楊慶義

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

山東西北部地區(qū)為黃河沖積平原，廣泛分布沖積形成的粉土、粘性土及砂土等，工程性質(zhì)較差，在地震力作用下具有可液化的性質(zhì)。對(duì)于大型重要工程常采用PHC管樁基礎(chǔ)。在液化土層中樁基抗震設(shè)計(jì)是十分復(fù)雜、重要的問題，會(huì)對(duì)工程的造價(jià)、工期產(chǎn)生重要影響。

根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范規(guī)定：［1］對(duì)于樁身周圍有液化土層的低承臺(tái)樁基，當(dāng)承臺(tái)底面上下分別有厚度不小于1.5 m、1.0 m的非液化土或非軟弱土層時(shí)，可將液化土層極限側(cè)阻力乘以土層液化影響折減系數(shù)計(jì)算單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)于擠土樁當(dāng)樁距不大于4d，且樁的排數(shù)不小于5排、總樁數(shù)不小于25根時(shí)，土層液化影響折減系數(shù)可提高一檔取值，樁間土標(biāo)貫擊數(shù)達(dá)到不液化要求時(shí)，單樁承載力可不折減。規(guī)范中的規(guī)定也充分考慮了擠土樁對(duì)樁間土加密作用及樁身對(duì)液化土變形限制的有利影響。

本文通過分析擠土樁對(duì)樁間土影響機(jī)理及工程實(shí)例，為在液化土層中擠土樁設(shè)計(jì)提供合理的依據(jù)。

1 擠土樁對(duì)于樁間土液化影響的機(jī)理

影響粉土或砂土液化的主要因素分為內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要條件為豐富的地下水、結(jié)構(gòu)松散，土中排水條件差，超靜水壓力不易消散。外因主要條件為外力的振動(dòng)作用。因此，分析擠土樁對(duì)于樁間土液化影響的因素主要是其改變土體的內(nèi)在條件。［2］［3］

1.1 擠密效應(yīng)

擠土樁打入土層后，使得土體沿樁身四周向外產(chǎn)生一定的水平位移，改變了原土體的結(jié)構(gòu)，使得孔隙比減小，密實(shí)度增加，大大增加了土體的抗液化能力。

1.2 振密效應(yīng)

土的液化特性除與其本身性質(zhì)有關(guān)外，同時(shí)也與振動(dòng)應(yīng)力史有關(guān)。一定的振動(dòng)能量可以使飽和液化土層中的土顆粒重新排列，使得土體孔隙體積減小，密實(shí)度增加，整體結(jié)構(gòu)性得到加強(qiáng)，從而增加了土體的抗液化能力。

1.3 樁身側(cè)限效應(yīng)

飽和砂土在受外力振動(dòng)過程中產(chǎn)生的液化區(qū)是逐步擴(kuò)展的。根據(jù)砂土本身性質(zhì)的不同，其液化區(qū)擴(kuò)展速度和液化深度也有所不同。一般情況下，液化區(qū)發(fā)展速度隨著土體初始滲透系數(shù)的減小而加快，隨著土體孔隙度的增加而加快。由于存在樁身的側(cè)限作用，抑制了液化區(qū)發(fā)展速度，同時(shí)降低了液化產(chǎn)生的危害。

2 工程實(shí)例

某電廠位于山東黃河沖積平原區(qū)，主廠房、煙囪、冷卻塔等主要建筑物采用PHC管樁基礎(chǔ)。

2.1 工程地質(zhì)條件

（1）黏土：黃棕色，可塑狀態(tài)，濕～很濕，層厚0.30～2.50 m。

（2）粉土：灰褐色，黃褐色，稍密～中密，很濕，層厚0.70～3.50 m。

（3）黏土：黃棕色，黃褐色，可塑～軟塑狀態(tài)，很濕，層厚0.70～3.90 m。

（4）粉土：黃褐色，灰褐色，中密，很濕，層厚0.50～3.20 m。

（5）黏土：黃褐色，黃棕色，可塑狀態(tài)，局部軟塑，很濕，層厚0.15～2.80 m。

（6）粉土：黃褐色，中密，很濕，層厚0.60～4.80 m。

（7）粉細(xì)砂：黃褐色，灰褐色，灰黑色，密實(shí)狀態(tài)，局部為中密狀態(tài)，飽和，最大厚度為17.70 m。

（7）－1粉細(xì)砂：黃褐色，灰褐色，灰黑色，中密狀態(tài)，局部稍密，飽和。呈透鏡體分布于（7）粉細(xì)砂中，最大厚度為15.20 m。

（8）粉土：黃褐色，灰褐色，中密～密實(shí)，很濕，夾粘土及粉細(xì)砂層，混少量姜石。

廠址區(qū)場(chǎng)地近期年最高水位為0.50 m。

2.2 地震效應(yīng)

