張曉斐，苗　磊，胥維纖

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710000)

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水工建筑物液化砂土地基處理方法淺析

張曉斐，苗磊，胥維纖

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710000)

在水工建筑中經(jīng)常遇到地基液化問題，對(duì)液化砂土地基處理進(jìn)行探討，以西安某處水工建筑物為例，采用不同方法對(duì)地基液化處理的設(shè)計(jì)、施工及相關(guān)檢測等進(jìn)行討論，結(jié)果表明，振沖碎石樁處理液化性砂土地基是可行的，對(duì)液化深度較淺的砂層液化處理建議采用換填法。

振沖碎石樁；強(qiáng)夯；換填；砂土液化；地基

處理地基液化問題常用方法有換填法、振沖擠密碎石樁、強(qiáng)夯[1]等方式處理，對(duì)于大面積處理較深的可液化土而言，強(qiáng)夯法和振沖碎石樁法是首選的處理手段。

振沖法是在振沖器水平振動(dòng)和高壓水的共同作用下，使松散碎石土、砂土、粉土、人工填土等土層振密；或在碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、淤泥土等土層中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成樁，和原地基土組成復(fù)合地基。

強(qiáng)夯法是通過一般8-30t的重錘(最重可達(dá)200 t)和8～20 m的落距，對(duì)地基土施加很大的沖擊能，一般能量為500～8 000 kn·m，在地基土中所出現(xiàn)的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力，可以提高地基土的強(qiáng)度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件、消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時(shí)，夯擊能還可提高土層的均勻程度，減少將來可能出現(xiàn)的差異沉降。

換填法是當(dāng)液化層厚度不大時(shí)將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的土層部分或全部挖去，然后分層換填砂、碎石或其它性能穩(wěn)定、無侵蝕性等材料，并壓實(shí)至要求的密度為止。

1　工程概況

工程區(qū)位于關(guān)中盆地中部，渭河流經(jīng)盆地偏南部位，灃河在渭河一級(jí)階地上建造了河槽，工程涉及灃河河槽、漫灘及渭河一級(jí)階地，工作區(qū)內(nèi)灃河漫灘沿灃河展布，高程約392～398 m。工程設(shè)計(jì)建筑物主要是沿河道修建橡膠壩蓄水工程，在橡膠壩一端設(shè)調(diào)節(jié)閘及通航船閘。

工程地處于河床及兩側(cè)漫灘,因其特殊的工程條件，依據(jù)相關(guān)要求采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)進(jìn)行地基土液化判定，判定正常運(yùn)用(橡膠壩蓄水后，地基土含水率飽和)條件時(shí)場地土的液化性，試驗(yàn)結(jié)果顯示：在正常運(yùn)用時(shí)，各液化土層的液化指數(shù)4.9

2　地基處理方法選擇及設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)地層勘察結(jié)果表明工程區(qū)液化地層底界起伏較大，但隨著鉆孔的加密呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性：由于擬建工程地基橫跨一級(jí)階地及河漫灘、河槽等不同地貌單元，地層時(shí)代不同，沖積物密實(shí)度不同，造成液化土層分布深度差異，總體來說，一級(jí)階地下(此區(qū)域主要布置調(diào)節(jié)閘、船閘工程)液化土層深度3.3～5.2 m，液化砂層底標(biāo)高為376.05～377.1 m；河漫灘地帶(主要布置橡膠壩右半段工程)，液化土分布深度在9.2 m，分布標(biāo)高在372.9 m。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，船閘、調(diào)節(jié)閘及橡膠壩區(qū)域根據(jù)基礎(chǔ)地層地質(zhì)、液化深度等變化，可分別采用不同的基礎(chǔ)處理方案。船閘基礎(chǔ)處理既要解決地基液化問題，還要提高地基的承載力；調(diào)節(jié)閘和橡膠壩區(qū)域地基承載力滿足要求，只需解決地基液化問題。

2.1地基處理方案的選擇

1)船閘區(qū)域處理方案

船閘區(qū)域地層液化底標(biāo)高為376.05～377.1 m，基礎(chǔ)處理標(biāo)高為376.00 m，船閘基礎(chǔ)底高程為379.6～380.1 m，需處理深度為3.6～4.1 m。

船閘區(qū)域地基處理段較長，處理區(qū)域較近范圍內(nèi)無村莊，無重要構(gòu)造物，采用強(qiáng)夯法是比較理想的地基處理方法，強(qiáng)夯處理方式可以消除地震液化的影響，然后在強(qiáng)夯完后的地基土上采用CFG樁進(jìn)行處理，提高船閘基底土的承載力。碎石換填法是將船閘區(qū)域中的船閘閘室、上下游閘首、引航道采用碎石進(jìn)行換填，將液化砂土層換填為碎石，置換底標(biāo)高為376.0 m，相對(duì)密度不小于0.75，試驗(yàn)結(jié)果須滿足Cu≥5， Cv=1～3，確保碎石級(jí)配良好，換填后要求地基承載力不小于300 kPa。

以上方案均能很好解決地基土液化和承載力不足等問題，各個(gè)方案的施工工藝均比較成熟。但強(qiáng)夯方案需要經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)來確定施工參數(shù)，且施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大噪音，試驗(yàn)歷時(shí)較長，可能會(huì)對(duì)工期造成一定影響，而振沖碎石樁樁長不宜短于4 m[4]，相比較而言，換填方案施工速度快，工期較短。

