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摘要：为了确保软土地基上构筑物的安全稳定，采用粉喷桩对某软土地基进行了处理，并在施工过程中对其空隙水压力、沉降与侧向位移进行了动态综合监测，通过对观测结果的分析，确定了合理的施工控制标准，并对粉喷桩加固软土地基的效果进行了评价。
关键词：粉喷桩软土地基监测
1 概述
复合地基由于能显著改善地基的承载力，减小地基沉降，并有效抑止地基土体侧向变形这一特点而成，为一种比较理想的软土地基处理方式，在世界范围内都得到广泛应用，随着人们工程经验的积累，现在的复合地基设计逐渐由以承载力控制过渡到以沉降变形来控制，并结合施工监测进一步的调整施工参数，达到动态控制的目的[1~5]。某公路区内广泛分布有浅埋型软土和鱼塘、湖泊中的淤泥、淤泥质土等，呈片狀、块状和透镜状分布。厚度各处不一，一般厚约2～7m左右。其表层被厚约1～4米左右的粉质粘土所覆盖，下伏中、细砂层或呈硬可塑状的粘性土层。软土呈灰色，含水湿至饱和，软塑，具有异味。其天然含水量在32%～63%之间，液限指数在0.98～2.13之间，饱和度在90%以上，现场动力触探原位测试小于3击。工程地质性质差，对路基的危害性大。
综合以上工程地质条件，同时考虑预压荷载与工程建设周期提供的足够预压时问，本工程在大部分软土路段采用粉喷桩对地基进行处理。施工过程中对其承载力、空隙水压力、沉降与侧向位移进行了动态综合监测，积累了一定的经验，对其它类似工程具有一定的指导意见。
2 监测成果分析
在软土地基上修建高等级公路路提，最突出的问题是沉降和稳定。高速公路、高等级公路设计车速高，路面平整性要求也高，因此，软土地基路提的施工应注意填筑过程及以后的地基变形动态。根据研究区段软土地基的特性，确定本次观测的项目为：地表沉降、地基深层沉降、地基分层沉降、地基水平位移、孔隙水压力观测。共设置了5个观测断面，即K16+300、K18+500、K18+600、K23+800、K23+900。测点布置如图1所示。
图1测点布置示意图
2.1 应力监测结果及分析
⑴ 承载力试验
在施工的过程中，对部分粉喷桩进行了单桩承载力和复合地基承载力试验，单桩承载力试验的承压板直径为φ50cm、复合地基承载力试验的承压板边长为2.42m×2.42m。代表性的单桩以及复合地基静载承载力试验结果见图2、图3。
图2不同桩长复合地基承载力
图3不同桩长单桩承载力
从图2、图3的静载试验结果可以看出，单桩承载力、复合地基承载力与粉喷桩长、持力层特性有关，粉喷桩长越长、持力层越好，其单桩承载力和复合地基承载力越高；同样也可以看出粉喷桩的强度虽然随长度的增加而增加，但当粉喷桩长度达到10m时，其粉喷桩的单桩承载力以及复合地基承载力相比桩长为9.5m单桩承载力以及复合地基承载力增长不大，且桩越长施工难度也越大，也不经济，故粉喷桩的最大长度以10m为最佳。
利用静载试验的结果反算出了研究区段软土地基粉喷桩单桩承载力和复合地基承载力计算的参数：强度折减系数η=0.40，桩端天然地基土的承载力折减系数α=0.48，桩间土承载力折减系数β=0.2。
⑵ 孔隙水压力观测
孔隙水压力观测是了解地基土体固结状态最直接、最有效的手段，也是地基施工期稳定评价的有效方法之一。超静孔隙水压力的消散程度是决定加载速率的主要依据。孔隙水压力仪埋设于断面中央，典型超静孔隙水压力与填土荷载的关系见图4。
图4 K18+500荷载－孔隙水压力－时间曲线
从图4可知，粉喷桩在填筑过程中桩间土产生的最大超静孔隙水压力20～30kPa，超静孔隙水压力不大，这说明在研究区段软土地段路基的施工过程中不会产生较大的孔隙水压力，最大孔隙水压力在地表以下4.5～8.0m处达最大值，浅部及深部超静孔隙水压力均不大，说明粉喷桩加固软土地基起到了一定的效果。
