高速公路地基加固深層粉噴樁施工技術(shù)

粉噴樁加固地基技術(shù)概述第一節(jié)

地基處理的目的及意義任何建筑物的荷載最終將傳遞到地基上，由于上部結(jié)果材料強(qiáng)度很高，而地基土強(qiáng)度很低，壓縮性較大，因此通過設(shè)置一定結(jié)構(gòu)型式和尺寸的基礎(chǔ)才能解決這個(gè)矛盾。基礎(chǔ)具有承上啟下的作用，它一方面處于上部結(jié)構(gòu)的荷載及地基反力的共同作用下，承受由此產(chǎn)生的內(nèi)力；基礎(chǔ)底面的反力反過來又作為地基土的荷載，使地基產(chǎn)生應(yīng)力和變形?；A(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，除了需保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身具有足夠的剛度和強(qiáng)度外，同時(shí)還需選擇合理的基礎(chǔ)尺寸和布置方案，使地基的強(qiáng)度和沉降保持在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。因此，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)又常被稱為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。凡是基礎(chǔ)直接建在未經(jīng)加固的天然土層上時(shí)，這種地基稱之為天然地基。若天然地基很軟弱，則事先需要經(jīng)過人工處理后再建造基礎(chǔ)者，這種地基稱之為人工地基。隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，不僅需要選擇在地基條件良好的場(chǎng)地從事建設(shè)，而且有時(shí)也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進(jìn)行修建。另外，科學(xué)技術(shù)的日新月異也使結(jié)構(gòu)物的荷載日益增大，對(duì)變形要求越來越嚴(yán)，因而原來一般可被評(píng)價(jià)為良好的地基，也可能在某種特定條件下非進(jìn)行地基處理不可，因此，地基處理的重要地位也日益明顯，已成為制約工程建設(shè)的主要因素，如何選擇一種既滿足工程要求，又節(jié)約投資的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)算方法，已經(jīng)刻不容緩的呈現(xiàn)在廣大的工程技術(shù)人員面前。軟土是指近代沉積的軟弱土層，由于它低強(qiáng)度，高壓縮性和弱透水性，作為地基，常常成為棘手的工程地質(zhì)問題。軟土的成分包括飽含水分的軟弱粘土和淤泥土，其工程性質(zhì)主要取決與顆粒組成、有機(jī)質(zhì)含量、土的結(jié)構(gòu)、孔隙比及天然含水量。軟土地基的共同特性是：天然含水量高，最小為30%~40%，最高可達(dá)200%；孔隙比大，最小為0.8~1.2，最大達(dá)5；壓縮系數(shù)大；滲透系數(shù)小，一般小于1ⅹ106CM/S；靈敏度高，在2~10之間，靈敏度高的軟土，經(jīng)擾動(dòng)后強(qiáng)度便降低很多。軟弱地基就是指壓縮層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、充填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基。它是指基本上未經(jīng)受過地形及地質(zhì)變動(dòng)，未受過荷載及地震動(dòng)力等物理作用或土顆粒間的化學(xué)作用的軟粘土、有機(jī)質(zhì)土、飽和松砂土和淤泥質(zhì)土等地層構(gòu)成的地基。軟弱地基的特點(diǎn)決定了在這種地基上建造工程，必須進(jìn)行地基處理。地基處理的目的就是采取適當(dāng)?shù)拇胧└纳频鼗鶙l件，主要包括：改善剪切特性地基的剪切破壞以及在土壓力作用下的穩(wěn)定性，取決于地基土的抗剪強(qiáng)度。因此，為了防止剪切破壞以及減輕土壓力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪強(qiáng)度。改善壓縮特性主要是采用一定措施以提高地基土的壓縮模量，藉以減少地基土的沉降。另外，防止側(cè)向流動(dòng)（塑性流動(dòng)）產(chǎn)生的剪切變形，也是改善剪切特性的目的之一。改善透水特性由于地下水的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起地基出現(xiàn)一些問題，為此，需要采取一定措施使地基土變成不透水層或減輕其水壓力。改善動(dòng)力特性地震時(shí)飽和松散粉細(xì)砂（包括一部分輕亞粘土）將會(huì)產(chǎn)生液化。因此，需要采取一定措施防止地基土液化，并改善其振動(dòng)特性以提高地基的抗震特性改善特殊土的不良地基特性主要是指消除或減少黃土的濕陷性和膨脹性等特殊土的不良地基特性。第二節(jié)．地基處理的分類和方法我國勞動(dòng)人民在處理地基方面有著極其寶貴的豐富經(jīng)驗(yàn)，據(jù)史料記載，早在兩千年以前就已采用在軟土中夯入碎石等壓密土層的夯實(shí)法，灰土和三合土的換土墊層法也是我國的傳統(tǒng)建筑技術(shù)之一。隨著時(shí)代的發(fā)展，地基處理方法也有了長(zhǎng)足進(jìn)步，按時(shí)間分可分為臨時(shí)處理和永久處理；按深度分可分為淺層處理和深層處理；按土性對(duì)象分可分為砂性土處理和粘性土處理，飽和土處理和非飽和土處理等。許多方法尚在不斷發(fā)展中，基本方法是置換，夯實(shí)，擠密，排水，膠結(jié)，加筋和熱學(xué)等處理方法。這些方法都是被實(shí)踐證明的行之有效的方法。近三、四十年來，國外在地基處理技術(shù)方面發(fā)展十分迅速，老方法得到改進(jìn)，新方法不斷涌現(xiàn)。在60年代中期，從如何提高土的抗拉強(qiáng)度這一思路中，發(fā)展了土的“加筋法”；從如何有利于土的排水和加速固結(jié)這一基本觀點(diǎn)出發(fā)，發(fā)展了土工織物、砂井預(yù)壓和塑料排水板；從如何進(jìn)行深層壓密處理的方法考慮，發(fā)展了“強(qiáng)夯法”和“振動(dòng)水沖法”等。另外，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)地基工程提供了強(qiáng)大的生產(chǎn)手段，真空泵的問世，建立了“真空預(yù)壓法”，在壓縮空氣機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了“高壓噴射注漿法”。隨著地基處理工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，人們?cè)诟脑焱恋墓こ绦再|(zhì)的同時(shí)，不斷豐富了對(duì)土的特性的認(rèn)識(shí)，從而又推動(dòng)了地基處理技術(shù)和方法的更新，以前簡(jiǎn)單的分類方法已經(jīng)不能符合時(shí)代的要求，按地基處理的作用機(jī)理對(duì)地基處理方法進(jìn)行分類，能體現(xiàn)各種處理方法的主要特點(diǎn)，是一種比較妥當(dāng)?shù)姆诸惙椒?。按地基處理的作用機(jī)理分類，各種處理方法的簡(jiǎn)介見表１—１

