一種激振排水固結(jié)處理飽和土地基的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利屬于地基加固領(lǐng)域，具體涉及一種激振排水固結(jié)處理飽和土地基的方 法，該方法主要針對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、密度小、含水量高的飽和可液化砂土、粉土、吹填土等。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)，高層建筑、高速公路、高速鐵路得到了快速的發(fā)展，這對(duì)地基的承載能力 要求越來越高，天然的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、密度小、含水量高的飽和可液化砂土、粉土、吹填土地基 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些建筑物和構(gòu)造物對(duì)地基承載力的要求。飽和土地基處理的目的是要提高 地基的強(qiáng)度，保證地基的穩(wěn)定，降低土的壓縮性，減少基礎(chǔ)的沉降和不均勻沉降，確保建筑 物的安全和正常使用。為滿足地基的強(qiáng)度、變形及抗振等要求，如何采用合理方法進(jìn)行地基 處理，以控制飽和土地基的變形及提高承載力，這是地基基礎(chǔ)工程中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。
[0003] 飽和或接近飽和的砂土、粉土在地震作用或其他外部動(dòng)荷載作用下，內(nèi)部產(chǎn)生超 凈孔隙水壓力，當(dāng)上覆荷載全部由孔隙水壓力承擔(dān)時(shí)砂土即處于液化狀態(tài)，表現(xiàn)出類似于 液體性質(zhì)而完全喪失承載力，產(chǎn)生砂土振動(dòng)液化。發(fā)生強(qiáng)烈地震時(shí)，場(chǎng)地粉細(xì)砂粉土甚至粗 砂將發(fā)生砂土液化，淤泥質(zhì)軟土等飽和軟土層在強(qiáng)烈振動(dòng)作用下強(qiáng)度急劇降低甚至呈流動(dòng) 狀態(tài)，土體發(fā)生軟化，給場(chǎng)地穩(wěn)定性帶來極大破壞。
[0004] 共振產(chǎn)生的條件為：驅(qū)動(dòng)力的振動(dòng)頻率接近物體的固有頻率時(shí)，受迫振動(dòng)的振幅 增大的現(xiàn)象叫做共振。地震波在土層中傳播時(shí)，經(jīng)不同界面的多次反射將出現(xiàn)不同周期的 地震波，當(dāng)某一周期的地震波與地表土層固有周期相近時(shí)，由于共振作用，此周期地震波的 能量和振幅將得到放大，地振記錄上的這一周期的波顯得非常"卓越"，稱為卓越周期。地震 中的許多震害均與地基土的卓越周期密切相關(guān)。卓越周期是地基土自振周期T。的預(yù)測(cè)值， 卓越周期的倒數(shù)即可視為地基土的固有頻率。
[0005] 根據(jù)《地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范》GB/T50269-97)，實(shí)際工程中確定場(chǎng)地卓越周期或 土體固有頻率主要有三種方法：
[0006] (1)地脈動(dòng)法：根據(jù)地脈動(dòng)法確定地基土不同區(qū)域不同深度的固有頻率，地脈動(dòng) 測(cè)定由拾振器、低頻放大器、信號(hào)采集儀和計(jì)算機(jī)組成，宜選在夜深人靜的晚上進(jìn)行。觀測(cè) 時(shí)，把拾振器水平放置在測(cè)定的土層上，并使它作自由振動(dòng)，然后通過連接電纜把拾振器拾 取的場(chǎng)地微振信號(hào)送到信號(hào)采集儀，由計(jì)算機(jī)按一定的采樣間隔進(jìn)行采樣并記錄。記錄時(shí) 間應(yīng)連續(xù)觀測(cè)四分鐘以上，以保證采集到的微振信號(hào)是平穩(wěn)的隨機(jī)信號(hào)。地微振實(shí)測(cè)信號(hào) 采樣后，進(jìn)行頻率域、幅值域分析，進(jìn)而得到地基土的固有頻率。