2)調(diào)節(jié)閘及橡膠壩處理方案

調(diào)節(jié)閘與橡膠壩區(qū)域場地砂土層普遍存在液化，地基土承載力能滿足設(shè)計(jì)要求，所以該段區(qū)域僅需消除地基處理深度范圍內(nèi)土層的液化問題，液化深度從現(xiàn)有地面至底標(biāo)高4.2～9.2 m,液化底標(biāo)高為376.7～372.9 m。

考慮調(diào)節(jié)閘與橡膠壩區(qū)域場地液化深度較深，且建筑物位于主河槽內(nèi)，施工時(shí)受地下水位的干擾，采用碎石換填法開挖深度較深且投資較大，強(qiáng)夯方案需要經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)來確定施工參數(shù)，且施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大噪音，試驗(yàn)歷時(shí)較長，可能會(huì)對(duì)工期造成一定影響，相比較而言，采用振沖碎石樁方案消除液化效果較好，建議采用振沖碎石樁法進(jìn)行處理。

2.2振沖碎石樁計(jì)算

振沖碎石樁依靠振沖器的水平振動(dòng)力和側(cè)向擠壓作用，在外加填料時(shí)通過填料使砂層側(cè)向擠壓，使砂土的密實(shí)度增加，孔隙率減少，干密度和內(nèi)摩擦角增大，提高承載力，改善砂層的抗液化性能，在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮樁位的布置形式和樁徑大小，并確定合理的樁間距。

由于本工程基礎(chǔ)擬采用條形基礎(chǔ)且屬于可液化地基，所以加固范圍在基礎(chǔ)處邊緣應(yīng)擴(kuò)大2～4排樁，樁徑根據(jù)土質(zhì)情況和成樁設(shè)備等因素來確定，當(dāng)采用75 kW振沖器成樁時(shí)，碎石樁的樁徑為0.7～1.0 m，本工程采用0.80 m的樁徑，工程當(dāng)中采用的樁體材料為級(jí)配碎石，材料粒徑為20～50 mm，且含泥量不得大于5%。根據(jù)振沖碎石樁的設(shè)計(jì)要求，樁頂均較設(shè)計(jì)樁頂超打0.50 m，在樁體施工完成準(zhǔn)備施工上部結(jié)構(gòu)時(shí)統(tǒng)一將超打碎石樁削至設(shè)計(jì)樁頂高程。樁距根據(jù)下列公式確定：

式中：e0為天然孔隙比；e1為處理后要求的孔隙比；d為樁的直徑；L為樁間距。由上式計(jì)算出樁距為2 000 mm。

地基擠密后要求達(dá)到的孔隙比e1由工程對(duì)地基承載力要求或下式求得：e1=emax-Dr(emax-emin)。式中emax和emin分別為砂土的最大和最小孔隙比，Dr為地基擠密后要求砂土達(dá)到的相對(duì)密度，本次可取0.70～0.85，本次取0.75。

振沖施工結(jié)束后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)已實(shí)施的振沖樁進(jìn)行檢測。要求：碎石樁與地基土形成的復(fù)合地基要求內(nèi)摩擦角φ>19.8°，擠密后砂層相對(duì)密度應(yīng)在0.8以上，單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于265 kPa，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于150 kPa。

3　施工及施工后的檢測

1)施工

施工中振沖設(shè)備采用先采用了75 kW振沖器，根據(jù)試樁結(jié)果將振沖器調(diào)整為130 kw，在施工過程中避免對(duì)周圍建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生振動(dòng)．在振沖擠密法施工過程中質(zhì)量檢驗(yàn)的關(guān)鍵是填料量、密實(shí)電流和留振時(shí)間，這三者實(shí)際上是相互聯(lián)系和保證的．留振時(shí)間是指振沖器在地基中某地深度處停下振動(dòng)的時(shí)間，水量的大小是保證地基中的砂土充分飽和．砂土只要在飽和狀態(tài)下受到振動(dòng)便會(huì)產(chǎn)生液化，足夠的留振時(shí)間是讓地基中的砂土完全液化和保證有足夠大的液化區(qū)砂土經(jīng)過液化在振沖停止后，顆粒便會(huì)慢慢重新排列，這時(shí)的孔隙比將較原來的孔隙比為小，密實(shí)度相應(yīng)增大，這樣就可達(dá)到加固的目的。

2)施工后檢測

施工結(jié)束后，于2014年3月分別采用靜載試驗(yàn)法、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法、動(dòng)力觸探試驗(yàn)對(duì)樁體承載力、樁間土密實(shí)度、樁體密實(shí)程度進(jìn)行了檢測，進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，振沖碎石樁單樁承載力及復(fù)合承載力均能滿足設(shè)計(jì)要求，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)振沖碎石樁處理后，處理深度范圍內(nèi)樁間土呈中密-密實(shí)狀態(tài)，液化效應(yīng)已消除；重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果表明，樁身填料基本處于中密狀態(tài)；碎石換填部分承載力可以滿足設(shè)計(jì)要求。

4　結(jié)語

通過該工程實(shí)踐證明振沖碎石樁處理液化性砂土地基可行，對(duì)液化深度較淺的砂層液化處理可以采用換填法。

[1]碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.

[2]GB50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3]GB50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.

[4]葉觀寶，葉書麟.地基加固新技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.1999.

2016-03-14

張曉斐(1984-)，男，山西臨汾人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。

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