表1—1．各種處理方法的比較分類處理方法原理及作用實(shí)用范圍優(yōu)點(diǎn)及局限性淺層密實(shí)法機(jī)械碾壓法挖除淺層軟軟弱土或不不良土，分分層碾壓或或夯實(shí)土，按按回填的材材料可分為為沙（石）墊墊層，碎石石墊層，粉粉煤灰墊層層，干渣墊墊層，土（灰灰土，二灰灰）墊層等等。它可提提高持力層層的承載力力，減小沉沉降量，消消除或部分分消除土的的濕陷性和和膨脹性，防防止土的凍凍脹及改善善土的抗液化性性。常用于基坑坑面積大和和開挖土方方量較大的的回填土方方工程，適適用于處理理淺層非飽飽和軟弱土土地基，濕濕陷性黃土土地基，膨膨脹性地基基，季節(jié)性性凍土地基基，素填土土和雜填土土地基。簡(jiǎn)易可行，但但僅限于淺淺層處理，一一般不大于于3米，對(duì)濕濕陷性黃土土地基不大大于5米。如遇地下水水，對(duì)于重重要工程需需要附加降降低地下水水的措施。重錘夯實(shí)法適用于地下下水位以上上為潮濕的的粘性土，砂砂土和濕陷陷性黃土，雜雜填土和分分層填土地地基。續(xù)表1—1．分類處理方法原理及作用實(shí)用范圍優(yōu)點(diǎn)及局限性淺層密實(shí)法平板振動(dòng)法挖除淺層軟軟弱土或不不良土，分分層碾壓或或夯實(shí)土，按按回填的材材料可分為為沙（石）墊墊層，碎石石墊層，粉粉煤灰墊層層，干渣墊墊層，土（灰灰土，二灰灰）墊層等等。它可提提高持力層層的承載力力，減小沉沉降量，消消除或部分分消除土的的濕陷性和和膨脹性，防防止土的凍凍脹及改善善土的抗液化性性。適用于處理理非飽和性性，無粘性性土或粘粒粒含量少而而透水性強(qiáng)強(qiáng)的雜填土土地基簡(jiǎn)易可行，但但僅限于淺淺層處理，一一般不大于于3米，對(duì)濕濕陷性黃土土地基不大大于5米。如遇地下水水，對(duì)于重重要工程需需要附加降降低地下水水的措施。強(qiáng)夯擠密法采用邊強(qiáng)夯夯、邊填碎碎石、邊擠擠淤的方法法，在地基基中形成碎碎石墩體，從從而提高地地基承載力力和減小沉沉降。適用于厚度度較小的淤淤泥和淤泥泥質(zhì)土地基。應(yīng)應(yīng)通過試驗(yàn)驗(yàn)方法確定定其適用性性。爆破法由于振動(dòng)使使土體產(chǎn)生生液化和變變形，達(dá)到到較大的密密實(shí)度，用用以提高地地基承載力力和減小沉沉降。適用于飽和和性砂或非非飽和性但但經(jīng)灌水后后飽和的砂砂，粉土和和濕陷性黃黃土。深層密實(shí)法強(qiáng)夯法利用強(qiáng)大的的夯擊能，迫迫使深層土土液化和動(dòng)動(dòng)力固結(jié)，使使土體密實(shí)實(shí)，用以提提高地基承承載力和減減小沉降，消消除土的濕濕陷性、膨膨脹性和液液化性。強(qiáng)強(qiáng)夯置換是是指對(duì)厚度度小于6米的軟弱弱土層邊夯夯邊填碎石石，形成深深度為3~6米，直徑徑為2米左右的的碎石柱體體，與周圍圍土體形成成復(fù)合地基基。適用于碎石石土，砂土土，素填土土，雜填土土，低飽和和度的粉土土與粘性土土，濕陷性性黃土。強(qiáng)夯置換法法適用于軟軟粘土。施工速度快快，施工質(zhì)質(zhì)量容易得得到保證。經(jīng)經(jīng)處理后土土體性質(zhì)較較為均勻，造造價(jià)經(jīng)濟(jì)，適適用于大面面積場(chǎng)地。施工時(shí)對(duì)周周圍有很大大的振動(dòng)和和噪音，不不宜在鬧市市區(qū)施工，并并且需要整整套強(qiáng)夯設(shè)設(shè)備（重錘錘，起重機(jī)機(jī)）。續(xù)表1—1分類處理方法原理及作用實(shí)用范圍優(yōu)點(diǎn)及局限性深層密實(shí)法擠密法（碎碎石、砂石石樁擠密法法）（土，灰土，二二灰樁擠密密法）（石灰樁擠密法法）利用擠密或振動(dòng)動(dòng)使深層土土密實(shí)，并并在振動(dòng)或或擠密過程程中回填以以砂，礫石石，碎石，土土，灰土，二二灰或石灰灰等，形成成砂樁，碎碎石樁，土土樁，灰土土樁，二灰灰樁，或石石灰樁，與與樁間土一一起組成復(fù)復(fù)合地基，從從而提高地地基承載力力，減少沉沉降量，消消除或部分分消除土的的濕陷性或或液化性。砂（砂石）樁擠擠密法，振振動(dòng)水沖法法，干振碎碎石樁法一一般適用于于雜填土和和松散砂土土，對(duì)軟土土地基經(jīng)試試驗(yàn)證明加加固有效時(shí)時(shí)方可使用用。土樁，灰灰土樁，二二灰樁擠密密性一般適適用于地下下水位以上上深度為5~10米的濕陷陷性黃土和和人工填土土。石灰樁樁適應(yīng)于軟軟弱的粘性性土和雜填填土。經(jīng)振沖處理后后地基土性性質(zhì)較均勻勻。排水固結(jié)法堆載預(yù)壓法真空預(yù)壓法降水預(yù)壓法電滲排水法通過布置垂垂直排水井井，改善地地基排水條條件，并采采取加壓，抽抽水，抽氣氣和電滲等等措施，以以加速地基基土的固結(jié)結(jié)和強(qiáng)度的的增長(zhǎng)，提提高地基土土的穩(wěn)定性性，并使沉沉降提前完完成。適用于處理理厚度較大大的飽和粘粘土和沖填填土地基，但但對(duì)于厚的的泥炭層要要慎重對(duì)待待。需要有預(yù)壓壓時(shí)間和荷荷載條件及及土石方搬搬運(yùn)機(jī)械。對(duì)真空預(yù)壓壓，預(yù)壓壓壓力達(dá)80kppa還不夠時(shí)時(shí)，可同時(shí)時(shí)加土石方方堆載。真真空泵需長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間抽氣氣，耗電量量大。降水預(yù)壓法法無須堆載載，效果取取決于降水水水位的深深度，需長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間，耗耗電量大。加筋法加筋土，土錨，土土釘錨板在人工填土土地路堤或或擋墻內(nèi)鋪鋪設(shè)土工合合成材料：：鋼帶，鋼鋼條，尼龍龍或玻璃纖纖維等作為為拉筋，或或在軟弱土土層上設(shè)置置樹根樁或或碎石樁等等，使這種種人工復(fù)合合土體可以以承受抗拉拉、抗壓、抗抗剪和抗彎彎作用，用用以提高地地基的承載載力，減小小沉降量和和增加地基基穩(wěn)定性。加筋土適用用于人工填填土的路堤堤和擋墻結(jié)結(jié)構(gòu)。土錨錨，土釘，錨錨板運(yùn)用于于土坡穩(wěn)定定。適用于處理理淺層地基基，簡(jiǎn)便易易行，施工工速度較快快。土工合成材料適用于砂土土，粘性土土和軟土。樹根樁適用于各類類土，可用用于穩(wěn)定土土坡支拉結(jié)結(jié)構(gòu)或用于于對(duì)既有建建筑物的托托換結(jié)構(gòu)。砂石樁、砂樁、碎碎石樁適用于粘性性土，疏散散砂性土和和人工填土土，對(duì)于軟軟土，經(jīng)試試驗(yàn)證明有有效時(shí)方可可使用。續(xù)表1—1分類處理方法原理及作用實(shí)用范圍優(yōu)點(diǎn)及局限性熱學(xué)法熱加固法熱加固法是是通過滲入入熱空氣和和燃燒物，并并依靠熱傳傳導(dǎo)將細(xì)顆顆粒土加熱熱到適當(dāng)溫溫度（100oC以上）則則土的強(qiáng)度度就會(huì)增加加，而壓縮縮性隨之降降低。適用于非飽飽和粘性粉粉土和濕陷陷性黃土。處理地基深深度大，加加固效果明明顯，污染染性小，但但受地理因因素和氣候候條件的限限制。凍結(jié)法采用液體氮氮或二氧化化碳膨脹的的方法，或或采用普通通的制冷設(shè)設(shè)備與一個(gè)個(gè)閉閥式液液壓系統(tǒng)相相連接，使使冷卻液在在內(nèi)部流動(dòng)動(dòng)，造成軟軟而濕的土土進(jìn)行凍結(jié)結(jié)，以提高高土的強(qiáng)度度和降低壓壓縮性。適用于各類類土，特別別在軟弱地地質(zhì)條件下下，開挖深深度大于7~8米，以及及低于地下下水位的情情況下是一一種普便而而有效的施施工措施。膠結(jié)法注漿法（灌漿法）通過注入水水泥漿液或或化學(xué)漿液液的措施使使土粒膠結(jié)結(jié)，用于提提高地基承承載力，減減小沉降量量，增加穩(wěn)穩(wěn)定性，防防止?jié)B漏。適用于處理理巖基，砂砂土，粉土土，淤泥質(zhì)質(zhì)粘土，粉粉質(zhì)粘土，粘粘土和一般般人工填土土，可加固固暗濱和使使用在托換換工程中施工時(shí)水泥泥漿冒出地地面，流失失量大，對(duì)對(duì)流失的水水泥漿應(yīng)設(shè)設(shè)法予以利利用。高壓噴射注漿法將有特殊噴噴嘴的注漿漿管通過鉆鉆孔置入到到處理土層層的預(yù)定深深度，然后后將漿液（通通常是水泥泥漿）以高高壓沖切土土體，在噴噴射漿液的的同時(shí)，以以一定的速速度旋轉(zhuǎn)提提升，形成成水泥柱圓圓柱體，若若噴嘴提升升而不旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，則形成成墻狀固結(jié)結(jié)體。加固固后可提升升地基承載載力，減少少沉降，防防止砂土液液化，管涌涌和基坑隆隆起，建成成防滲帷幕幕。適用于處理理淤泥，淤淤泥質(zhì)粘土土，粘性土土，粉土，黃黃土，砂土土和人工填填土等地基基。當(dāng)土中中含有較大大的大粒徑徑塊石，堅(jiān)堅(jiān)硬粘性土土，大量植植物根莖或或過多有機(jī)機(jī)質(zhì)時(shí)，應(yīng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果果確定運(yùn)用用程度。對(duì)對(duì)既有建筑筑物可進(jìn)行行托換工程程。水泥攪拌法分濕法（深深層攪拌法法）和干法法（粉體噴噴射攪拌法法）兩種。濕濕法利用深深層攪拌機(jī)機(jī)將水泥漿漿和地基土土原位拌和和。干法利利用粉噴機(jī)機(jī)將水泥粉粉或石灰粉粉與地基土土原位拌和和。攪拌后后形成柱狀狀水泥土體體。提高承承載力，用于處理淤淤泥，淤泥泥質(zhì)土，粉粉土和含水水量較高且且地基承載載力不大于于120KKpa的粘性土土等地基。當(dāng)當(dāng)用于處理理泥炭類土土或地下水水有侵蝕性性宜通過試試驗(yàn)確定適適用程度。經(jīng)濟(jì)效果顯顯著，目前前已經(jīng)成為為我國軟土土地基建造造6~7層建筑物物、高等級(jí)級(jí)公路路基基、防滲墻墻等工程最最為經(jīng)濟(jì)合合理的處理理方法之一一。不能用用于含石塊塊的雜填土土。以上各種地基處理方法都是根椐不同軟弱土性質(zhì)發(fā)展起來的。在選擇不同的地基處理方案時(shí)需要考慮以下因素：土的類別；處理后土的加固深度；上部結(jié)構(gòu)要求；能提供的材料；具有地基處理的機(jī)械設(shè)備；周圍環(huán)境因素；施工工期要求；施工隊(duì)伍技術(shù)素質(zhì)；施工技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較等。