2.2沉降观测
⑴ 地表沉降观测
路基填土速率越大沉降速率也越大，当填土高度不变时，沉降较慢，当填土高度增加时，沉降加快。根据监测方案，路堤每填筑一层观测一次，若两层填筑时间间隔长，则每3天观测一次，及时掌握软基沉降情况，以便确定路堤加载速度，及时调整软基处理加固方案。现场沉降观测资料表明，软土路基沉降变化基本经历了发生-发展-稳定的过程。研究区段K18+500以及K18+600横断面在初期沉降量比较大，根据地表沉降的观测结果及时调整了路堤的填筑速率（0.08m/d）。按照此速率施工后，地表沉降稳定，没有出现沉降过大或不均匀沉降等不良现象。典型地表沉降－时间－荷载曲线见图5。
图5K18+500荷载－时间－沉降曲线
⑵ 侧向位移观侧
侧向位移速率增量是判断路堤稳定与否的控制指标之一。侧向位移观测包括地表水平位移（边桩位移）和土体内部位移（沿深度的侧向位移）两部分。
①土体内部水平位移
各观测断面断面侧向位移的形态见图6～图10。
图6k16+300侧向位移－时间关系曲线
图7k18+500侧向位移－时间关系曲线
图8k18+600侧向位移－时间关系曲线
图9k23+800侧向位移－时间关系曲线
图10k23+900侧向位移－时间关系曲线
从图6～图10可知，最大侧向位移发生在地表以下4.5～7.0m；侧向位移量和位移速率与荷载大小有极其明显的相关性，随着加载，位移量和位移速率增大，加载停止，位移和位移速率显著减小， 并趋于0。当填土高度达4.7-5.5m时，侧向位移速率达到最大值，这与沉降速率的变化规律一致；侧向位移速率最大时的填土高度与计算极限填土高度基本一致。这表明，路基填土至极限状态时，地基土部分结构开始破坏，土体有较明显的塑性流动，发生侧向挤出，造成侧向位移偏大。此时必须严密监测。
② 地表土体水平位移
表1地表土体水平位移量（单位：mm）
边桩编号 K18+500 K18+600 K23+800 K23+900
1 40.5 41.3 29.3 28.9
2 46.3 45.9 38.5 38.2
3 38.2 39.2 25.7 25.2
表2地表土体最大水平位移速率(mm/d)
K18+500 K18+600 K23+800 K23+900
最大速率 3.5 3.2 2.1 2.8
从表1～表2可知，地表土体最大累计水平位移量38.2～46.3mm，发生在离坡脚10～13m的位置，在最大速率2.5～3.5mm/d。
3 结论
通过对施工期间软土地基监测结果的分析讨论，得出以下几点结论：
⑴ 根据静载试验的结果，结合地层情况，可以确定最佳桩长，同时根据试验结果反算软土地基粉喷桩单桩承载力和复合地基承载力计算的参数，可为相同地质条件的软土地段的粉喷桩设计与施工提供指导。
(2) 在路基施工中，为确保路基的安全稳定，必须对其变形进行监测，并对监测结果进行综合分析，确定合理的控制标准以指导施工。
(3) 本工程段所确定的监测指标在实际施工中证明是可行的，说明研究区段软土地基采用粉喷桩施工是成功的，对以后的施工具有一定的指导意义。
参考文献
[1] 王年香,章为民.深层搅拌法加固码头软基离心模型试验研究[J].岩土工程学报, 2001(5): 634-638
[2] 卿三惠,曹新文,谢强. 粉喷桩复合地基及软岩填料路堤的沉降控制研究. 铁道工程学报2010(3):28~32
[3] 邱钰，钱国超，刘松玉．粉喷桩处理高速公路软土地基地基内附加应力及沉降计算分析[J]．公路交通科技，2001，18(1)：1-5．
[4] 梁球寿，王德胜.粉喷桩工程检测与综合评价[J]，华东公路，2002，(1)：66-68.
