黃偉斌，張奕澤

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州 310014)

粉噴樁復(fù)合地基在某擋墻砂土液化地基處理中的應(yīng)用

黃偉斌，張奕澤

(中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江杭州 310014)

首先，依托泉港南山片區(qū)水利項目設(shè)計，以擋墻砂土液化地基為研究對象，設(shè)計粉噴樁抗液化方案。接著，通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗對試驗區(qū)原狀地基和粉噴樁處理后地基進(jìn)行液化判別。最后，總結(jié)試驗結(jié)果，確定粉噴樁加固該工程擋墻砂土液化地基處理的可行性。

砂土液化;粉噴樁;地基處理;標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗

1 項目背景

泉港南山片區(qū)水利項目地處泉州市泉港區(qū)。因城市發(fā)展需求，現(xiàn)將該區(qū)域轉(zhuǎn)為工業(yè)用地。由于上游有施厝溪、南埔溪、林柄溪、下涼尾溪等從不同方向匯入該該區(qū)域，排洪能力不能滿足要求，需修建符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的防洪排澇系統(tǒng)，防止園區(qū)受淹。該項工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇，一期工程由南線、北線排洪渠和滯洪區(qū)等建筑物組成，主要建筑物采用1級。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，在7度地震烈度條件下:中砂②12、中砂②61主要為輕微、中等液化土層，個別地段屬嚴(yán)重液化土層，中砂②12液化指數(shù)平均值為8.75、中砂②61液化指數(shù)平均值為5.55、鉆孔液化指數(shù)平均值為10.22，綜合判定中砂②12、中砂②61液化等級為中等液化，場地液化等屬中等液化。按國標(biāo)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2010)，對抗震設(shè)防類別為乙類的輕微液化土層，應(yīng)部分消除液化沉陷或?qū)A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理，對中等液化土層，應(yīng)全部消除液化沉陷，或應(yīng)部分消除液化沉陷且對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理。因此，該項工程砂土液化地基需采取一定的抗液化處理措施。

2 初擬基礎(chǔ)處理方案

2.1 粉噴樁

該方案適用于處理正常固結(jié)的淤泥與淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土，以及無流動地下水的飽和砂土等地基，通過水泥土攪拌形成的水泥土加固體，提高砂土地基土內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ，消除砂土地基液化的影響。該項工程布置按工程類比法取樁徑60 cm，樁間距150 cm× 150 cm，梅花型布置，粉噴樁每米綜合單價92元左右，總投資需979萬元。

該方案施工時能精確控制樁底和樁頂標(biāo)高，由于該項工程大部分液化砂土均處于淤泥土層之下，粉質(zhì)粘土之上，屬于軟弱夾層類型。粉噴樁能精確控制水泥土攪拌土層和攪拌豎向范圍，且該方案快速、高強(qiáng)、無噪音和無污染，最大限度地利用了原土，且施工設(shè)備相對輕便，對施工場地要求低，施工質(zhì)量便于控制，優(yōu)勢顯著。

2.2 振沖樁

振沖法適用于處理砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土和雜填土等地基，樁體材料采用碎石、卵石、礦渣或其他性能穩(wěn)定的硬質(zhì)材料，形成復(fù)合地基，消除地基液化影響。

該方案施工時先將振沖器徐徐沉入土中，直到達(dá)到設(shè)計深度。造孔后邊提升振沖器邊沖水至孔口，再放至孔底，重復(fù)兩三次擴(kuò)大孔徑后再開始填料制樁。該方案無法控制砂土地基豎向處理范圍，只適用于地基為單一的砂土層。而且由于碎石樁的成孔依賴于高壓水的沖排，其實質(zhì)上即采用碎石置換相同體積的土體，只是在振動器振動時才能達(dá)到擠密土體作用，而一般振動器只有90～100cm長，橫向振動范圍并不大，因此擠密效果并不強(qiáng)，且碎石與土體的置換率較大，碎石用量大，產(chǎn)生的泥漿很多，使施工前期準(zhǔn)備變的更加復(fù)雜。因此，此方案對于該項工程堤防基礎(chǔ)液化處理并不適用。