各種地基處理方法的土質(zhì)適用情況、加固效果和最大有效處理深度見表1—2：表1—2．各種地基處理方法的土質(zhì)適用情況、加固效果和最大有效處理深度分類序號(hào)處理方法土質(zhì)適用情況加固效果常用有效處理深深度(米)淤泥質(zhì)土人工填土無粘性土濕陷性黃土粘性土降低壓縮性提高抗剪性增加不透水性改善動(dòng)力特性飽和土非飽和土淺層加固法1換土墊層法********32機(jī)械碾壓法******33平板振動(dòng)法******1.54重錘夯實(shí)法******1.55土工合成材料法法*****1.5深層加固法6強(qiáng)夯法*******107砂（砂石）樁擠擠密法*******208振動(dòng)水沖法********189干振碎石樁法******610土（灰土，二灰灰）樁擠密密法******2011石灰樁擠密法****2012砂井（袋裝砂井井，塑料排排水板）預(yù)預(yù)壓法****1513真空預(yù)壓法****1514降水預(yù)壓法****3015電滲排水法****2016注漿法**********2017高壓噴射注漿法法********2018深層攪拌法******1819粉體噴射攪拌法法******12地質(zhì)構(gòu)造情況的復(fù)雜性要求在具體工程實(shí)踐中要注重各種處理方法的加固機(jī)理，實(shí)用范圍，優(yōu)點(diǎn)及局限性。真正做到因“地”制宜，達(dá)到提高地基承載力，減小沉降，保證上部建筑物的正常使用的目的。第三節(jié)．粉體噴射攪拌法的發(fā)展歷史、工程特點(diǎn)及其應(yīng)用一粉體噴射攪拌法的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及工程特點(diǎn)粉體噴射攪拌法是在軟土地基中輸入粉體加固材料（水泥粉或石灰粉），通過攪拌機(jī)械與原位地基土強(qiáng)制性攪拌混合，使地基土和加固材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在穩(wěn)定地基土的同時(shí)提高其強(qiáng)度的方法。1967年瑞典KJELDPAUS提出使用石灰攪拌樁加固15米深度范圍內(nèi)軟土地基的設(shè)想，并于1971年現(xiàn)場(chǎng)制成一根用生石灰和軟土攪拌制成的樁。次年在瑞典斯德哥爾摩以南約10公里的HUDDING用石灰粉體攪拌樁作為路堤和深基坑邊坡穩(wěn)定措施。瑞典的LINDENALIMAT公司還生產(chǎn)出專用的成樁機(jī)械，柱徑可達(dá)500mm，最大加固深度10~15米。目前瑞典所用的石灰攪拌樁已逾數(shù)百萬延米。同一時(shí)期，日本于1967年由運(yùn)輸部港灣研究所開始研制石灰攪拌施工機(jī)械，1974年在軟土地基加固工程中應(yīng)用，并研制出兩種石灰攪拌機(jī)械，形成兩種施工方法。一類為使用顆粒狀生石灰的深層攪拌法（DLM法），另一類為使用生石灰粉末的粉體噴射攪拌法（DJM法）。由于粉體噴射攪拌法采用粉體作為固化劑，不再向地基中注入附加水分，反而能充分吸收周圍軟土中的水分，因此加固后地基的初期強(qiáng)度高，對(duì)含水量高的軟土，加固效果尤為明顯，該技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)由鐵道部第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院于1983年初開始進(jìn)行粉體噴射攪拌法加固軟土的試驗(yàn)研究，并于1984年在廣東省云浮硫鐵礦鐵路專用線上單孔4.5米蓋板箱涵軟土地基加固工程中使用，后來相繼在武昌和連云港用于下水道河槽擋土墻和鐵路涵洞軟土地基加固，均獲得良好效果。它為軟土地基加固技術(shù)開拓了一種新的方法，并在鐵路，工路，市政工程，港口碼頭，工業(yè)和民用建筑等軟土地基加固方面推廣使用。粉體噴射攪拌法自1986年經(jīng)國家鑒定（獲科技進(jìn)步獎(jiǎng)）正式應(yīng)用于工程，并且專項(xiàng)技術(shù)規(guī)程的頒布（《軟土地基深層攪拌加固技術(shù)規(guī)程》YBJ225—91），標(biāo)志著該技術(shù)在設(shè)計(jì)和施工上趨于成熟。粉體噴射攪拌法加固地基有如下特點(diǎn)：使用的固化材料（干燥狀態(tài)）可更多吸收軟土地基的水分，對(duì)加固含水量高的軟土地基，效果更為顯著。固化材料全面的被噴射到靠攪拌葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的孔隙中，同時(shí)又靠土的水分把它粘附到孔隙內(nèi)部，隨著攪拌葉片的攪拌，使固化劑均勻的分布在土中，不會(huì)產(chǎn)生不均勻的散亂現(xiàn)象，有利于提高地基土加固強(qiáng)度，被加固土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度可以提高許多，達(dá)幾十倍以上，一般為500~4000Kpa，而且強(qiáng)度增長(zhǎng)快，工期短，有利于快速施工。適量的選擇固化劑，摻入比，攪拌方式，置換率等，可達(dá)到良好的軟基加固效果。與高壓噴射注漿法和水泥漿深層攪拌法相比，輸入地基土中固化材料要少得多，無漿液排出，無地面隆起現(xiàn)象。粉體噴射攪拌法施工可以加固成群樁，也可以交替搭接成壁狀，格柵狀或塊狀，使的固化材料為干燥狀態(tài)的直徑為0.5mm以下的粉狀體，如水泥，生石灰，也可以摻入礦石渣，干燥砂和粉煤灰等，材料來源廣泛，并可以使用兩種以上的混合材料。因此，對(duì)地基土加固適應(yīng)性強(qiáng)，不同的土質(zhì)要求都可以找出與之相適應(yīng)的固化材料。就地加固，無棄土，減少土方工程。施工無振動(dòng)，無噪聲，無排污，對(duì)周圍環(huán)境無污染，對(duì)周邊軟土無擾動(dòng)。加固費(fèi)用不高，成樁快。一般日成樁300~400米，成樁10天左右即可進(jìn)行下一道工序施工，大大縮短施工周期。粉體噴射攪拌法（干法）由漿體深層攪拌法（濕法）改進(jìn)而來。在原地基承載力高時(shí)，濕法施工比干法施工攪拌攪拌效果理想。若采用干法施工，攪拌后形成的水泥土均勻性相對(duì)較差。另外，當(dāng)天然地基土的含水量較低時(shí)，干法攪拌滿足不了水泥水化反應(yīng)的水量要求，從而達(dá)不到理想的效果。二粉體噴射攪拌法在路基設(shè)計(jì)中的應(yīng)用粉體噴射攪拌法作為軟土地基處理的一種方法，由于其加固工期短，見效快，就地處理，最大限度利用原土，無污染，加固后地基整體性、水穩(wěn)定性及強(qiáng)度都有大幅度的提高，目前已得到越來越多的應(yīng)用。在我國，粉噴樁加固軟弱土層已經(jīng)被廣泛的用于鐵路、高等級(jí)公路、市政工程、工業(yè)與民用建筑、港口碼頭等工程的地基加固，并取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效果。尤其對(duì)高速公路的建設(shè)而言，路線所經(jīng)區(qū)域的不良地質(zhì)主要為軟土地基，路堤的沉降，橋頭的沉降和小型構(gòu)造物的不均勻沉降，常常是工程設(shè)計(jì)人員面臨的主要難題，這些問題解決的好壞與否，不僅直接關(guān)系到高速公路建設(shè)成敗的關(guān)鍵，也是控制工期、關(guān)系工程造價(jià)的重要環(huán)節(jié)。為了確保路面的使用質(zhì)量，在充分考慮各種軟土路段路基的處理方案時(shí)，不少工程采用粉噴樁對(duì)軟土路基的高填土部分和橋頭部位進(jìn)行處理。國內(nèi)外工程實(shí)踐表明，經(jīng)過加固后的土體壓縮性明顯減小，抗側(cè)向變形能力有所提高，明顯防止軟土對(duì)橋臺(tái)樁基的側(cè)向擠密作用。又因水泥土的固化時(shí)間較短，在爭(zhēng)取時(shí)間的過程中不失為一種有效的軟基處理方法。在施工期緊的情況下，遇到橋臺(tái)施工與橋臺(tái)后填土安排的矛盾時(shí)，不少中高填土部位采用粉噴樁加固方案。第四節(jié)．問題的提出和本文主要研究?jī)?nèi)容一．問題的提出1．粉體噴射攪拌法常被應(yīng)用于建筑物地基、高速公路路基等加固工程中，其機(jī)理是基于水泥對(duì)土的加固作用。然而這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷史僅僅為幾十年，對(duì)其加固機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不充分，設(shè)計(jì)理論和方法還不不成熟，有些還處于半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)。粉噴樁的一般設(shè)計(jì)原則為樁徑50cm，粉劑為425#水泥干粉，摻量為天然土重的15%，樁間距約為1~2米左右，呈正三角或正方形布置，施工采取全程復(fù)攪復(fù)噴等措施。鑒于各類軟基成因復(fù)雜，性質(zhì)千差萬別，含水量有多寡，軟土成分、有機(jī)質(zhì)、酸堿度各異；同一設(shè)計(jì)方案并不能滿足普遍工程的特殊性，同時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定，對(duì)具體工程而言并不是最優(yōu)的。如何在了解工程地質(zhì)構(gòu)造和各類土的物理力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出在符合規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)的情況下，又滿足上部結(jié)構(gòu)物對(duì)強(qiáng)度和沉降的要求的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，將具有重大的工程意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。2．工程實(shí)踐表明，粉體噴射深層攪拌法的施工工藝、施工機(jī)械尚待進(jìn)一步完善；攪拌樁的檢測(cè)方法及手段長(zhǎng)期懸而未解；目前尚無統(tǒng)一的粉噴樁質(zhì)量檢測(cè)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。