì)，要保證將來能夠持續(xù)的供應(yīng)，也將是很困難的事情。

另一方面，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，基本建設(shè)的投資也越來越多，建筑物施工中開挖基礎(chǔ)的基坑土、邊坡土或碎石等建設(shè)發(fā)生土的數(shù)量也呈逐年遞增趨勢(shì)，如果把這些建設(shè)發(fā)生土用作填充材料，使其有效的利用起來，這也是我國(guó)建筑業(yè)要面臨解決的重大課題之一，同時(shí)也將是減低環(huán)境負(fù)荷發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重大措施之一[1]。

1 砂樁加固地基的研究

據(jù)Hughes＆Withers引用Moreau等的資料，砂樁加固技術(shù)在19世紀(jì)30年代起源于歐洲，但長(zhǎng)期缺少實(shí)用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和先進(jìn)的施工工藝及施工設(shè)備，砂樁的應(yīng)用和發(fā)展受到很大的影響。砂樁在其應(yīng)用初期，主要用于松散砂土地基的處理，最初主要采用沖孔搗實(shí)的施工方法，而后又采用水沖振動(dòng)施工方法。德國(guó)人S．stenenmal936年提出了振沖的概念，采用振沖法處理砂土地基，直接形成密實(shí)的砂樁，1937年由德國(guó)Toham Keher公司研制成第一部振沖器； 第二次世界大戰(zhàn)后，原蘇聯(lián)在這方面的研究取得了較大成就，使此種施工方法得到較廣泛應(yīng)用。特別是20世紀(jì)50年代初期，隨著振動(dòng)打樁機(jī)的出現(xiàn)及振動(dòng)式打拔管施工法的應(yīng)用，使砂樁的應(yīng)用得到了發(fā)展。19世紀(jì)50年代后期，日本將此施工方法的開發(fā)、應(yīng)用提高到一個(gè)較高水平。產(chǎn)生了目前日本采用的振動(dòng)式和沖擊式的施工方法，并采用了自動(dòng)記錄裝置，提高了施工質(zhì)量和施工效率，并使其應(yīng)用范圍由處理砂土地基拓展到處理軟土地基，處理深度也有較大幅度地增加(已達(dá)到30m左右)．砂樁技術(shù)自50年代引進(jìn)我國(guó)后，在工業(yè)、交通、水利等建設(shè)工程中都得到了應(yīng)用。我國(guó)從1977年研制出第一臺(tái)振沖器起，包括1979年寶山鋼鐵廠應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)處理地基等，使該技術(shù)應(yīng)用逐步引向深入。

砂樁是指采用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將砂擠壓入已成的孔內(nèi)，形成大孔徑的砂所構(gòu)成的密實(shí)樁體。目前國(guó)內(nèi)外砂樁常用的成樁方法有振動(dòng)成樁法和沖擊成樁法。早期砂樁用于加固松散砂土和人工填土地基，如今在軟黏土中，國(guó)內(nèi)外都有使用成功的豐富經(jīng)驗(yàn)。但國(guó)內(nèi)也有失敗的教訓(xùn)，對(duì)砂樁用來處理飽和軟土地基持有不同觀點(diǎn)的學(xué)者和工程技術(shù)人員，認(rèn)為黏性土的滲透性較小，靈敏度又大，成樁過程中土內(nèi)產(chǎn)生的超孔隙水壓力不能迅速消散，故擠密效果較差，相反卻又破壞了地基土的天然結(jié)構(gòu)，使土的抗剪強(qiáng)度降低。如果不預(yù)壓，砂樁施工后的地基仍會(huì)有較大的沉降，因而對(duì)沉降要求嚴(yán)格的建筑物而言，就難以滿足沉降的要求。所以應(yīng)按照工程對(duì)象區(qū)別對(duì)待，最好能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究以后再確定。

2 本文的研究?jī)?nèi)容及方法

本文針對(duì)采用砂樁處理軟弱地基時(shí)，在作為樁體填料的優(yōu)質(zhì)砂中摻入部分建設(shè)開挖產(chǎn)生的建筑發(fā)生土，分析砂樁的工學(xué)特性，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體分析了砂樁加固軟弱地基的承載特性，排水固結(jié)性能，討論了砂樁復(fù)合地基的適用性。研究成果對(duì)有關(guān)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)與施工具有指導(dǎo)意義。