[0007] (2)波速法：通過測(cè)試場(chǎng)地各個(gè)土層的剪切波速，來計(jì)算場(chǎng)地自振頻率或自振周 期。式4為單一土層地基土固有頻率計(jì)算公式，式5為多土層覆蓋地基土固有頻率計(jì)算公 式，式6為剪切波速計(jì)算公式。
[0008]fg=VS/4H (式 4)

[0011] 式中，fg為地基土的固有頻率（HZ) ;VS為土體的剪切波速（m/s) ;H為土層厚度 (m) ;y為泊松比；P為土體密度；E為彈性模量；G為剪切模量。
[0012] (3)激振法：也即人工激振現(xiàn)場(chǎng)液化試驗(yàn)，以激振器為動(dòng)荷載來源，以不同激振頻 率試驗(yàn)土體使其發(fā)生液化，在土體中埋置傳感器記錄加載期間和加載后的土體響應(yīng)數(shù)據(jù)， 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果測(cè)算出待加固地基土的固有頻率范圍值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是針對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、密度小、含水量高的飽和可液化砂土、粉土、吹 填土等地基土難以滿足建（構(gòu)）筑物對(duì)地基穩(wěn)定問題、變形問題、滲透問題的要求，提供一 種激振排水固結(jié)處理飽和土地基的方法，以提高地基處理水平，保證工程質(zhì)量，加快工程建 設(shè)速度，節(jié)省工程建設(shè)投資。
[0014] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：所述一種激振排水固結(jié)處理飽和土 地基的方法，用于加固處理結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、密度小、含水量高的飽和可液化砂土、粉土、吹填土 地基，其特征在于該方法包括以下步驟：
[0015] (1)通過現(xiàn)有的固有頻率檢測(cè)方法測(cè)試出待加固地基土的不同區(qū)域不同深度的固 有頻率值，并為地基場(chǎng)地劃分加固區(qū)域；
[0016] (2)通過普通鉆探機(jī)打孔下入套管將能夠產(chǎn)生可調(diào)振動(dòng)頻率的激振器置入待加 固地基區(qū)域的待加固設(shè)計(jì)深度，并將激振器的控制導(dǎo)線通過套管引出地面，通過地面操作 使激振器在地下一定深度處正常工作，測(cè)試出待加固地基區(qū)域內(nèi)激振器的豎向影響半徑 與水平向影響半徑；所述激振器為能夠通過偏心旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械低頻率振動(dòng)，或電磁波產(chǎn)生 0. 1~IOHZ的穩(wěn)定可調(diào)頻率的激振裝置；
[0017] (3)按照步驟⑵中測(cè)試的激振器豎向影響半徑與水平向影響半徑，在待加固地 基處理區(qū)域內(nèi)按照激振器的豎向、水平向影響半徑進(jìn)行水平范圍內(nèi)及豎向范圍內(nèi)布置相同 的激振器，確保激振時(shí)待加固地基處理區(qū)域內(nèi)的地基土都在激振影響范圍內(nèi)；
[0018] (4)在待加固地基區(qū)域的待加固設(shè)計(jì)深度范圍內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求埋設(shè)排水系統(tǒng)，排 水系統(tǒng)的埋設(shè)確保加固區(qū)域內(nèi)的孔隙水能夠順利排出；
[0019] (5)在地基土待加固區(qū)域內(nèi)，按照由深至淺的順序控制激振裝置激振，在激振過程 中激振器的工作頻率在待加固地基土的固有頻率范圍區(qū)間內(nèi)，激振后影響區(qū)域的土體產(chǎn)生 共振效應(yīng)，土體有效應(yīng)力降低或喪失，孔隙水壓力變大，土體中的自由水通過步驟（4)中埋 設(shè)的排水系統(tǒng)排出，在孔隙水壓力消散后土顆粒重新排列，土體自重固結(jié)；