粉體噴射深層攪拌加固技術(shù)發(fā)展至今，加之工程管理的疏漏，操作人員素質(zhì)的參差不齊，技術(shù)應(yīng)用的某種失度，確實(shí)有加固失敗，工程失事的情況發(fā)生，致使深層攪拌這一具有明顯優(yōu)勢(shì)的加固技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展受到了限制。對(duì)粉噴樁這種隱蔽工程而言，如何準(zhǔn)確、有效、快速的檢測(cè)其施工質(zhì)量，一方面為建設(shè)單位的現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的控制提供依據(jù)，另一方面便于及時(shí)的檢查和發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題，解決施工質(zhì)量狀況令人疑慮狀況，有必要提供一種行之有效的檢測(cè)方法，來充分發(fā)揮粉噴樁加固地基經(jīng)濟(jì)、有效、節(jié)省工時(shí)等多種優(yōu)點(diǎn)。3．提高地基承載力和減小壓縮層的沉降量是地基處理的主要目的。由于工程結(jié)構(gòu)物對(duì)地基的要求，隨型式、規(guī)模及重要性而異，對(duì)軟弱地基的判斷標(biāo)準(zhǔn)也難有一個(gè)統(tǒng)一的正確的定義。因此，沉降量的合理估算，是地基加固方案設(shè)計(jì)的一個(gè)重要依據(jù)。沉降量估算的小，將會(huì)影響上部建筑物的正常使用乃至破壞，造成不必要的損失；沉降量估算過大，將直接導(dǎo)致工程造價(jià)提高，投資增加，經(jīng)濟(jì)效益低下。如何在種類繁多的各種沉降計(jì)算方法中選擇一種適合工程應(yīng)用、原理易于理解、計(jì)算結(jié)果合理、方法簡(jiǎn)單易行的實(shí)用計(jì)算方法，對(duì)工程技術(shù)人員而言，將具有直接的工程實(shí)踐意義。鑒于以上原因，本文以在建的省“九五”重點(diǎn)工程—南京至馬鞍山高速公路的軟基加固工程為依托，結(jié)合河海大學(xué)結(jié)構(gòu)研究所與南京公路建設(shè)處合作的南京市重點(diǎn)建設(shè)工程—南京至高淳高等級(jí)公路二期工程，對(duì)粉噴樁加固路基方案的設(shè)計(jì)、樁基現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制及粉噴樁復(fù)合地基沉降的計(jì)算進(jìn)行了初步研究，以期加深前期經(jīng)驗(yàn)，積累資料成果，指導(dǎo)工程實(shí)踐，達(dá)到修正和完善現(xiàn)有工程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和沉降計(jì)算方法的目的。二．本文主要研究?jī)?nèi)容水泥土抗壓強(qiáng)度的影響因素分析為了經(jīng)濟(jì)合理地確定深層攪拌法加固地基土的技術(shù)方案，確定與地基土加固相適應(yīng)的水泥品種、標(biāo)號(hào)和水泥摻入比，同時(shí)也是為地基加固設(shè)計(jì)提供必不可少的試驗(yàn)資料，預(yù)先進(jìn)行了各種不同方案的水泥土室內(nèi)配比試驗(yàn)。目的在于探索用水泥土加固各種成因軟土的適宜性，了解加固水泥的摻入比、含水量、齡期、外摻劑等對(duì)水泥土強(qiáng)度的影響，求得波速、摻入比、含水量、干密度、齡期和標(biāo)貫擊數(shù)與強(qiáng)度的關(guān)系，從而為設(shè)計(jì)、計(jì)算和施工提供可靠的參數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)樁基質(zhì)量檢測(cè)本文首先根據(jù)波速、標(biāo)貫與抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性分析揭示的彼此之間的客觀關(guān)系，對(duì)反射波動(dòng)測(cè)法、鉆孔取芯和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的方法應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)樁基檢測(cè)的可行性進(jìn)行了論證，并結(jié)合本次工程實(shí)踐，對(duì)反射波動(dòng)測(cè)法、鉆孔取芯和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的方法應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)樁基檢測(cè)的合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。目的在于尋求一種與工程實(shí)際相適應(yīng)，操作簡(jiǎn)便易行，結(jié)果合理可靠的方法，從而更好的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。地基沉降計(jì)算方法分析對(duì)高速公路軟土路基的處理而言，沉降量的估算是決定軟基是否需要處理及處理效果如何的重要步驟，合理的計(jì)算沉降量將具有非比尋常的重要意義。本文結(jié)合試驗(yàn)和原觀分析，對(duì)復(fù)合地基沉降的各種計(jì)算方法進(jìn)行了對(duì)比分析和估價(jià)，決定采取數(shù)值和簡(jiǎn)化兩種計(jì)算手段。數(shù)值計(jì)算采用非線性有限元方法，土體假定為鄧肯—張模型，以比奧固結(jié)理論為基礎(chǔ)，考慮側(cè)向變形和滲流對(duì)沉降的影響，將樁—土作為整體劃分網(wǎng)格，取網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上孔隙壓力和豎向、水平向位移為基本未知量，在填土作用下根據(jù)土體勁度和滲透性建立方程，解得孔壓和位移隨時(shí)間的變化。簡(jiǎn)化計(jì)算主要采用等效模量當(dāng)層法和Mindlin—Boussinesq聯(lián)合求解法計(jì)算沉降，并根據(jù)有限元計(jì)算或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。本文目的在于通過以上嘗試，選擇一種適宜本地區(qū)簡(jiǎn)易而又較合理、易于為工程技術(shù)人員接受的的沉降計(jì)算方法。第二章室內(nèi)配比試驗(yàn)中水泥土強(qiáng)度影響因素分析粉體噴射深層攪拌法處理軟土地基主要是通過水泥與軟土經(jīng)過一系列物理化學(xué)反應(yīng)，對(duì)軟土結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變來提高地基承載力和減小沉降量來實(shí)現(xiàn)加固目的。粉噴樁加固軟土地基的效果，主要取決于加固土的性質(zhì)、水泥摻入量的多寡、樁長(zhǎng)和樁間距的大小等因素。就目前的粉噴樁工程設(shè)計(jì)而言，其加固方案基本上是千篇一律，很難做到與工程實(shí)際相結(jié)合，使得粉噴樁加固地基經(jīng)濟(jì)效益明顯的作用未能充分發(fā)揮。因此，我們進(jìn)行室內(nèi)配比試驗(yàn)的目的，就是模擬粉噴樁的現(xiàn)場(chǎng)加固過程，反映出加固過程中的決定性因素，然后結(jié)合具體工程軟弱土層的物理力學(xué)特性，尋求最優(yōu)加固方案。在室內(nèi)配比方案中，如何確定影響水泥土的因素和影響因素中的主要因素，第一步要搞清楚水泥土的加固機(jī)理。因此，本文首先從對(duì)水泥土加固機(jī)理的研究出發(fā)，試圖揭示軟土改性的機(jī)理。第一節(jié)水泥土加固機(jī)理分析水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過程和混凝土硬化機(jī)理不同?；炷恋挠不饕窃诖痔畛淞系谋缺砻娣e不大，活性很弱的介質(zhì)中進(jìn)行水解水化作用，所以凝結(jié)速度較快。而在水泥加固土中，由于水泥摻量很小，水泥的水化水解反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì)—土的圍繞下進(jìn)行的，因此水泥加固土的強(qiáng)度增長(zhǎng)過程比混凝土較為緩慢。軟土工程性狀差的物質(zhì)多為粘性礦物成分（如蒙脫石，伊利石，高嶺石等），這類次生礦物構(gòu)成的土粒極細(xì)，比表面積大，且多呈片狀，性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力，改善粘土礦物性質(zhì)就可以改善軟土的物理力學(xué)性質(zhì)。一．水泥的水解水化反應(yīng)普通的硅酸鹽水泥主要是氧化鈣，二氧化硅，三氧化二鋁，三氧化二鐵，三氧化硫等組成，摻入的水泥與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，在軟土中形成水泥石骨架。主要反應(yīng)如下：2（3CaO·SiO2）+6H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca（OH）2；2（2CaO·SiO2）+4H2O→3CaO·2SiO2·3H2O+Ca（OH）2；3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O；4CaO·Al2O3Fe2O3+2Ca（OH）2+10H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+3CaO·Fe2O3·6H2O；3CaSO4+3CaO·Al2O3+32H2O→CaO·Al2O33CaSO4·32H2O;生成物主要為氫氧化鈣，含水硅酸鈣，含水鋁酸鈣，含水鐵酸鈣和水泥桿菌等化合物。所生成的氫氧化鈣，含水硅酸鈣能迅速溶于水中，使水泥顆粒表面重新暴露出來，再與水發(fā)生反應(yīng)，這樣周圍的水溶液就逐漸達(dá)到飽和。當(dāng)溶液達(dá)到飽和后，水分子雖繼續(xù)滲入顆粒內(nèi)部，但新生成物不能再繼續(xù)溶解，只能以膠體析出，懸浮在溶液中。根據(jù)電子顯微鏡的觀察，水泥桿菌最初以桿狀結(jié)晶形式在比較短的時(shí)間內(nèi)析出，其生成量隨水泥摻入量的多寡和齡期的長(zhǎng)短而異。由