本文主要研究砂樁加固軟弱土地基的加固效果，采用標(biāo)準(zhǔn)三軸壓縮試驗(yàn)和滲透性試驗(yàn)，確定地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值和砂樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，以及砂樁的滲透系數(shù)，并對(duì)砂樁進(jìn)行評(píng)述，直接為實(shí)際工程提供技術(shù)支撐。通過本項(xiàng)目的研究可以開發(fā)利用建設(shè)發(fā)生土作為砂樁的部分填料的軟弱土地基砂樁加固處理的方法，從而為原本的建筑垃圾建設(shè)發(fā)生土的在資源化，為建設(shè)發(fā)生土用于地基處理提供了新的途徑。

2．1 研究?jī)?nèi)容

（1）砂樁加固軟弱地基的機(jī)理分析

本文主要內(nèi)容是要進(jìn)行砂樁加固軟弱土地基的效應(yīng)分析。首先介紹了砂樁加固軟弱地基的基本原理和特性，重點(diǎn)分析了砂樁的置換作用、排水作用、擠密作用和成樁作用，還分析了砂樁復(fù)合地基的沉降特性。

（2）砂樁的工學(xué)性能試驗(yàn)和施工可行性研究

主要進(jìn)行建設(shè)發(fā)生土的類別劃分、三軸壓縮試驗(yàn)、滲透性試驗(yàn)，分析砂樁處理軟弱地基的地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值和砂樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，并對(duì)砂樁進(jìn)行評(píng)述。測(cè)試項(xiàng)目主要為建設(shè)發(fā)生土的粒組劃分、填料的內(nèi)摩擦角、塑性指數(shù)和滲透系數(shù)。

（3）分析砂樁復(fù)合地基加固的效果

軟弱地基的主要危害是承載力過低，沉降過大。因此，地基加固的主要目的就是增加地基的承載力，加速固結(jié)沉降。本項(xiàng)目根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)三軸壓縮試驗(yàn)和滲透性試驗(yàn)得到的測(cè)試結(jié)果，分析了砂樁復(fù)合地基加固的效果，為工程應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

2．2 研究的方法

本項(xiàng)目側(cè)重于室內(nèi)試驗(yàn)方面的研究，采用試驗(yàn)測(cè)試的方法進(jìn)行分析，主要是根據(jù)三軸壓縮試驗(yàn)(SPT)測(cè)得砂樁填料的內(nèi)摩擦角，得出地基土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值和振沖砂樁復(fù)合地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)滲透性試驗(yàn)，依據(jù)滲透系數(shù)，確定砂樁的排水固結(jié)性能，按照填料的不同密實(shí)狀態(tài)下的粒組，細(xì)顆粒含量，確定其承載力與滲透系數(shù)，進(jìn)行砂樁適用性評(píng)價(jià)。

研究具體分為四個(gè)部分進(jìn)行：建設(shè)發(fā)生土的分類，砂樁的填料的制作，試件設(shè)計(jì)制作，試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果分析評(píng)價(jià)。

（1） 建設(shè)發(fā)生土的分類

介紹了作為砂樁的填充材料建設(shè)發(fā)生土的分類，一般劃分原則和該項(xiàng)目砂樁中的使用設(shè)計(jì)情況。

（2） 砂樁的填料的制作，試件設(shè)計(jì)制作

介紹了砂樁的填料的制作方法、試件設(shè)計(jì)制作流程、要求和須注意的問題。

（3） 試驗(yàn)測(cè)試

介紹了三軸試驗(yàn)、滲透性試驗(yàn)的目的和任務(wù)。

（4） 測(cè)試結(jié)果分析評(píng)價(jià)

通過砂樁試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，分析砂樁的強(qiáng)度特性和透水特性，進(jìn)行砂樁適用性評(píng)價(jià)。

3 建設(shè)發(fā)生土作為壓密固結(jié)密實(shí)樁強(qiáng)度和滲透性試驗(yàn)

本項(xiàng)目是利用建設(shè)發(fā)生土作為壓密固結(jié)密實(shí)樁法中砂樁的部分填充材料，并對(duì)其性能進(jìn)行分析研究，評(píng)價(jià)其適用性。通常對(duì)于填充材料的質(zhì)量要求是，細(xì)顆粒含量不得大于5%，因此，除第一類第二類以外的土，即（第三、第四、第五、第六類土），要想利用它們作為填充材料時(shí)，就要對(duì)材料的粒組、成分進(jìn)行分類整理，明確材料的工學(xué)特性，給予必要的評(píng)價(jià)。