[5] 陈磊,李玉芬.粉喷桩处理高速公路加宽工程新路软基的数值分析. 浙江交通职业技术学院学报,2011(3):12~15
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：粉喷桩软土地基监测
1 概述
复合地基由于能显著改善地基的承载力，减小地基沉降，并有效抑止地基土体侧向变形这一特点而成，为一种比较理想的软土地基处理方式，在世界范围内都得到广泛应用，随着人们工程经验的积累，现在的复合地基设计逐渐由以承载力控制过渡到以沉降变形来控制，并结合施工监测进一步的调整施工参数，达到动态控制的目的[1~5]。某公路区内广泛分布有浅埋型软土和鱼塘、湖泊中的淤泥、淤泥质土等，呈片狀、块状和透镜状分布。厚度各处不一，一般厚约2～7m左右。其表层被厚约1～4米左右的粉质粘土所覆盖，下伏中、细砂层或呈硬可塑状的粘性土层。软土呈灰色，含水湿至饱和，软塑，具有异味。其天然含水量在32%～63%之间，液限指数在0.98～2.13之间，饱和度在90%以上，现场动力触探原位测试小于3击。工程地质性质差，对路基的危害性大。
综合以上工程地质条件，同时考虑预压荷载与工程建设周期提供的足够预压时问，本工程在大部分软土路段采用粉喷桩对地基进行处理。施工过程中对其承载力、空隙水压力、沉降与侧向位移进行了动态综合监测，积累了一定的经验，对其它类似工程具有一定的指导意见。
2 监测成果分析
在软土地基上修建高等级公路路提，最突出的问题是沉降和稳定。高速公路、高等级公路设计车速高，路面平整性要求也高，因此，软土地基路提的施工应注意填筑过程及以后的地基变形动态。根据研究区段软土地基的特性，确定本次观测的项目为：地表沉降、地基深层沉降、地基分层沉降、地基水平位移、孔隙水压力观测。共设置了5个观测断面，即K16+300、K18+500、K18+600、K23+800、K23+900。测点布置如图1所示。
图1测点布置示意图
2.1 应力监测结果及分析
⑴ 承载力试验
在施工的过程中，对部分粉喷桩进行了单桩承载力和复合地基承载力试验，单桩承载力试验的承压板直径为φ50cm、复合地基承载力试验的承压板边长为2.42m×2.42m。代表性的单桩以及复合地基静载承载力试验结果见图2、图3。
图2不同桩长复合地基承载力
图3不同桩长单桩承载力
从图2、图3的静载试验结果可以看出，单桩承载力、复合地基承载力与粉喷桩长、持力层特性有关，粉喷桩长越长、持力层越好，其单桩承载力和复合地基承载力越高；同样也可以看出粉喷桩的强度虽然随长度的增加而增加，但当粉喷桩长度达到10m时，其粉喷桩的单桩承载力以及复合地基承载力相比桩长为9.5m单桩承载力以及复合地基承载力增长不大，且桩越长施工难度也越大，也不经济，故粉喷桩的最大长度以10m为最佳。
利用静载试验的结果反算出了研究区段软土地基粉喷桩单桩承载力和复合地基承载力计算的参数：强度折减系数η=0.40，桩端天然地基土的承载力折减系数α=0.48，桩间土承载力折减系数β=0.2。
⑵ 孔隙水压力观测
孔隙水压力观测是了解地基土体固结状态最直接、最有效的手段，也是地基施工期稳定评价的有效方法之一。超静孔隙水压力的消散程度是决定加载速率的主要依据。孔隙水压力仪埋设于断面中央，典型超静孔隙水压力与填土荷载的关系见图4。
图4 K18+500荷载－孔隙水压力－时间曲线
从图4可知，粉喷桩在填筑过程中桩间土产生的最大超静孔隙水压力20～30kPa，超静孔隙水压力不大，这说明在研究区段软土地段路基的施工过程中不会产生较大的孔隙水压力，最大孔隙水压力在地表以下4.5～8.0m处达最大值，浅部及深部超静孔隙水压力均不大，说明粉喷桩加固软土地基起到了一定的效果。
2.2沉降观测
⑴ 地表沉降观测