X射線衍射分析，這種反應(yīng)迅速，最后把大量自由水以結(jié)晶水的形式固定下來。這對(duì)于含水量高的軟土強(qiáng)度增長(zhǎng)有特殊意義，可使土中自由水的減少量約為水泥桿菌生成重量的46%。當(dāng)然，硫酸鈣的摻量不能太多，否則這種水泥桿菌針狀結(jié)晶會(huì)使水泥發(fā)生膨脹而遭到破壞。所以，使用合適，在某種特定的條件下，可利用這種膨脹勢(shì)來使加固土發(fā)生膨脹、擠密作用來增加地基加固效果。二．粘土顆粒與水泥水化物的作用當(dāng)水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架，有的則與周圍具有一定活性的粘土顆發(fā)生反應(yīng)。1）．離子交換和團(tuán)?；饔谜惩梁退Y(jié)合時(shí)就表現(xiàn)一定的膠體特性，如土中二氧化碳遇水后，形成膠體微粒，其表面帶有鈉離子或鉀離子，它們能和水泥水化生成的氫氧化鈣中鈣離子Ca+進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，從而使土體的強(qiáng)度提高。水泥水化生成的凝膠粒子的比表面積約比原水泥顆粒大1000倍，因而產(chǎn)生很大的表面能，有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合，形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并封閉各團(tuán)粒的孔隙，形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)。從宏觀上看也能使水泥土的強(qiáng)度大大提高。2）．硬凝反應(yīng)隨著水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù)量超過離子交換需要量后，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及三氧化二鋁的一部分或大部分與鈣離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，逐漸生成不溶于水的結(jié)晶化合物，增大水泥土強(qiáng)度。SiO2+Ca（OH）2+nH2O→3CaO·SiO2·(nH)H2O;Al2O3+Ca（OH）2+nH2O→CaO·Al2O3·(n+1)H2O;從電子顯微鏡掃描的觀察可見，拌入水泥7天時(shí)，土顆粒周圍充滿了水泥凝膠體，并有少量水泥水化物結(jié)晶萌芽；一個(gè)月后，水泥土生成大量纖維狀結(jié)晶，并不斷延伸充填到顆粒間的孔隙中，形成網(wǎng)狀構(gòu)造；到五個(gè)月后，纖維狀結(jié)晶輻射向外伸展，產(chǎn)生分叉，相互結(jié)合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，土顆粒的性狀已經(jīng)不能分辨。3）．碳酸化作用水泥水化物中游離的氫氧化鈣能吸收水中和空氣中的二氧化碳，發(fā)生碳酸化作用，生成不溶于水的碳酸鈣，這種反應(yīng)也能使水泥土增加強(qiáng)度，但增長(zhǎng)強(qiáng)度較慢，幅度較小。從水泥土加固機(jī)理分析，由于攪拌機(jī)械的切削作用，實(shí)際上不可避免會(huì)留下一些未被粉碎的大小團(tuán)粒，在拌入水泥后將出現(xiàn)水泥漿包裹土團(tuán)的現(xiàn)象，而土團(tuán)間的大孔隙基本上已被水泥顆粒填滿。所以，加固的水泥土中形成一些水泥較多的微區(qū)，而在大小土團(tuán)內(nèi)部則沒有水泥。只有在較長(zhǎng)的時(shí)間，土團(tuán)內(nèi)的土顆粒在水泥水解產(chǎn)生的滲透作用下，才逐漸改變性質(zhì)。因此在水泥土中不可避免的會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度較大和水穩(wěn)定性較好的水泥石和強(qiáng)度較低的土團(tuán)粒區(qū)。兩者在空間相互交替，從而形成一種獨(dú)特的水泥土結(jié)構(gòu)?？梢姡瑪嚢柙匠浞?，土塊被粉碎得越小，水泥分布到土中越均勻，則水泥土結(jié)構(gòu)的離散性越小，其宏觀強(qiáng)度也越高。第二節(jié)水泥土的室內(nèi)配比試驗(yàn)一．試驗(yàn)?zāi)康能浫跬翆拥姆蹏姌都庸碳夹g(shù)是基于水泥對(duì)軟土的加固作用，而目前這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展僅僅經(jīng)歷了幾十年，無論從加固機(jī)理還是設(shè)計(jì)計(jì)算方法還是施工工藝均有不完善的地方，有些還處于半理論半經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)，因此，應(yīng)該特別重視水泥土的室內(nèi)配比試驗(yàn)。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，掌握一些規(guī)律性因果關(guān)系來指導(dǎo)粉噴樁加固方案的設(shè)計(jì)。本文根據(jù)各種不同方案的水泥土室內(nèi)配比試驗(yàn)結(jié)果，利用多元線性回歸和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種數(shù)學(xué)方法對(duì)地基土加固效果有影響的因素如：摻入比、含水量等因素進(jìn)行了分析，希望對(duì)設(shè)計(jì)、計(jì)算和施工中重要參數(shù)的確定有指導(dǎo)意義，從而經(jīng)濟(jì)合理地確定深層攪拌法加固地基土的技術(shù)方案，也為類似工程提供參考數(shù)據(jù)。具體步驟如下：1．確定哪些變量xi（如水泥品種，標(biāo)號(hào)，摻入比，含水量，攪拌方式，養(yǎng)護(hù)條件等）對(duì)響應(yīng)Y（如無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，抗剪，抗拉強(qiáng)度等）最有影響。2．確定最有影響的xi設(shè)置在何處（如含水量、摻入比最優(yōu)）使得Y幾乎接近于所希望的額定值。3．確定有影響的xi設(shè)置在何處使得Y的變異性較大。4．確定有影響的xi設(shè)置在何處使得不可控制的變量z1,z2···zn,(如攪拌機(jī)械，施工工藝，管理水平)的效果最小。二．試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原理１．重復(fù)性重復(fù)性是指指基本試驗(yàn)驗(yàn)的重復(fù)進(jìn)進(jìn)行。重復(fù)復(fù)有兩個(gè)重重要性質(zhì)：：第一，是是可以得到到試驗(yàn)誤差差的一個(gè)估估計(jì)量；第第二，如果果樣本均值值用作為試試驗(yàn)中一個(gè)個(gè)因素的效效應(yīng)估計(jì)量量，則重復(fù)復(fù)允許試驗(yàn)驗(yàn)者求得這這一效應(yīng)更更為精確的的估計(jì)量。例例如：如果果σ2是數(shù)據(jù)方方差，而有有n次重復(fù)的的樣本均值值的方差則則為σ2/n。這一點(diǎn)點(diǎn)的實(shí)際意意義是,如果只有有一次試驗(yàn)驗(yàn)，并觀察察到含水量量為40%的試塊抗抗壓強(qiáng)度為為y1=0.99Mpa，而含水水量為30%的試塊抗抗壓強(qiáng)度為為y2=1.00Mpa，我們也也許不能作作出抗壓強(qiáng)強(qiáng)度隨含水水量增加而而降低的推推斷，也就就是說觀察察差可能是是試驗(yàn)誤差差的結(jié)果；；另一方面面，如果n合理的大大，試驗(yàn)誤誤差足夠小小，當(dāng)觀察察到同樣的的結(jié)果時(shí)，我我們就認(rèn)為為以下的結(jié)結(jié)論是可靠靠的：在其其他條件相相同的條件件下，含水水量的增加加確實(shí)使水水泥土抗壓壓強(qiáng)度降低低。２．隨機(jī)化化它是在試驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)中使使用統(tǒng)計(jì)方方法的基石石。所謂隨隨機(jī)化，指指試驗(yàn)材料料的分配和和各個(gè)試驗(yàn)驗(yàn)的進(jìn)行次次序都是隨隨機(jī)確定的的。統(tǒng)計(jì)方方法要求觀觀察值（或或誤差）是是獨(dú)立分布布的隨機(jī)變變量，而隨隨機(jī)化通常常使這一假假定有效，把把試驗(yàn)進(jìn)行行適量的隨隨機(jī)化有助助于“平均出”可能出現(xiàn)現(xiàn)的外來因因素的效應(yīng)應(yīng)。例如在在抗拉試驗(yàn)驗(yàn)中隨機(jī)對(duì)對(duì)齡期相同同的試塊進(jìn)進(jìn)行拉斷試試驗(yàn)，而非非按摻入比比等因素分分組進(jìn)行拉拉斷試驗(yàn)，這這樣就會(huì)緩緩解試驗(yàn)設(shè)設(shè)備的摩阻阻力或因接接觸位置的的差異引起起的強(qiáng)度變變化。３）．區(qū)組組化它是用來提提高試驗(yàn)精精確度的一一種方法。一一個(gè)區(qū)組就就是試驗(yàn)材材料的一部部分，相比比于試驗(yàn)材材料全體，它它們本身的的性質(zhì)應(yīng)該該更為類似似。例如：：想知道摻摻入比對(duì)試試塊強(qiáng)度的的影響，可可以用下述述方法進(jìn)行行。隨機(jī)制制一批試塊塊，樣品的的一半摻入入比為10%，另一半半為15%，進(jìn)行抗抗壓試驗(yàn)時(shí)時(shí)試塊的選選取是隨機(jī)機(jī)決定的，因因?yàn)檫@是一一種完全隨隨機(jī)化設(shè)計(jì)計(jì)，兩個(gè)樣樣本的平均均抗壓強(qiáng)度度可用t檢驗(yàn)法來來比較。這這樣就會(huì)顯顯現(xiàn)出完全全隨機(jī)化設(shè)設(shè)計(jì)的一個(gè)個(gè)嚴(yán)重缺陷陷。設(shè)摻入入比相同的的試塊由一一個(gè)模具壓壓制而成，而而在制模過過程中可能能使試塊的的厚度、密密實(shí)性等不不同，不同同摻入比的的樣本之間間將缺乏均均勻性導(dǎo)致致抗壓強(qiáng)度度的變異性性，并會(huì)增增大試驗(yàn)的的誤差，使使摻入比的的真實(shí)影響響難以鑒別別。區(qū)組化原則則就是針對(duì)對(duì)這一情況況，假定一一個(gè)模具可可以制成摻摻入比不同同的兩個(gè)試試塊，這樣樣試塊之間間的厚度、密密實(shí)性等差差異將縮小小，從而降降低其他因因素引起的的抗壓強(qiáng)度度的變異性性，達(dá)到提提高試驗(yàn)精精確度的目目的。以上設(shè)計(jì)實(shí)實(shí)際是一般般的隨機(jī)化化區(qū)組設(shè)計(jì)計(jì)中特殊的的設(shè)計(jì)類型型。區(qū)組理理解為一個(gè)個(gè)相對(duì)均勻勻的試驗(yàn)單單元，并且且表示對(duì)完完全隨機(jī)化化的一個(gè)約約束，因?yàn)闉樘幚斫M合合僅僅在區(qū)區(qū)組內(nèi)部是是隨機(jī)化的的。但是，要注注意以下幾幾點(diǎn)：例如如對(duì)一個(gè)20個(gè)樣本的的試驗(yàn)，用用完全隨機(jī)機(jī)化設(shè)計(jì)方方法，對(duì)t統(tǒng)計(jì)量而而言，用了了n1-1+nn2-1=110-1++10-11=18個(gè)自由度度，而隨機(jī)機(jī)化區(qū)組設(shè)設(shè)計(jì)卻使t統(tǒng)計(jì)量只只用了10-11=9個(gè)自由度度，區(qū)組化化使我們失失去了（n2-1）個(gè)自由由度。但我我們希望，消消除了附加加的變異性性源（樣本本之間的差差別）能得得到更好的的信息，對(duì)對(duì)以上兩種種方法進(jìn)行行置信區(qū)間間分析可知知：區(qū)組化化分析所得得到的置信信區(qū)間小于于獨(dú)立分析析所得到的的置信區(qū)間間，這一點(diǎn)點(diǎn)反應(yīng)了區(qū)區(qū)組化的噪噪音減小性性質(zhì)。區(qū)組化并不不常是最好好的設(shè)計(jì)策策略。如果果區(qū)組內(nèi)部部的變異性性和區(qū)組之之間的變異異性相同，則y1-y2的方差不管用什么設(shè)計(jì)方法都是相同的，實(shí)際上區(qū)組化將不是一個(gè)好的選擇，因?yàn)閰^(qū)組化損失了（n2-1）個(gè)自由度并在實(shí)際上導(dǎo)致了一個(gè)關(guān)于（μ1-μ2）的較寬的置信區(qū)間。三．試驗(yàn)設(shè)設(shè)備和規(guī)程程本次試驗(yàn)用用土取自xxx公路（洪洪藍(lán)至xxx段）工地地現(xiàn)場(chǎng)，場(chǎng)場(chǎng)地原為河河道，屬于于江、河漫漫灘沉積，加加固區(qū)土層層土樣由鉆鉆機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)充充勘探時(shí)取取得，常規(guī)規(guī)土工試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)得其物物理力學(xué)性性質(zhì)指標(biāo)見見表2—1，這些參參數(shù)主要是是在粉噴樁樁地基加固固設(shè)計(jì)和沉沉降計(jì)算中中提供樁間間土參數(shù)。根據(jù)表2——1提供的地地質(zhì)資料情情況，知加加固區(qū)以粘粘性土和淤淤泥質(zhì)土為為主，分布布呈層狀，且且同種土土土層較薄，由由于鉆頭的的推進(jìn)和旋旋轉(zhuǎn)，可能能會(huì)使相鄰鄰?fù)翆油粱旎祀s，與摻摻入水泥共共同膠結(jié)形形成成樁材材料；另一一方面，試試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)有有限，回歸歸分析所需需樣本量又又較大，難難以對(duì)每種種土都進(jìn)行行配比試驗(yàn)驗(yàn)。因此室室內(nèi)土樣主主要取粘土土和淤泥質(zhì)質(zhì)土，在室室內(nèi)使土樣樣完全擾動(dòng)動(dòng)，并攪拌拌均勻后，利利用現(xiàn)有的的土工試驗(yàn)驗(yàn)儀器，制制得試塊為為70mmm×70mmm×700mm的立方體體，空氣養(yǎng)養(yǎng)護(hù)，攪拌拌方式為干干攪，按照照土工試驗(yàn)驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行行試驗(yàn)。配配比方案如如下：水泥泥摻入比分分別為8%、12%、15%；含水量量分別為30%和40%；齡期分分為30天和90天。試樣樣共分12組，每組12個(gè)，共12組×12個(gè)=144（個(gè)）表2—1..xx二期土土工試驗(yàn)成成果表xx大橋北北（k54++400—+465）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（gg/cm33）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa-11）壓縮模量（Mpa）粉質(zhì)粘土1.0-1.2228.31.430.8972.720.523.6淤泥質(zhì)粉粘粘土3.1-3.3341.01.261.1672.720.842.5粉質(zhì)粘土4.5-4.7727.61.510.8002.710.364.9粘土8.0-8.2227.11.520.7982.730.189.8xx大橋南南（k54++625—+670）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（gg/cm33）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa-11）壓縮模量（Mpa）粉質(zhì)粘土2.0-4.2229.31.470.8452.720.403.9粉土7.0-7.2226.01.540.7542.700.237.5殘積土8.9-10..323.51.550.7362.700.453.8xx小橋北北（ｋ57+5582—+632）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（gg/cm33）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa-11）壓縮模量（Mpa）粘土1.0-1.3331.31.390.9652.740.523.7淤泥質(zhì)3.1-3.3341.51.221.2532.740.297.4細(xì)砂土4.6-4.8834.61.360.985