3．1 填充材料的性能及其要求

碎石樁、砂樁等地基處理方法中，對(duì)于填充材料性能，必須滿足設(shè)計(jì)和施工兩方面的要求。砂樁用于處理黏性土地基時(shí)，由于砂樁與周圍的黏性土形成了復(fù)合地基，要求砂樁不僅自身要具有足夠的強(qiáng)度，而且更要求砂樁對(duì)周邊地基具有良好的排水減壓機(jī)能。因此，為了評(píng)價(jià)作為填充材料的材料特性，在密實(shí)狀態(tài)下成樁后，砂樁自身抗剪強(qiáng)度和滲透系數(shù)是兩個(gè)重要因素。對(duì)樁身強(qiáng)度要求排水剪切內(nèi)摩擦角（Φd也稱剪切抵抗角）應(yīng)大于30o[2]，而對(duì)于滲透性則要求滲透系數(shù)（k）應(yīng)在10-4cm/s以上。而砂樁用于處理砂性土地基的時(shí)候，對(duì)填充材料的性能僅有樁身強(qiáng)度方面的要求，在可以維持樁的擴(kuò)徑的情況下，要求處理后的周邊地基強(qiáng)度得到更大提高，此時(shí)，施工的可行性就成了主要問題，填充材料在樁管內(nèi)，當(dāng)樁管上提后，地基中能否形成密實(shí)的砂樁是關(guān)鍵所在。

至今為止，從施工方面看，對(duì)于各種填充材料，其成樁過程都是：就位——填料——拔管（填充材料上拔）——復(fù)打（至密實(shí)）。樁管內(nèi)的材料在樁管上提過程中，寄希望材料具有較好的透氣性（透水性），為了評(píng)價(jià)填充材料上拔性能的指標(biāo)，在樁管拔起時(shí)材料（松散狀態(tài)下）的滲透系數(shù)，就成了控制的目標(biāo)。滲透系數(shù)大約為10-4cm/s時(shí)，認(rèn)為具備良好的上提條件。

砂樁的機(jī)能和設(shè)計(jì)要求

地基土 砂樁的作用機(jī)理 對(duì)砂樁的要求 基本值黏性土承載力增大應(yīng)力集中效果減小沉降效果高強(qiáng)度砂樁（SPC）排水機(jī)能密實(shí)強(qiáng)度透水性耐久性Φd≥30～35° Fc＜3～15% k≥10-3～10-4 cm/sec D15＞5×(原地基D15) D15＜5×(原地基D85)長(zhǎng)期的穩(wěn)定，不破碎砂性土密實(shí)機(jī)理 強(qiáng)度樁徑保持強(qiáng)度N值＞改良后N值（周邊地基土）Fc=原地基的Fc

在對(duì)填充材料的要求中，大部分土的材料特性是由顆粒組成決定的，尤其是僅根據(jù)細(xì)顆粒含量的多少來劃分的。由于第一類建設(shè)發(fā)生土為幾乎沒有細(xì)顆粒含量的干凈砂土，其剪切抵抗角大，透水性好，即使不做剪切試驗(yàn)和透水試驗(yàn)而只對(duì)它的細(xì)顆粒含量進(jìn)行控制，就能保證滿足基本的要求。但是像第三至第六類這樣的建設(shè)發(fā)生土，由于細(xì)顆粒含量高，而呈現(xiàn)出中性土或黏性土的特征，為了判斷它們能否作為填充材料，就必須了解它們的材料性能、剪切強(qiáng)度及透水性之間的關(guān)系[3]。對(duì)于含有更多細(xì)顆粒的建設(shè)發(fā)生土，使其作為填充材料，為了明確其適用性，經(jīng)人工調(diào)整粒度后，進(jìn)行了不同材料的試驗(yàn)。對(duì)于中性土、黏性土，塑性指數(shù)是一個(gè)重要指標(biāo)，本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)就是粒組特性以外的另一個(gè)材料特性即塑性指數(shù)。

3．2 根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)研究適用土的工學(xué)特性

3.2.1 使用材料

試驗(yàn)中采用的人工調(diào)制試料如圖表1所示，砂礫成分、粉土成分和黏土成分，分別按不同含量組成的12種不同粒組的試樣，分為4組（A～D），是成分含量各不相同的粘土。其中黏土部分，主要采用的是含有黏土礦物成分（蒙脫石和高嶺土）的材料，并盡可能使其粒度相接近，混合均勻而制成的。含有不同礦物成分的4組黏土中，其細(xì)顆粒含量（粉土+黏土）基本相近，由于4組黏土中各自礦物成分的含量不同，活性也不相同，因此制成了塑性指數(shù)為大、中、小不同的試樣。高中低塑性材料的塑性指數(shù)范圍分別是28～47、12～18和2.6～6。