廠址區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為 0.15 g（相應(yīng)的地震基本烈度為 7度），根據(jù)勘察資料，（2）、（4）、（6）層粉土和（7）－1粉細(xì)砂在地震烈度達(dá)7度時(shí)，將產(chǎn)生地震液化，液化等級(jí)為輕微液化～中等液化。

2.3 樁基設(shè)計(jì)

本工程采用PHC－AB600型預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，樁基持力層為（7）粉細(xì)砂，樁身進(jìn)入持力層1.50 m，樁間距2.10 m，沉樁采用D80型錘振動(dòng)錘擊。

3 處理效果分析

為查明樁基打入前后樁間土、樁周土工程性質(zhì)的變化，在樁基施工完成28 d后在樁間土中布置19個(gè)鉆孔；并在樁基外邊緣布置6個(gè)鉆孔，距離最外排樁分別為1.50 m、3.00 m。

3.1 樁周土工程性質(zhì)變化分析

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)指標(biāo)的各層平均值、土工試驗(yàn)指標(biāo)平均值，分析樁基施工前后樁周土性質(zhì)變化，見表1和表2。

通過表1和表2中數(shù)據(jù)的變化可以看出，樁基施工前后樁周土的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯的改變，粉土指標(biāo)的加固效應(yīng)比粘土更為顯著。說明擠土樁的施工對(duì)樁周土液化性能具有十分大的改善。

3.2 樁尖土工程性質(zhì)變化分析

本工程樁端持力層為（7）粉細(xì)砂，中密～密實(shí)狀態(tài)。為分析擠土樁對(duì)樁尖土層的影響，在樁尖一定范圍內(nèi)加密進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3數(shù)據(jù)表明，樁基施工前后樁間土收到明顯的擠密作用，其中樁端下1.0 m范圍內(nèi)的地層擠密、壓密效果最為明顯，樁端下1.0 m范圍以下受到的擠密、壓密作用逐漸減弱。

表1 樁基施工前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)對(duì)比

表2 樁基施工前后土工試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)對(duì)比

表3 樁基施工前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)對(duì)比

3.3 樁基外側(cè)土層工程性質(zhì)變化

為了分析樁基外側(cè)土層工程性質(zhì)變化，在樁基外邊緣布置6個(gè)鉆孔，距離最外排樁分別為1.50 m、3.00 m。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果分析見表4。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，表明在施工后距離樁基外邊緣1.50 m處土層收到的擠密作用也較為明顯，粉土、砂土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)提高 14.5%～45.8%，黏土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)提高6.9%～8.9%。施工后距離樁基外邊緣3.00 m處土層收到的擠密作用不明顯，說明擠土樁邊緣外側(cè)的擠土效應(yīng)影響范圍在1.50～3.00 m之間。

表4 樁基施工前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)對(duì)比

3.4 液化消除情況

根據(jù)施工前后各層土的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011－2010）中的公式（4.3.4）進(jìn)行地震液化計(jì)算判別。施工前液化等級(jí)為輕微液化～中等液化，樁基施工后，樁間土的液化可能性已完全消除，樁基外邊緣1.50 m處有1個(gè)孔液化等級(jí)為輕微，其余2個(gè)孔不液化；樁基外邊緣3.00 m處3個(gè)孔判別結(jié)果為1個(gè)中等液化、2個(gè)輕微液化，其結(jié)果與施工前相同。

4 結(jié)束語

（1）在實(shí)際工程中擠土樁（PHC管樁）不僅能解決地基承載力的問題，利用擠土樁對(duì)土層的擠密、壓密效果及其對(duì)土體的側(cè)限作用，改善了土體的密實(shí)狀態(tài)，消除或降低了飽和砂土的液化程度，充分發(fā)揮了樁基礎(chǔ)的多重功能，對(duì)提高工程的投資效益也具有十分重要的意義。

（2）由于在樁基設(shè)計(jì)中，樁間距、沉樁方式等參數(shù)對(duì)樁基承載力、樁間土的影響較大，因此應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地土的實(shí)際分布資料，充分考慮場(chǎng)地土的液化情況，有針對(duì)性的調(diào)整樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，最大可能地發(fā)揮樁基礎(chǔ)的多重功能，提高樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)水平。

1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94－2008）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

2 卞立民、徐海波、徐建平.沉樁擠土效應(yīng)研究綜述［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（城市科學(xué)版），2002

3 陳 文.飽和軟土中靜壓樁沉樁機(jī)理及擠土效應(yīng)研究［D］.河海大學(xué)，1999

4 史佩棟.樁基工程手冊(cè)（樁和樁基礎(chǔ)手冊(cè)）［M］.北京：人民交通出版社，2008