0.209.6淤泥質(zhì)細(xì)砂砂土8.1-8.3336.11.241.174

0.249.1粉質(zhì)粘土10.8-111.228.11.510.7952.720.266.8xx小橋南南（ｋ57+6632—+693）土層種類深度（m）含水量（%）干密度（gg/cm33）孔隙比比重壓縮系數(shù)（Mpa-11）壓縮模量（Mpa）粉質(zhì)粘土1.3-1.5526.91.530.7792.720.345.1淤泥質(zhì)粉砂砂土2.3-2.5543.61.191.2672.700.872.5淤泥質(zhì)2.8-3.0050.31.131.4262.741.101.9淤泥質(zhì)粉砂砂土3.5-3.7749.01.121.4092.700.762.9第三節(jié)多元線線性回歸分分析影響粉噴樁樁的物理力力學(xué)性能指指標(biāo)的因素素甚多：軟軟土性質(zhì)、工工程設(shè)計(jì)、施施工機(jī)械、施施工工藝、養(yǎng)養(yǎng)護(hù)條件及及施工者素素質(zhì)對(duì)水泥泥土強(qiáng)度都都有強(qiáng)烈的的影響，現(xiàn)現(xiàn)排除設(shè)計(jì)計(jì)、施工等等諸多因素素，在本章章分析中，主主要研究水水泥土抗壓壓強(qiáng)度這一一主要指標(biāo)標(biāo)，考察水水泥摻入比比、含水量量、孔隙率率、干容重重、聲波傳傳播速度等等因素的作作用。通過過回歸分析析，試圖將將各影響因因素對(duì)目標(biāo)標(biāo)的影響量量化，同時(shí)時(shí)希望進(jìn)行行各因素之之間的共線線性診斷以以及模型的的適合性檢檢驗(yàn)，從而而建立只包包含主要影影響因素與與抗壓強(qiáng)度度的新模型型，在工程程中以更少少的參數(shù)來來較好的控控制粉噴樁樁水泥土的的抗壓強(qiáng)度度。將波速速這一物理理量放入分分析，并不不是說它對(duì)對(duì)室內(nèi)配比比試驗(yàn)的試試樣強(qiáng)度的的形成有直直接影響，目目的是試圖圖通過建立立波速與強(qiáng)強(qiáng)度之間的的關(guān)系，從從而為反射射波法應(yīng)用用于粉噴樁樁質(zhì)量檢測(cè)測(cè)的可行性性進(jìn)行論證證。對(duì)本此此試驗(yàn)結(jié)果果，主要采采取了多元元線性回歸歸的分析方方法，但是是由于模型型本身存在在一些自身身不能解決決的問題，因因此，在本本章的最后后，文章引引入了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的新方法法，試圖解解決非線性性回歸中不不能或難以以解決的問問題，希望望探索一條條處理數(shù)據(jù)據(jù)的新途徑徑。分析根據(jù)數(shù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)中中的回歸理理論，以水水泥土的抗抗壓強(qiáng)度為為因變量y，考慮的的自變量為為摻入比x1、齡期x2、含水量x3、孔隙率x4、飽和度x5、干密度x6、和波速x7，此模型型是多維回回歸變量{xi}空間中的的一張超平平面。設(shè)y和x1,····x7的n次觀測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)滿足線線性回歸模模型yj=β0+β1x1j+···++β7x7j+εjcj

(j==1····n)用距陣符號(hào)號(hào)表示為：：

Y=Xβ+ε其中Y=（Y1，···YYN）,為因變量量的觀測(cè)向向量，β=（β1，···βm）,是未知參參數(shù)向量，x=,為n×(77+1)階距陣，是是回歸變量量的觀測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)陣，ε=（ε1，···εn）,是未知的的誤差向量量，且E（ε）=0，E（εε）=σ2。因考察n個(gè)個(gè)自變量對(duì)對(duì)抗壓強(qiáng)度度y的作用有有大有小，且且自變量之之間一般存存在相關(guān)性性，為了從從y和x1,····x7中所有可可能的回歸歸模型中選選出擬合這這組數(shù)據(jù)的的最優(yōu)回歸歸子集，本本文主要采采用了全回回歸模型的的分析方法法，并利用用大型系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析析軟件SYS進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)擬合。全回歸模型型是指沒有有對(duì)回歸變變量進(jìn)行篩篩選，建立立全回歸變變量的全回回歸模型。這這是很多回回歸分析常常用的方法法。附：SYSS軟件數(shù)據(jù)據(jù)輸入文件件Input抗壓強(qiáng)度摻入比

含水量

孔隙度

飽和度

干密度

波速

齡期;Cards;

1.49

0.088

0..234

0.6620

0.9226

11.61

14414

30

·

··

·

··

·

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··

·

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·

2.36

0.122

0..222

0.5588

0.9445

11.69

16645

30Procreeg;

Model抗壓強(qiáng)度=摻入比含水量孔隙度飽和度干密度波速齡期

/sselecctionn=nonne

rr

coollinn

ttol

vif;;Run;輸出結(jié)果為為當(dāng)前選擇擇模型的方方差分析表表及參數(shù)估估計(jì)等有關(guān)關(guān)統(tǒng)計(jì)量（全全回歸變量量分析）。具具體結(jié)果如如下：表2—2檢驗(yàn)回歸歸顯著性的的方差分析析變差來源自由度平方和均方誤差F0檢驗(yàn)量顯著性概率率Probb>F0回歸模型712.408001.7725779.7290.0221殘差的誤差差40.7288110.182200偏差總和1113.136883