把這12種試料看成是建設(shè)發(fā)生土，進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)分兩種情況，即密實(shí)填充狀態(tài)和松散填充狀態(tài)，密實(shí)填充狀態(tài)即假想試驗(yàn)材料可以達(dá)到100%密實(shí)度；松散填充即假想試驗(yàn)材料可以達(dá)到80%～85%密實(shí)度，拔管時(shí)，材料沒有阻塞黏管的狀態(tài)。把試料分別制成直徑為50mm，高為100mm的和直徑為100mm，高為127.3mm的圓柱體試件，進(jìn)行三軸不排水壓縮試驗(yàn)和變水位滲透試驗(yàn)。

3.2.2 三軸壓縮試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法

三軸壓縮試驗(yàn)機(jī)按照技術(shù)程序，用3-4個(gè)圓柱形試樣,分別在不同的圍壓(即小主應(yīng)力σ3)下，施加軸向壓力(即主應(yīng)力差σ1-σ3)直至試樣破壞，計(jì)算抗剪強(qiáng)度參數(shù)(黏聚力，內(nèi)摩擦角)的技術(shù)操作。

三軸壓縮試驗(yàn)是測(cè)定土抗剪強(qiáng)度的一種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周圍壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等組成。

試驗(yàn)方法的主要步驟如下：將土切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密封的壓力室中，然后向壓力室內(nèi)壓入水，使試件在各個(gè)方向受到周圍壓力，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變，這時(shí)試件內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等，因此不發(fā)生剪應(yīng)力。然后再通過傳力桿對(duì)試件施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，當(dāng)水平向主應(yīng)力保持不變，而豎向主應(yīng)力逐漸增大時(shí)，試件終于受剪而破壞。設(shè)剪切破壞時(shí)由傳力桿加在試件上的豎向壓應(yīng)力為Δσ1，則試件上的大主應(yīng)力為σ1=σ3+Δσ1，而小主應(yīng)力為σ3，以(σ1-σ3)為直徑可畫出一個(gè)極限應(yīng)力圓，如圖中的圓I，用同一種土樣的若干個(gè)試件(三個(gè)上)按以上所述方法分別進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)試件施加不同的周圍壓力σ3，可分別得出剪切破壞時(shí)的大主應(yīng)力σ1，將這些結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓，如圖中的圓Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。由于這些試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾-庫(kù)倫理論，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線，即為土的抗剪強(qiáng)度包線，通常可近似取為一條直線，該直線與橫坐標(biāo)的夾角即為土的內(nèi)摩擦角ψ，直線與縱坐標(biāo)的截距即為土的內(nèi)聚力c。

表-1 材料的粒度及塑性指數(shù)

破壞時(shí)的摩爾應(yīng)力圓及其包絡(luò)線

對(duì)應(yīng)于直接剪切試驗(yàn)的快剪、固結(jié)快剪和慢剪試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)按剪切前的固結(jié)程度和剪切時(shí)的排水條件，分為以下三種試驗(yàn)方法：

（1）不固結(jié)不排水試驗(yàn)

試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個(gè)過程中都不允許排水，試驗(yàn)自始至終關(guān)閉排水閥門。

（2）固結(jié)不排水試驗(yàn)

試樣在施加周圍壓力σ3打開排水閥門，允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，再施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。

（3）固結(jié)排水試驗(yàn)

試樣在施加周圍壓力σ3時(shí)允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪切破壞。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）強(qiáng)度特性

密實(shí)狀態(tài)下進(jìn)行了9種材料試驗(yàn)，疏松狀態(tài)下進(jìn)行了6種材料試驗(yàn)。剪切抵抗角和細(xì)顆粒含量之間的關(guān)系如圖1所示。由圖中可知，剪切抵抗角和細(xì)顆粒含量之間不存在有意義的關(guān)系。圖2所表示的是各種材料的塑性指數(shù)和剪切抵抗角之間的關(guān)系。從圖中可以看出，無論是密實(shí)填充還是疏松填充，剪切抵抗角都隨塑性指數(shù)的增大而減小，塑性指數(shù)在30以下時(shí)，都能保證剪切抵抗角在30°以上。