2.3 振動成管砂石樁

由于典型的太行山地質(zhì)構(gòu)造，受儲水層含水量的限制，和順縣境內(nèi)泉水出漏量較小，聯(lián)村集中供水工程不易采用泉水作為供水水源，而單村供水水源采用較多。主要優(yōu)點：（1）當(dāng)?shù)氐乃Y源達(dá)到充分利用，有效控制了地下水的開采量，使所屬區(qū)域的地下水得到充分涵養(yǎng)。（2）山泉水水質(zhì)優(yōu)良是很好的飲用水水源。（3）水源建設(shè)形式簡單，投資費用較小，多數(shù)山泉水所處地形較高屬于高地泉，水借重力流向高位水塔，后期運行費用低。

該方法適用于擠迷密松散砂土、粉土、粘性土、素填土和雜填土等地基。利用常規(guī)的沉管灌注樁所用沉管設(shè)備，灌入經(jīng)人工級配的砂石料，邊振動邊灌到砂土地基里面，達(dá)到擠密土體的效果，從而消除液化效果。砂樁樁徑可采用30～80 cm，此次比選取樁徑60 cm，樁間距150 cm×150 cm，梅花型布置，振動成管砂石樁每米綜合單價125元左右，總投資需1 330萬元。

由于土體中被“強(qiáng)制”灌入適量的砂石料，使土體密實度大幅度提高，砂石料的采用改善了土體的排水能力達(dá)到抗震效果，但由于施工后期土體越來越密實，可能使土體局部出現(xiàn)上隆現(xiàn)象，對附近建筑物有一定的影響。另外，振動成管砂石樁單價相對水泥攪拌粉噴樁增加約30%，投資增加較大。

經(jīng)綜合比選，該項設(shè)計采用粉噴樁進(jìn)行堤防基礎(chǔ)液化處理。樁徑60 cm，樁間距150 cm×150 cm，梅花型布置，樁底標(biāo)高為中砂層底部高程，樁頂標(biāo)高為中砂層頂部高程。

3 粉噴樁現(xiàn)場抗液化試驗

3.1 試驗方案

該項試驗采用樁徑60 cm的柱形粉噴樁，梅花形布置，分別按樁距1.0 m、1.5 m、2.0 m分為三個試驗段，每段各10 m，對復(fù)合地基處理液化的效果進(jìn)行監(jiān)測，確定粉噴樁最終設(shè)計參數(shù)。試驗段為北線排洪渠KB2+600.00～KB2+630.00試驗區(qū)和西部滯洪區(qū)K(X1)0+732.55～K(X1)0+762.55試驗區(qū)。試驗區(qū)樁間距布置示意圖如圖1所示。

圖1 試驗區(qū)樁間距布置示意圖

3.2 粉噴樁鉆孔取芯檢驗

在試驗方案指定的區(qū)域按樁間距的不同分別各取6根樁鉆孔取芯，所檢測樁的位置由施工單位及監(jiān)理單位隨機(jī)制定。采用工程鉆機(jī)對水泥攪拌樁進(jìn)行鉆孔取樣，可直觀地檢驗樁體強(qiáng)度和攪拌的均勻性。取出后當(dāng)場檢驗樁芯的連續(xù)性、均勻性和硬度，并用鋸、刀割成試塊做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗。通過對驗段鉆孔所得芯樣判斷，取芯率均達(dá)到80%以上，芯樣完整性較好，連續(xù)性較好，未出現(xiàn)芯樣不均勻的現(xiàn)象，表明區(qū)域內(nèi)中砂層有利于粉噴樁成樁，成樁效果良好。鉆孔所得芯樣用鋸、刀割成分上中下三份試樣分別進(jìn)行無側(cè)限抗壓試驗，根據(jù)所得數(shù)據(jù)可知，粉噴樁芯樣的強(qiáng)度測試值均大于1.5 MPa，說明實驗區(qū)粉噴樁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求。

3.3 處理后各方案地基液化判別

在試驗方案制定的區(qū)域按樁間距的不同分別各取6個點鉆孔進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，檢驗點由施工單位及監(jiān)理單位隨機(jī)指定。采用工程鉆機(jī)先鉆至預(yù)定深度，安裝好標(biāo)準(zhǔn)貫入設(shè)備并放到鉆孔底部，用質(zhì)量63.5 kg的穿心錘以76 cm的落距，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器，自鉆孔底部預(yù)打15 cm后，記錄再打入30 cm的錘擊數(shù)，即為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)。試驗所得數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表1和表2所列。實測h-N值關(guān)系對比曲線圖見圖2和圖3所示。