表2—3參數(shù)估計(jì)計(jì)自變量自由度回歸系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差T檢驗(yàn)Prob>|TT|常數(shù)11.318100219.3345520.0680.9489摻入比12.95731109.44560090.3130.7699齡期10.01537730.01014401.5160.2041含水量1-59.570009391.345660-0.6520.5499孔隙度116.134003532.6639970.4940.6472飽和度17.021655714.8583350.4730.6611干密度14.09487768.30356680.4930.6478波速10.00259960.00185561.3980.2346則抗壓強(qiáng)度度Y=1.3188+2.9957x11+0.0015x22-59..570xx3+16..134xx4+7.0022x55+4.0095x66+0.0003x77表2—4模型顯著著性檢驗(yàn)及及偏相關(guān)分分析標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)計(jì)量0.426855復(fù)相關(guān)系數(shù)數(shù)0.9445樣本均值2.742500修正的平方方復(fù)相關(guān)系系數(shù)0.8474變異系數(shù)15.564337使用類型II平方和（SS）的平方方偏相關(guān)系系數(shù)，用SS/（SS+SSSE）計(jì)算波速摻入比含水量齡期孔隙度飽和度干密度0.648700310.503033670.366311400.328333690.169788980.104300440.09679931我們常用判判定系數(shù)R-sqquaree來衡量回回歸模型的的適合性。顯顯然0<R2<1，常粗略略將R2看成作為為數(shù)據(jù)的變變異性中被被該回歸模模型說明的的或涉及的的部分所占占的比例。也也就是說，本本次水泥土土抗壓強(qiáng)度度的變異性性中94.445%是由全回回歸模型引引起的，這這也說明了了采用全回回歸模型的的分析過程程能在很大大程度上反反映出各因因數(shù)的作用用，模型的的合理性得得到了檢驗(yàn)驗(yàn)。由偏相關(guān)分分析得知，抗抗壓強(qiáng)度對(duì)對(duì)波速、摻摻入比、含含水量、齡齡期的敏感感性是比較較強(qiáng)的，其其中波速的的平方偏相相關(guān)系數(shù)最最大，說明明聲波與水水泥土抗壓壓強(qiáng)度之間間有很強(qiáng)的的相關(guān)性，此此結(jié)論告訴訴我們以波波速揭示和和評(píng)價(jià)粉噴噴樁加固效效果，不僅僅切實(shí)可行行而且有較較高精度。強(qiáng)強(qiáng)度和波速速的單因素素分析將在在后面繼續(xù)續(xù)進(jìn)行討論論。各因素對(duì)抗抗壓強(qiáng)度的的影響大小小次序?yàn)椋海翰ㄋ?gt;摻入入比>含水量>齡期>孔隙度>飽和度>干密度水泥摻入比比的大小，對(duì)對(duì)樁的質(zhì)量量至關(guān)重要要，水泥摻摻入量的多多寡將大大大改變軟土土的加固效效果。從分分析結(jié)果看看，摻入比比與抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)性僅次于于波速，摻摻入比與抗抗壓強(qiáng)度的的關(guān)系和波波速與抗壓壓強(qiáng)度的關(guān)關(guān)系相比，兩兩者的性質(zhì)質(zhì)是不同的的：波速可可以作為反反應(yīng)抗壓強(qiáng)強(qiáng)度大小的的一個(gè)指標(biāo)標(biāo)，對(duì)抗壓壓強(qiáng)度的形形成并沒有有直接的影影響作用，通通過波速僅僅僅是達(dá)到到檢測(cè)水泥泥土抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的目的的，它與強(qiáng)強(qiáng)度之間不不存在直接接的因果關(guān)關(guān)系；根據(jù)據(jù)本章第一一節(jié)中水泥泥土的加固固機(jī)理可知知，提高軟軟弱土強(qiáng)度度的水解水水化反應(yīng)、硬硬凝反應(yīng)和和碳酸化作作用，都離離不開水泥泥的參與，并并且水泥的的多寡對(duì)強(qiáng)強(qiáng)度而言至至關(guān)重要，它它將直接影影響水泥土土的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度，分析析結(jié)果揭示示了能夠通通過控制摻摻入比這一一因素來經(jīng)經(jīng)濟(jì)而且有有效的提高高水泥土的的抗壓強(qiáng)度度，這一點(diǎn)點(diǎn)在工程應(yīng)應(yīng)用中具有有十分重要要的實(shí)踐意意義?？紫抖?、飽飽和度和干干密度對(duì)土土樣強(qiáng)度的的貢獻(xiàn)在同同一水平，這這一結(jié)果可可以從土力力學(xué)知識(shí)得得到驗(yàn)證。干干密度和飽飽和度（其其中Gs為土粒比比重，e為孔隙度度，w為含水量量，為水的的密度），表表明它們是是可以互相相推導(dǎo)，互互相表示的的?；貧w分分析結(jié)果表表明干密度度、孔隙度度和飽和度度對(duì)抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的影響響作用較小小，筆者對(duì)對(duì)此進(jìn)行了了認(rèn)真研究究，認(rèn)為回回歸分析并并沒有正確確反應(yīng)干密密度對(duì)抗壓壓強(qiáng)度的貢貢獻(xiàn)情況。就就模型本身身反應(yīng)的情情況而言，對(duì)對(duì)干密度的的分析就存存在一些問問題：圖2—1充分表現(xiàn)現(xiàn)出干密度度的變異性性較大，離離群現(xiàn)象突突出，回歸歸趨勢(shì)相當(dāng)當(dāng)不明顯，對(duì)對(duì)這種情況況，通過回回歸分析的的手段很難難正確描述述其影響規(guī)規(guī)律；由圖圖2—2的干密度度殘差圖可可以看出，干干密度殘差差的散點(diǎn)分分布集中于于坐標(biāo)軸兩兩端，違背背了殘差的的無定形分分布規(guī)律，唯唯一的解釋釋應(yīng)該是對(duì)對(duì)回歸模型型而言，干干密度的引引入是不恰恰當(dāng)?shù)?，也也就是說，對(duì)對(duì)此次試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果，用用回歸分析析并沒有很很好的回歸歸出干密度度的影響趨趨勢(shì)。根據(jù)據(jù)水泥土加加固機(jī)理的的分析可知知，雖然硫硫酸鈣在水水泥中的含含量?jī)H占3～5%，但它能能和約占水水泥50%的鋁酸三三鈣生成一一種被稱為為“水泥桿菌”的化合物物的同時(shí)，結(jié)結(jié)合32倍于自己己的水分子子。此過程程反應(yīng)很快快，最后把把大量自由由水以結(jié)晶晶水的形式式固定下來來，這種水水泥桿菌針針狀結(jié)晶在在深層攪拌拌的特定條條件下，完完全可以利利用這種膨膨脹勢(shì)通過過膨脹、擠擠密作用增增加地基加加固效果。加加固效果的的提高，從從另外一個(gè)個(gè)角度來看看，就表現(xiàn)現(xiàn)為干密度度的增大。對(duì)對(duì)本次含水水量高的軟軟粘土而言言，硫酸鈣鈣的結(jié)晶過過程對(duì)強(qiáng)度度的提高有有特殊意義義，回歸分分析不能很很好反應(yīng)這這種情況，要要進(jìn)行進(jìn)一一步的分析析，只能采采取其它分分析方法。本本文主要利利用神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型做做了初步的的探索，詳詳細(xì)分析見見下文。一.共線線性分析：：當(dāng)模型被表表示為線性性模型結(jié)構(gòu)構(gòu)時(shí)，假設(shè)設(shè)檢驗(yàn)就表表示為各參參數(shù)的線性性函數(shù)。而而當(dāng)某個(gè)回回歸變量近近似是其余余變量的線線性組合時(shí)時(shí)，得到的的參數(shù)估計(jì)計(jì)往往是不不準(zhǔn)確的，而而且估計(jì)量量的方差很很大，這就就產(chǎn)生了共共線性或復(fù)復(fù)共線性。本本文試圖通通過以下途途徑對(duì)全回回歸模型的的共線性進(jìn)進(jìn)行診斷。1.特征值法我們首先把把變換為對(duì)對(duì)角線是1的矩陣，然然后求解特特征向量和和特征值，如如有r個(gè)特征值值近似為0，則回歸歸統(tǒng)計(jì)矩陣陣中有r個(gè)共線關(guān)關(guān)系，且共共線關(guān)系的的系數(shù)向量量就是近似似為0的特征值值對(duì)應(yīng)的特特征向量，根根據(jù)以上計(jì)計(jì)算結(jié)果，得得到影響因因素之間的的相關(guān)數(shù)矩矩陣（見表表2—5），相關(guān)關(guān)數(shù)大的因因素之間存存在共線性性問題。表2—5相關(guān)數(shù)計(jì)計(jì)算結(jié)果表表特征值常數(shù)摻入比齡期含水量孔隙度飽和度干密度波速常數(shù)1.00000.2668-0.302990.3479-0.57666-0.29077-0.73066-0.46777摻入比0.26681.0000-0.007330.4907-0.49300-0.463000.1294-0.70600齡期-0.30299-0.007331.00000.2877-0.21399-0.136000.29630.5315含水量0.34790.49070.28771.0000-0.96411-0.972990.3397-0.12833孔隙度-0.57666-0.49300-0.21399-0.964111.00000.9112-0.080440.2093飽和度-0.29077-0.46300-0.13600-0.972990.91121.0000-0.427220.1721干密度-0.730660.12940.29630.3397-0.08044-0.427221.00000.2063波速-0.46777-0.706000.5315-0.128330.20930.17210.20631.00002．條件指數(shù)法條件指數(shù)定定義為最大大特征值和和每個(gè)特征征值之比的的平方根。最最大條件指指數(shù)稱為矩矩陣x的條件數(shù)數(shù)，當(dāng)條件件數(shù)較大時(shí)時(shí)，這組數(shù)數(shù)據(jù)被認(rèn)為為是病態(tài)數(shù)數(shù)據(jù)，當(dāng)條條件數(shù)很大大時(shí)，認(rèn)為為有嚴(yán)重共共線性。我我們的分析析過程輸出出有每個(gè)主主分量解釋釋的估計(jì)方方差比例，當(dāng)當(dāng)條件指數(shù)數(shù)高的主分分量對(duì)兩個(gè)個(gè)或幾個(gè)變變量的方差差有很大貢貢獻(xiàn)時(shí)，共共線性問題題就發(fā)生了了。計(jì)算結(jié)果見見表2—6：表2—6條件指數(shù)數(shù)計(jì)算結(jié)果果表個(gè)數(shù)特征值條件數(shù)常數(shù)摻入比齡期含水量孔隙度飽和度干密度波速17.6695221.0000000.00000.00020.00050.00000.00000.00000.00000.000020.2132005.9978550.00000.00000.12900.00000.00000.00000.00000.000130.0807779.7442660.00000.06730.01350.00010.00010.00000.00000.002040.03271115.3131100.00010.10320.00180.00010.00010.00040.00080.000450.00289951.5000040.00020.49230.04220.00010.00050.00950.00010.323060.00087793.8682210.00730.08640.62360.00090.00380.02640.02140.500870.000033479.918850.67110.00120.16060.05900.00040.09520.96580.118880.0000796.547790.32130.24920.02890.93990.99520.86850.01190.05503．方差膨脹因子子法共線性嚴(yán)重重程度的另另一種度量量是方差膨膨脹因子（Vif），記C=（Cij）=，Ri為變量xi對(duì)其余m-1個(gè)自變量量的復(fù)相關(guān)關(guān)系數(shù)，有有cii=(11-R2(i))-11(i=11,2,,,m),記b=(bb0,b1,,bm),則Var((bi)=ciii,即cii與參數(shù)數(shù)最小二乘乘估計(jì)bi的方差僅僅差一個(gè)因因子，或者者說cii是Var((bi)的一個(gè)因因子，而且且是很重要要的因子，文文獻(xiàn)上稱cii是方差差膨脹因子子，并定義義參數(shù)估計(jì)計(jì)容許值的的量Tol((i)=11-R2(i),稱為變量xI的容許量量，它和方方差膨脹因因子Vif==cii互為倒倒數(shù)，即Vif==1/Tool。R（i）度量xi與其余變變量的線性性相關(guān)程度度，若自變變量間共線線性嚴(yán)重，R（i）就接近近于1，這是Tol接近于0，而Vif非常大。反反之，若R（i）接近于0，Tol和Vif都趨于1。表2—7各影響響因素的膨膨脹因子表表變量膨脹因子常數(shù)0.000000000摻入比4.831411296齡期6.094744784含水量1291.466380447孔隙度882.7655814886飽和度113.9333487003干密度62.5243323100波速5.712866559從以上三種種方法都可可以看出，含含水量、孔孔隙度和飽飽和度三者者之間由相相當(dāng)強(qiáng)的共共線性。由由特征值法法可知，它它們的相關(guān)關(guān)數(shù)達(dá)到了了0.9以上；由由條件指數(shù)數(shù)法可以看看出，在條條件數(shù)為796..54799時(shí)，這三三者之間方方差的貢獻(xiàn)獻(xiàn)達(dá)到0.8~~0.9；膨脹因因子表也表表明，它們們的膨脹因因子與其他他的因素相相比也有相相當(dāng)大的數(shù)數(shù)量級(jí)。由由相關(guān)數(shù)矩矩陣還可知知，波速除除與齡期和和摻入比的的相關(guān)性較較強(qiáng)之外（相相關(guān)數(shù)分別別為0.53315和0.70010），與其其他因素也也有相當(dāng)?shù)牡南嚓P(guān)性，且且偏相關(guān)程程度大致相相同，相關(guān)關(guān)數(shù)大約為為0.2左右。由由相關(guān)數(shù)計(jì)計(jì)算結(jié)果表表2—5知，干密密度與含水水量、飽和和度的相關(guān)關(guān)程度較強(qiáng)強(qiáng)，而摻入入比與齡期期和干密度度基本上不不相關(guān)。以以上結(jié)論從從表2—6和表2—7中也可以以得到反應(yīng)應(yīng)。由抗壓壓強(qiáng)度預(yù)測(cè)測(cè)值與干密密度的散點(diǎn)點(diǎn)圖圖2—1（一組數(shù)數(shù)據(jù)）可以以看出，干干密度離散散程度相當(dāng)當(dāng)大，離群群現(xiàn)象突出出，回歸趨趨勢(shì)不明。這這是一個(gè)潛潛在的和難難以矯正的的問題，只只要有可能能，就要在在收集數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)防止同同類問題的的發(fā)生。圖2—1抗壓強(qiáng)度度預(yù)測(cè)值—干密度散散點(diǎn)圖二．殘差分分析：回歸模型的的殘差分析析對(duì)于確定定最小二乘乘擬合的適適合性是必必須的。如如果模型正正確并且滿滿足假定條條件，則殘殘差應(yīng)該是是無定性的的，它們應(yīng)應(yīng)該與任一一其他變量量沒有關(guān)系系，自然也也與用來預(yù)預(yù)測(cè)響應(yīng)的的變量無關(guān)關(guān)。根據(jù)本本次殘差分分析的結(jié)果果，筆者人人為，回歸歸模型對(duì)干干密度的描描述是不恰恰當(dāng)?shù)?。圖圖2—2為殘差—干密度散散點(diǎn)圖，散散點(diǎn)主要分分布在圖形形兩端，位位置集中，而而非無定形形的平均分分布，由此此可知，對(duì)對(duì)本模型而而言，干密密度這一因因素的引入入是不合適適的，應(yīng)排排除之。圖2—2殘差—干密度散散點(diǎn)圖圖2—3是是除去干密密度影響因因素后土樣樣抗壓強(qiáng)度度數(shù)據(jù)的殘殘差對(duì)擬合合值的圖形形，沒有出出現(xiàn)異常結(jié)結(jié)構(gòu)。這說說明模型是是適合的。圖2—3抗壓強(qiáng)度度數(shù)據(jù)的殘殘差對(duì)擬合合值的圖第四節(jié)