路基填土速率越大沉降速率也越大，当填土高度不变时，沉降较慢，当填土高度增加时，沉降加快。根据监测方案，路堤每填筑一层观测一次，若两层填筑时间间隔长，则每3天观测一次，及时掌握软基沉降情况，以便确定路堤加载速度，及时调整软基处理加固方案。现场沉降观测资料表明，软土路基沉降变化基本经历了发生-发展-稳定的过程。研究区段K18+500以及K18+600横断面在初期沉降量比较大，根据地表沉降的观测结果及时调整了路堤的填筑速率（0.08m/d）。按照此速率施工后，地表沉降稳定，没有出现沉降过大或不均匀沉降等不良现象。典型地表沉降－时间－荷载曲线见图5。
图5K18+500荷载－时间－沉降曲线
⑵ 侧向位移观侧
侧向位移速率增量是判断路堤稳定与否的控制指标之一。侧向位移观测包括地表水平位移（边桩位移）和土体内部位移（沿深度的侧向位移）两部分。
①土体内部水平位移
各观测断面断面侧向位移的形态见图6～图10。
图6k16+300侧向位移－时间关系曲线
图7k18+500侧向位移－时间关系曲线
图8k18+600侧向位移－时间关系曲线
图9k23+800侧向位移－时间关系曲线
图10k23+900侧向位移－时间关系曲线
从图6～图10可知，最大侧向位移发生在地表以下4.5～7.0m；侧向位移量和位移速率与荷载大小有极其明显的相关性，随着加载，位移量和位移速率增大，加载停止，位移和位移速率显著减小， 并趋于0。当填土高度达4.7-5.5m时，侧向位移速率达到最大值，这与沉降速率的变化规律一致；侧向位移速率最大时的填土高度与计算极限填土高度基本一致。这表明，路基填土至极限状态时，地基土部分结构开始破坏，土体有较明显的塑性流动，发生侧向挤出，造成侧向位移偏大。此时必须严密监测。
② 地表土体水平位移
表1地表土体水平位移量（单位：mm）
边桩编号 K18+500 K18+600 K23+800 K23+900
1 40.5 41.3 29.3 28.9
2 46.3 45.9 38.5 38.2
3 38.2 39.2 25.7 25.2
表2地表土体最大水平位移速率(mm/d)
K18+500 K18+600 K23+800 K23+900
最大速率 3.5 3.2 2.1 2.8
从表1～表2可知，地表土体最大累计水平位移量38.2～46.3mm，发生在离坡脚10～13m的位置，在最大速率2.5～3.5mm/d。
3 结论
通过对施工期间软土地基监测结果的分析讨论，得出以下几点结论：
⑴ 根据静载试验的结果，结合地层情况，可以确定最佳桩长，同时根据试验结果反算软土地基粉喷桩单桩承载力和复合地基承载力计算的参数，可为相同地质条件的软土地段的粉喷桩设计与施工提供指导。
(2) 在路基施工中，为确保路基的安全稳定，必须对其变形进行监测，并对监测结果进行综合分析，确定合理的控制标准以指导施工。
(3) 本工程段所确定的监测指标在实际施工中证明是可行的，说明研究区段软土地基采用粉喷桩施工是成功的，对以后的施工具有一定的指导意义。
参考文献
[1] 王年香,章为民.深层搅拌法加固码头软基离心模型试验研究[J].岩土工程学报, 2001(5): 634-638
[2] 卿三惠,曹新文,谢强. 粉喷桩复合地基及软岩填料路堤的沉降控制研究. 铁道工程学报2010(3):28~32
[3] 邱钰，钱国超，刘松玉．粉喷桩处理高速公路软土地基地基内附加应力及沉降计算分析[J]．公路交通科技，2001，18(1)：1-5．
[4] 梁球寿，王德胜.粉喷桩工程检测与综合评价[J]，华东公路，2002，(1)：66-68.
[5] 陈磊,李玉芬.粉喷桩处理高速公路加宽工程新路软基的数值分析. 浙江交通职业技术学院学报,2011(3):12~15
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。