[0020] (6)根據(jù)地基分區(qū)，重復(fù)步驟⑵至步驟（5)，依次在待加固地基每一區(qū)域進(jìn)行激 振，直至整個(gè)地基完成自重固結(jié)。
[0021] 在步驟（1)中不同區(qū)域不同深度地基土的的固有頻率值測(cè)試方法為地脈動(dòng) 法、波速法、激振法中的一種方法，具體測(cè)試方法步驟參考《地基動(dòng)力特性測(cè)試規(guī)范》GB/ T50269-97)，檢測(cè)出地基土不同區(qū)域不同深度處的固有頻率值fg。
[0022] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：當(dāng)加固地基外圍有建筑物或建構(gòu)物需要保護(hù)以免受振 動(dòng)影響時(shí)，需要在待加固地基邊界設(shè)置隔振裝置以保護(hù)周邊環(huán)境不受干擾，所述隔振裝置 包括柔性裝置與剛性裝置，所述柔性裝置包括隔振溝、阻尼板、橡膠墻；所述剛性裝置包括 拉伸鋼板粧、灌注粧、地下連續(xù)墻。
[0023] 本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案：步驟（2)中待加固地基區(qū)域內(nèi)激振器的豎向影響半徑 與水平向影響半徑的測(cè)試方法具體步驟如下：
[0024] a.按照檢測(cè)出的待加固地基土不同區(qū)域不同深度處的固有頻率范圍值給地基土 進(jìn)行地基水平向分區(qū)和豎向分層，確保同一區(qū)域和同一層的地基土的固有頻率和地層變化 一致或變化最小；
[0025] b.在步驟（1)中劃分好的每個(gè)待加固地基土區(qū)域的中央位置，參照地基豎向分 層，豎向深度范圍內(nèi)等距布置一列激振器J1、J2…Jn，激振器的布置確保整個(gè)深度的地基土 都在激振影響范圍內(nèi)；
[0026] c.在最深處的激振器Jn安裝好之后，在激振器Jn深度范圍內(nèi)按0. 5~Im的間距 沿著激振器Jn的兩側(cè)水平布設(shè)測(cè)試土體響應(yīng)數(shù)據(jù)的拾振器和測(cè)試孔隙水壓力的壓力傳感 器；在激振器Jn深度范圍內(nèi)按一定0. 5~Im的間距豎向布設(shè)測(cè)試土體響應(yīng)數(shù)據(jù)的拾振器 和測(cè)試孔隙水壓力的壓力傳感器，豎向布置的拾振器和壓力傳感器至少有兩列，對(duì)稱設(shè)置 在豎向布置的一列激振器兩側(cè)；所述水平布置和豎向布置的每個(gè)拾振器和每個(gè)壓力傳感器 設(shè)置在同一位置；
[0027] d.調(diào)試激振器Jn，使激振器Jn的振動(dòng)頻率在最深層地基土的固有頻率范圍內(nèi)；
[0028] e.開始進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)，記錄步驟c中水平布置和豎向布置的拾振器和壓力傳 感器與激振器Jn之間的距離和激振頻率；
[0029] f.數(shù)據(jù)處理，分別繪制共振頻率下豎直向與水平向的每個(gè)拾振器振幅隨距激振器 Jn的距離（Rv、Rh)而變化的曲線圖（ARv~Rv、ARh~Rh);分別繪制共振頻率下相應(yīng)的豎直向 與水平向每個(gè)壓力傳感器孔隙水吸水壓力隨距激振器Jn的距離（Rv、Rh)而變化的曲線圖 (Urv~Rv、URh~Rh);
[0030] h.按式（1)、式⑵對(duì)應(yīng)的距激振器Jn豎直向距離Rv與水平向距離1^即為激振 器Jn的豎直向與水平向影響半徑；
[0031] Urv= (0? 5 ~1. 0) 〇cz (式 1)
[0032] URh= (0? 5 ~1. 0) 〇cz (式 2)
[0034] 式中，Urv為距激振器Jn豎直向距離Rv的孔隙水壓力（kN/m2) ;URh為距激振器Jn 水平向距離Rh的孔隙水壓力（kN/m2) ;Otiz為深度h處土的上覆自重應(yīng)力（