常規(guī)規(guī)方法對(duì)水水泥土強(qiáng)度度影響因素素分析一．抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的影響響因素分析析1．摻入比對(duì)強(qiáng)度度的影響在室內(nèi)配比比實(shí)驗(yàn)中，水水泥摻入比比分別取8%、12%和15%，摻入比比過大則不不能體現(xiàn)粉粉噴樁經(jīng)濟(jì)濟(jì)實(shí)用的特特點(diǎn)，實(shí)際際工程一般般不予采用用。當(dāng)摻入入比小于7%時(shí)，對(duì)粘粘性軟土而而言，水泥泥與土的反反應(yīng)過弱，水水泥土固化化程度低，強(qiáng)強(qiáng)度離散性性較大，難難以形成水水泥石骨架架，水泥水水化物也不不能與軟土土顆粒充分分反應(yīng)。因因此，在實(shí)實(shí)際施工中中摻入比最最少不低于于8%，一般在12~115%。根據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，做做抗壓強(qiáng)度度與摻入比比折線圖如如圖2—4：圖2—4抗壓強(qiáng)度—摻入比曲曲線圖由圖可以看看出，水泥泥土抗壓強(qiáng)強(qiáng)度隨著摻摻入比的提提高而增大大，隨著齡齡期的增長(zhǎng)長(zhǎng)而增大。另另外對(duì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析析后發(fā)現(xiàn)，在在其他條件件相同時(shí)，某某水泥摻入入比m的強(qiáng)度fm和水泥摻摻入比為12%的強(qiáng)度f12比值fm/f122與摻入比m有較好的的歸一化性性質(zhì)，兩者者呈冪指數(shù)數(shù)關(guān)系，即即：fm/f12=aamb,當(dāng)取齡期為為30天，含水水量為30%時(shí)，fm/f12=111.5mm0.744789((相關(guān)系數(shù)R=0..993，剩余標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差SD=00.0222，顯著性性水平p<0..073331)當(dāng)取齡期為為90天，含水水量為30%時(shí)，fm/f12=111.4mm0.844192((相關(guān)系數(shù)R=0..992，剩余標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差SD=00.0277，顯著性性水平p<0..089225)當(dāng)其他條件件相同，兩兩個(gè)不同摻摻入比的水水泥土無側(cè)側(cè)限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度之比fm1/ffm2隨摻入入比的比值值m1/mm2的增大而而增大，呈呈冪指數(shù)關(guān)關(guān)系。方程程式為fm1/fm2==(m1//m2)bb經(jīng)對(duì)數(shù)變換換后可得結(jié)結(jié)果，lg(ffm1/fm2)=bblg((m1/mm2)，見圖2—5：圖2—5lgg(fm11/fm2)與g(m11/m2))關(guān)系曲線線圖即fm1/fm2==(m1//m2)00.747798(R=00.9933，SD=00.02，N=9，P<0..001))利用以上經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式，我我們就可以以根據(jù)一種種摻入比的的抗壓強(qiáng)度度大小推求求任意一種種摻入比情情況下土樣樣的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度或根據(jù)據(jù)土樣的抗抗壓強(qiáng)度大大小來估計(jì)計(jì)其水泥摻摻入比的比比例。2．齡期對(duì)對(duì)抗壓強(qiáng)度度的影響水泥土的強(qiáng)強(qiáng)度隨齡期期的增長(zhǎng)而而提高，在在齡期超過過28天后仍有有明顯增長(zhǎng)長(zhǎng)，當(dāng)齡期期超過三個(gè)個(gè)月后，強(qiáng)強(qiáng)度的增長(zhǎng)長(zhǎng)才減緩。根根據(jù)電子顯顯微鏡的觀觀察，水泥泥與土的硬硬凝反應(yīng)需需三個(gè)月才才能充分完完成。因此此取三個(gè)月月齡期的強(qiáng)強(qiáng)度作為水水泥土的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度較較為適宜。取取含水量為為30%的實(shí)驗(yàn)資資料，作摻摻入比分別別為8%、12%和15%的強(qiáng)度f和齡期t的曲線如如圖2—6：圖2—6抗壓強(qiáng)度—齡期曲線線記各摻入比比土樣90天齡期的的抗壓強(qiáng)度度為f90，以其其為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)強(qiáng)度單位，隨隨著齡期變變化，各強(qiáng)強(qiáng)度增長(zhǎng)率率如圖2—7：圖2—7強(qiáng)度增長(zhǎng)長(zhǎng)率—齡期圖由圖2—77可以看出出，水泥土土的強(qiáng)度增增長(zhǎng)率隨摻摻入比的增增加而減小小，原因也也許是因?yàn)闉閾饺氡鹊偷偷脑噳K早早期強(qiáng)度低低，水泥的的加固稍有有作用便明明顯表現(xiàn)，而而摻入比高高的試塊早早期強(qiáng)度也也高，其強(qiáng)強(qiáng)度增長(zhǎng)率率要想與摻摻入比低的的試塊強(qiáng)度度增長(zhǎng)率保保持在同一一水平，試試塊的強(qiáng)度度增長(zhǎng)幅度度要相當(dāng)大大，因此導(dǎo)導(dǎo)致了摻入入比高的試試塊強(qiáng)度增增長(zhǎng)率相對(duì)對(duì)較慢。水水泥土強(qiáng)度度增長(zhǎng)速度度大大緩于于混凝土，且且增長(zhǎng)規(guī)律律不同，這這一現(xiàn)象對(duì)對(duì)其強(qiáng)度評(píng)評(píng)價(jià)和質(zhì)量量檢測(cè)應(yīng)予予以注意。回歸分析發(fā)發(fā)現(xiàn)，其他他條件相同同時(shí)，某個(gè)個(gè)齡期下的的無側(cè)限抗抗壓強(qiáng)度ft和齡期為30天的無側(cè)側(cè)限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度f30的比值ft/f30與齡期t有較好的的歸一性，且且大致呈冪冪指數(shù)關(guān)系系，其關(guān)系系式為ft/f30=attb。對(duì)摻入比115%的土樣，得得：ft/f30=1..040665t0..354008（R=0..998，S=0..021，P<0..002）在其他條件件相同的情情況下，兩兩個(gè)不同齡齡期的水泥泥土強(qiáng)度之之比隨齡期期增大而增增大，且呈呈冪指數(shù)趨趨勢(shì)，經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)方程式為為：ft1/ft2==(t1//t2)00.35441

（R=0..994，S=0..020，P<0..002）同時(shí)考慮摻摻入比和齡齡期對(duì)強(qiáng)度度的影響，經(jīng)經(jīng)回歸分析析，得到如如下經(jīng)驗(yàn)公公式：fm1,t1/ffm2,tt2=a((m1/mm2)b(t1/tt2)c式中fm11,t1表表示摻入比比為m1，齡期為t1的無側(cè)限限抗壓強(qiáng)度度。經(jīng)對(duì)數(shù)數(shù)變換后，可可得線性方方程，經(jīng)回回歸后可得得：lg(fm1,,t1/ffm2,tt2)=11.2422lg(mm1/m22)+0..392llg(t11/t2))

式中：R==0.9886,S==0.0668,N==36,PP<0.00001。在實(shí)際工程程應(yīng)用中，人人們已經(jīng)習(xí)習(xí)慣于把粉粉噴樁90天齡期的的無側(cè)限抗抗壓強(qiáng)度作作為標(biāo)準(zhǔn)單單位，利用用它來評(píng)判判粉噴樁的的質(zhì)量狀況況。有了上上述經(jīng)驗(yàn)公公式，我們們可以非常常方便的將將摻入比不不同，齡期期不同的水水泥土抗壓壓強(qiáng)度轉(zhuǎn)化化到統(tǒng)一的的摻入比、齡齡期的情況況下，和規(guī)規(guī)范規(guī)定的的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行行比較，根根據(jù)比較的的結(jié)果做出出判斷，然然后采取相相應(yīng)的工程程措施。3．含水量量對(duì)抗壓強(qiáng)強(qiáng)度的影響響水泥土的無無側(cè)限抗壓壓強(qiáng)度隨著著土樣含水水量的降低低而增大，當(dāng)當(dāng)含水量由由40%降到30%，無側(cè)限限抗壓強(qiáng)度度分別提高高10%~~70%，這種變變化從圖2—4中已經(jīng)得得到明顯反反應(yīng)。另外外，經(jīng)分析析知，含水水量低的加加固土其強(qiáng)強(qiáng)度的提高高，與摻入入比和齡期期的因素也也有關(guān)聯(lián)，在在摻入比高高、齡期短短的情況下下將引起強(qiáng)強(qiáng)度的顯著著提高。較較低的含水水量和較高高的摻入比比將會(huì)形成成較大的干干密度和較較強(qiáng)的密實(shí)實(shí)度，從而而提高強(qiáng)度度。但在較較大的含水水量情況下下，齡期的的延長(zhǎng)對(duì)強(qiáng)強(qiáng)度的增長(zhǎng)長(zhǎng)貢獻(xiàn)甚微微，其原因因尚須進(jìn)一一步研究。綜上所述，含含水量不同同時(shí)引起強(qiáng)強(qiáng)度增長(zhǎng)的的程度與摻摻入比和齡齡期有相當(dāng)當(dāng)關(guān)系。在在回歸分析析中，將考考慮選用以以下經(jīng)驗(yàn)公公式：fm1,t1,ww1/fm2,,t2,ww2=(mm1/m22)a(t1/tt2)b(w1/ww2)(cm1++dm2++et1++ft2++g+hmm1t1++im2tt2+jmm1t2++km2tt1)其中，fmm1,t11,w1表表示摻入比比為m1，齡期為t1，含水量量為w1的水泥土土抗壓強(qiáng)度度，對(duì)上式式進(jìn)行對(duì)數(shù)數(shù)變換后多多元線性回回歸結(jié)果如如下：方程式為：：fm1,t1,ww1/fm2,,t2,ww2=(m1/m2)00.96003(t1/tt2)0..49622(w1/ww2)(00.19775（m1+mm2）-0.00146（t1+tt2）+3.22156++0.18818（m1t11+m2tt2）)上式適用條條件是t=(330~900)天，m1=（8%~220%）。由殘差圖（圖2—9）知，散點(diǎn)分