3.3.1 北線試驗段樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果

3.3.1.1 樁間土擠密效果明顯

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)來看，BG1、BG2孔、BG3、BG4孔和BG5、BG6孔試驗孔距分別為1.0 m、1.5 m和2.0 m，對比原狀地基標(biāo)準(zhǔn)試驗臨近鉆孔數(shù)據(jù)，可知在6.0 m左右深度，原狀地基和處理后地基的標(biāo)貫試驗實際錘擊數(shù)Ni平均值分別為10.33和15.6，后者的Ni值比前者提高約51%，尤其是樁間距為1.0 m鉆孔，Ni平均值達(dá)到18.0擊。而樁間距為2.0 m鉆孔Ni平均值為13.5擊，較原狀地基提高約30%，比較樁間距1.0 m及1.5 m鉆孔，土體密實程度改善較小。

3.3.1.2 消除飽和砂土液化

根據(jù)對試驗段飽和中砂層6個標(biāo)貫試驗點統(tǒng)計結(jié)果:樁間距1.0 m鉆孔和樁間距1.5m鉆孔被判定為不液化，而樁間距2.0 m的兩個鉆孔均被判定為輕微液化。故結(jié)論為:采用粉噴樁樁間距1.0 m和樁間距1.5 m處理方案的地基可消除其液化可能，而采取樁間距2.0 m處理方案的地基仍具有輕微液化的可能。

3.3.2 西部試驗段樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果

3.3.2.1 樁間土擠密效果明顯

根據(jù)表 2中數(shù)據(jù)來看，XG1、XG2孔、XG3、XG4孔和XG5、XG6孔試驗孔距分別為1.0 m、1.5 m和2.0 m，對比原狀地基標(biāo)準(zhǔn)試驗臨近鉆孔數(shù)據(jù)，可知在8.0 m左右深度，原狀地基和處理后地基的標(biāo)貫試驗實際錘擊數(shù)Ni平均值分別為13.75和17.83，后者的Ni值比前者提高約30%，樁間距1.0 m和1.5 m的鉆孔，Ni平均值達(dá)到18.25擊，擠密效果良好。

表1 北部排洪渠處理后標(biāo)準(zhǔn)貫入液化判別結(jié)果(抗震設(shè)防烈度Ⅶ度)一覽表

表2 西部滯洪區(qū)處理后標(biāo)準(zhǔn)貫入液化判別結(jié)果(抗震設(shè)防烈度Ⅶ度)一覽表

圖2 北線排洪渠實測h-N值關(guān)系對比曲線圖

圖3 西部滯洪區(qū)實測h-N值關(guān)系對比曲線圖

3.3.2.2 消除飽和砂土液化

根據(jù)對試驗段飽和中砂層6個標(biāo)貫試驗點統(tǒng)計結(jié)果:樁間距1.0 m鉆孔和樁間距1.5 m鉆孔被判定為不液化，而樁間距2.0 m的兩個鉆孔中有一個被判定為輕微液化。故結(jié)論為:采用粉噴樁樁間距1.0 m和樁間距1.5 m處理方案的地基可消除其液化可能，而采取樁間距2.0 m處理方案的地基仍具有輕微液化的可能。

4 結(jié)果分析

通過對兩區(qū)域試驗段的樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，以及對試驗結(jié)果的對比分析，試驗區(qū)段中砂層有利于粉噴樁成樁，樁體連續(xù)、完整。處理后地基標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果顯示，粉體噴射攪拌法處理的砂土地基液化可能性大大降低。樁間距為1.0 m和1.5 m的設(shè)計方案能有效地消除地基的液化可能性，2.0 m的設(shè)計方案能減輕其液化可能性?？紤]到工程成本，該項工程加固時可采用1.5 m做為樁間距，與初步設(shè)計所定的樁間距相同。綜上所述，使用粉噴樁處理該項工程可液化地基以提高堤防整體穩(wěn)定性是可行且有效的。

TU413

A

1009-7716(2015)04-0171-04

2015-01-04

黃偉斌(1985-)，男，浙江長興人，工程師，從事水利水電工程管理工作。