圖-1 剪切內(nèi)摩擦角和細(xì)顆粒含量的關(guān)系

圖-2剪切內(nèi)摩擦角和塑性指數(shù)的關(guān)系

（2）滲透特性

對(duì)于密實(shí)填充狀態(tài)下的9種材料和松散填充狀態(tài)下的9種材料進(jìn)行了試驗(yàn)。圖3表示的是滲透系數(shù)和細(xì)顆粒含量之間的關(guān)系。細(xì)顆粒含量越高同時(shí)塑性指數(shù)越大，滲透系數(shù)越小。但是兩者的滲透系數(shù)之間存在著2～3個(gè)數(shù)量級(jí)的差異。圖4表示的是滲透系數(shù)和塑性指數(shù)之間的關(guān)系，與圖2所示的抗剪強(qiáng)度和塑性指數(shù)的關(guān)系一樣，可以看出滲透系數(shù)隨著塑性指數(shù)的增大而減小。另外由圖可知，在松散狀態(tài)下，塑性指數(shù)在30以下時(shí)，可以保證滲透系數(shù)達(dá)到10-4cm/s以上，而密實(shí)狀態(tài)下滲透系數(shù)只能達(dá)到10-5cm/s以上。

圖-3滲透系數(shù)和細(xì)顆粒含量的關(guān)系

圖-4滲透系數(shù)和塑性指數(shù)的關(guān)系

4 主要研究結(jié)論

本報(bào)告從分析砂樁加固軟弱地基的機(jī)理出發(fā)，討論砂樁復(fù)合地基的特性，說明砂樁復(fù)合地基承載力特性；本項(xiàng)目中，為了驗(yàn)證建設(shè)發(fā)生土（砂、粉土和黏土）作為再利用填充材料的適用性，經(jīng)過人工調(diào)整后，制備了不同種類的試樣，進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，并且分析了影響強(qiáng)度和滲透性主要因素，研究了與強(qiáng)度和滲透性相關(guān)的塑性指數(shù)。得出以下結(jié)論：

（1）塑性指數(shù)越大，抗剪強(qiáng)度越小，對(duì)于塑性指數(shù)在30以下的中、低塑性材料，能夠保證排水剪切內(nèi)摩擦角在30°以上。

（2）疏松狀態(tài)下能夠確保滲透系數(shù)在10-4cm/s以上，但是，密實(shí)狀態(tài)下的滲透系數(shù)卻很小，因此，對(duì)于密實(shí)狀態(tài)下的砂樁，需要采取一些輔助措施，改善其透水性能，使其能夠達(dá)到所要求的滲透系數(shù)。

（3）砂樁成樁過程中，填充材料的優(yōu)劣，直接影響施工效率。可以說施工效率依附與材料的滲透性能，而滲透系數(shù)與塑性指數(shù)之間具有良好的相關(guān)性，因此，施工中要考慮材料的塑性指數(shù)給施工帶來的影響。既對(duì)于塑性指數(shù)在30以下的中、低塑性材料，滲透系數(shù)在10-4cm/s以下時(shí)，有可能出現(xiàn)材料黏管而影響施工質(zhì)量和施工效率的現(xiàn)象。

對(duì)于塑性指數(shù)在30以下的中、低塑性材料，即使細(xì)顆粒含量高，也適合作為填充材料，具有較大的內(nèi)摩擦角；松散填充狀態(tài)時(shí)，滲透系數(shù)較大，材料不會(huì)附著在管壁上適合做填充材料。但是密實(shí)填充狀態(tài)下，滲透系數(shù)卻相當(dāng)小，為了保證砂樁能有效地排水，必須要采取提高滲透性的其他輔助方法。

由此可見，與以往對(duì)填充材料質(zhì)量的要求規(guī)定細(xì)顆粒的含量小于等于5%的限制，不如說對(duì)于非塑性、中低塑性材料，如果塑性指數(shù)Ip≤30，與細(xì)顆粒含量無關(guān)，都可以考慮作為砂樁等密實(shí)樁法中的填充材料。就是說，填充材料再利用的適用性，從非塑性、中低塑性的砂性土到細(xì)顆粒土，有了更廣闊的適用范圍。

[1]阮廣雄．環(huán)境巖土工程綜合評(píng)價(jià)及建筑垃圾加固地基的應(yīng)用研究[D]．廣東：廣東工業(yè)大學(xué)，2006．

[2]小橋秀俊，大下武志．建設(shè)發(fā)生土和建設(shè)污泥[J]．土和基礎(chǔ)，2007（10）：38-40．

[3]龔曉楠．軟黏土地基土體抗剪強(qiáng)度若干問題[J]．巖土工程學(xué)報(bào)，2011,33（10）：1596-1600．

陳濤（1993-），男，哈爾濱商業(yè)大學(xué)，本科。研究方向：工程結(jié)構(gòu)。

哈爾濱商業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃校級(jí)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：201410240111