趙志江 孫宇臣 姚旭初 劉光華

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京 100048)

1 引言

振沖碎石樁是通過(guò)對(duì)軟弱地基進(jìn)行置換及擠密形成復(fù)合地基。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期深入研究和工程實(shí)踐，工程技術(shù)人員對(duì)振沖碎石樁在改良地基強(qiáng)度、防止砂土液化等方面形成廣泛共識(shí)。振沖碎石樁通過(guò)對(duì)軟弱地基進(jìn)行置換及擠密，可提高地基變形模量和承載力，改善地基不均一性，減少不均勻沉降，同時(shí)軟弱地層經(jīng)過(guò)激振后，碎石樁加速了孔隙水壓力的消散，從而可有效防止地基液化。

本文結(jié)合榆林莊閘改建工程實(shí)踐，通過(guò)使用大功率機(jī)械設(shè)備并采取工程措施，闡述了振沖碎石樁法有效解決地基砂土液化問(wèn)題、承載力問(wèn)題，并對(duì)復(fù)合地基如何解決施工中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。

2 工程區(qū)域概況

榆林莊閘位于北運(yùn)河與涼水河交匯口下游300m處，在北京市通州區(qū)榆林莊村東北側(cè)約1km處，屬北運(yùn)河水系主河道北運(yùn)河上的灌溉蓄水建筑物。2002年北京市水務(wù)局組織專家對(duì)該閘進(jìn)行了安全鑒定，根據(jù)鑒定結(jié)果榆林莊閘被評(píng)定為四類病險(xiǎn)閘，應(yīng)報(bào)廢重建。本工程確定的工程總體布置為：拆除東、西舊閘及交通橋，挖除上游中心島67m，將上游挖除部分回填下游中心島，在原有交通橋位置新建公路橋，在原址下游50m處建新閘。新建西閘共7孔，閘孔凈寬為10m，閘室總寬 85.00m，水閘順?biāo)飨蚩傞L(zhǎng) 252m。東閘共5孔，閘孔凈寬為10m，閘室總寬為61.80m，水閘順?biāo)飨蚩傞L(zhǎng)252m。門頂高程為16.8m。

工程區(qū)地處北京市東南部北運(yùn)河沖洪積平原上，第四系地層沉積厚度大。河道兩岸地形較平坦開(kāi)闊，東岸地形稍高，地面高程約18.9m；西岸稍低，地面高程約15.7m。自兩河交匯處至閘所南圍墻河床高程12.7～12.1m，東支河床寬約60m，西支河床寬約90m。

根據(jù)設(shè)計(jì)榆林莊新閘底板高程 11.70m，基礎(chǔ)底面高程 9.20～10.00m左右，主要持力層為②細(xì)砂，下伏地層為③中細(xì)砂。

②細(xì)砂上部多為黃色、灰色或灰白色，下部為灰色，飽和，上部松散下部稍密至中密，含云母、有機(jī)質(zhì)。局部粒徑較粗達(dá)到中砂，分布連續(xù)穩(wěn)定，局部夾有粉黏、黏粉透鏡體。閘室底板以下分布厚度一般為 5～7m，底高程 3.5～6m。東閘擋墻底部分布厚度一般為1～4m，西閘擋墻底部分布厚度4～6m。

③中砂黃灰色至灰色，飽和，中密至密實(shí)，含云母、有機(jī)質(zhì)，分布連續(xù)。閘室底板以下分布厚度一般為4～7m，底高程為-3～1m。

④粉質(zhì)黏土為褐黃色，可塑，含云母、氧化鐵、有機(jī)質(zhì)，少量姜石。分布不連續(xù)，主要分布東閘閘室及上游部分，。一般厚度為 4～5m，底高程為-4～-3m。

⑤中細(xì)砂上部為灰黃色，下部為灰色，飽和，密實(shí)，大部含土質(zhì)，局部純凈。區(qū)內(nèi)分布廣泛，一般厚度7～10m，揭露底高程-11m。

⑥粉質(zhì)黏土為棕黃色至深灰色，局部為灰黑色，稍濕至濕，土質(zhì)較均勻，大部呈硬塑狀態(tài)，少量可塑及軟塑。局部夾有灰綠色及褐黃色斑塊，含姜石，姜石大小1～3mm。局部含粉砂粒，呈灰白色?？臻g分布上具有上游厚下游薄的特點(diǎn)。

3 天然地基主要工程地質(zhì)問(wèn)題分析

工程區(qū)地層巖性由人工填土和第四系沖洪積砂土、粉質(zhì)黏土、黏土和含淤泥質(zhì)土等組成。根據(jù)土層的分布特點(diǎn)和物理力學(xué)特征，結(jié)合閘基設(shè)計(jì)底高程，閘基地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂土均一結(jié)構(gòu)。

3.1 地基地震液化問(wèn)題分析

工程區(qū)位于地震基本烈度8度區(qū)，根據(jù)規(guī)范結(jié)合工程區(qū)水位高程資料和工程運(yùn)行特征，綜合判定在8度地震條件下，場(chǎng)地飽和狀態(tài)②細(xì)砂存在地震液化問(wèn)題。閘基基礎(chǔ)座落于②細(xì)砂。該層上部呈松散狀態(tài)，下部稍密至中密，存在地震液化問(wèn)題，綜合判定主要液化土體為②細(xì)砂，東閘液化底高程為4m左右，西閘液化底高程為6m左右。振沖加密深度不低于上述高程。

3.2 地基承載力問(wèn)題分析

根據(jù)設(shè)計(jì)榆林莊新閘底板高程 11.70m，基礎(chǔ)底面高程 9.20～10.00m左右，主要持力層為②細(xì)砂，稍密至中密，局部松散，標(biāo)貫擊數(shù)為5～22擊,平均值為14擊，大值平均值為17.5擊，小值平均值為 9.4擊，地基承載力建議值 90～110kPa，地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。局部為淤泥質(zhì)土，地基承載力建議值 80～100kPa，建議清除。下部③中砂，標(biāo)貫擊數(shù)為 19～50擊,平均值37擊，小值平均值為29擊，地基承載力建議值140kPa。

④粉黏壓縮模量小值平均值為Espz+200=7.24MPa，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為140kPa。見(jiàn)表1、表2.

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值表

表2 閘基地基土顆粒分析試驗(yàn)及標(biāo)貫擊數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4 施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題及分析

現(xiàn)場(chǎng)選用25T汽車吊與北京產(chǎn)ZCQ-100型振沖器進(jìn)行造孔。振沖樁體材料東閘采用20～70mm的灰?guī)r機(jī)碎石，西閘采用 20～80mm的卵石。振沖造孔采用排打法，振沖器以1～2m/min下沉至設(shè)計(jì)深度，上、下往返 1～2次，適當(dāng)擴(kuò)孔并降低孔內(nèi)泥漿濃度。造孔電流為 50～130A，水壓0.4～0.6MPa，造孔時(shí)間 2～8min。完孔清孔 2遍后，將振沖器留在孔內(nèi)，當(dāng)密實(shí)電流達(dá)到90A、水壓 0.3MPa時(shí)，振沖器向上提升 1～2m，待下料后，再下放振沖器，加密樁體。如此循環(huán)施工，直到地面以下0.5m，加密時(shí)間9～27min。

4.1 施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題

在振沖器成孔過(guò)程中，振沖器下沉至設(shè)計(jì)深度時(shí)，仍然以較快的速度向下沉降，即在③中砂層中，振沖器仍可以使中砂層產(chǎn)生液化。

由于振沖樁體材料東閘采用 20～70mm的灰?guī)r機(jī)碎石，西閘采用 20～80mm的卵石，灰?guī)r機(jī)碎石的級(jí)配較差，而卵石的級(jí)配較好，兩種不同的樁體材料對(duì)地基處理的效果不明確。

4.2 問(wèn)題分析

按照相關(guān)規(guī)程消除第四系全新統(tǒng)松散砂層或粉土地震液化問(wèn)題，振沖器電機(jī)動(dòng)力一般選擇65～75kW既可。95kW以上一般用于人工回填的亂礫石料與雜填土的振沖加密，而現(xiàn)場(chǎng)ZCQ-100型振沖器的實(shí)際功率為105kW，按照規(guī)范計(jì)算，③中砂天然狀態(tài)下也不會(huì)產(chǎn)生液化且承載力也滿足設(shè)計(jì)要求，最終決定樁體仍然按照原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，不需要延長(zhǎng)。

5 地基振沖處理后實(shí)際效果

5.1 東閘地基檢測(cè)結(jié)果

分別對(duì) 7個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行了復(fù)合地基承載力靜載荷試驗(yàn)，承載力特征值全部達(dá)到了 150kPa以上，滿足設(shè)計(jì)要求。樁體位置圓錐動(dòng)力觸探平均擊數(shù) 10.7～50擊，所有試驗(yàn)樁有效樁長(zhǎng)范圍內(nèi)密實(shí)度均達(dá)到了中密及密實(shí)狀態(tài)。樁間土內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù) 13～40擊，均大于臨界液化擊數(shù)，所試驗(yàn)孔均消除了原場(chǎng)地的液化屬性。

5.2 西閘地基檢測(cè)結(jié)果

分別對(duì) 7個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行了復(fù)合地基承載力靜載荷試驗(yàn)，承載力特征值全部達(dá)到了 150kPa以上，滿足設(shè)計(jì)要求。樁體位置圓錐動(dòng)力觸探平均擊數(shù) 10.3～40.3擊，所有試驗(yàn)樁有效樁長(zhǎng)范圍內(nèi)密實(shí)度均達(dá)到了中密及密實(shí)狀態(tài)。樁間土內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)8～53擊，大于臨界液化擊數(shù)，所試驗(yàn)孔均消除了原場(chǎng)地的液化屬性。檢測(cè)將結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 東、西閘地基檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

通過(guò)檢測(cè)結(jié)果可以看出，碎石和卵石兩種樁體材料對(duì)地基處理的效果沒(méi)有明顯的不同，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

（1)振沖碎石樁消除第四系全新統(tǒng)松散砂層或粉土地震液化問(wèn)題時(shí)，振沖器應(yīng)選擇合適的功率。

（2)碎石和卵石兩種樁體材料對(duì)地基處理的效果沒(méi)有明顯的不同。

1 GB50487—2008水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.