齊 典 永

(中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750004)

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碎石擠密樁在液化地基處理中的應(yīng)用

齊 典 永

(中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司寧夏分公司，寧夏 銀川 750004)

結(jié)合某公路大橋的工程地質(zhì)條件，分析了工程中飽和液化砂土的分布規(guī)律，選取碎石擠密樁對液化砂土進(jìn)行處理，并從碎石樁設(shè)計、施工、質(zhì)量控制等方面，闡述了具體的處理措施，提高了地基的承載力。

碎石擠密樁，液化砂土，復(fù)合地基，質(zhì)量控制

1 工程概況

擬建寧夏石嘴山紅崖子黃河公路大橋項目位于石嘴山市平羅縣境內(nèi)，路線起于國道109線與簡濱公路交叉處，起點樁號K15+281.500即簡濱公路樁號K15+281.500，路線向東利用已建成的簡濱公路16.608 km，僅對路面進(jìn)行加鋪改造；新建段起點位于簡濱公路的設(shè)計樁號K31+890即本項目K31+890處，向東南方向設(shè)黃河特大橋先后跨越濱河大道、黃河、紅崖子防洪堤，于紅崖子王家溝村一隊北側(cè)接S203，終點樁號K36+960.145，路線總長21.678 km，其中利用簡濱公路16.608 km，新建5.070 km，黃河大橋橋長3.398 km。

本項目的不良地質(zhì)主要為飽和砂土液化，場地為黃河沖積平原地貌，地震基本烈度為8度，項目區(qū)地震動峰值加速度為0.20g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地下水位較高，埋深小于5 m，砂土以第四系全新統(tǒng)松散沉積物為主，黃河河漫灘及一級階地淺部為全新統(tǒng)飽和粉土與粉細(xì)砂，天然地基承載力低，在地震作用下穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生液化。

2 飽和液化砂土

在地震作用下飽和砂土容易引起液化現(xiàn)象，砂土液化對公路路基產(chǎn)生較大的破壞，破壞主要表現(xiàn)為路基下沉、路基開裂、路基邊坡坍塌以及路基沉陷等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響行車的安全性。路基地基土的類型、路基填料的種類及性質(zhì)、路基填筑高度、地下水位的高度以及地震的強(qiáng)度是制約砂土液化對公路路基破壞的主要因素，其中地基土工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件是關(guān)鍵。結(jié)合地基變形特性，建議采取換填法、擠密砂樁法和強(qiáng)夯法來消除地基土部分或全部液化。

2.1 液化砂土分布

根據(jù)勘探測試成果，依據(jù)JTG B02—2013公路抗震規(guī)范與JTG/T B02—01—2008公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則，砂土液化判別的規(guī)定與方法，對場地進(jìn)行砂土液化判別與等級評定，根據(jù)判別結(jié)果，場地20 m深度內(nèi)地基液化指數(shù)為6.17～57.07，液化等級為中等～嚴(yán)重，見表1。

表1 場地液化土分布特征表

2.2 液化砂土處理

2013年出版的JTG B02—2013公路工程抗震設(shè)計規(guī)范中對路基的液化地基做出了明確的規(guī)定，針對本項目，如果滿足以下條件之一，則對路基不做處理：

1)路基填筑高度小于3 m時；2)地面深度6 m范圍內(nèi)液化土層累計厚度小于2 m時，路基高度小于5 m；3)上覆非液化土層厚度或地下水位的深度大于6 m時。

由場地液化土分布特征表可知，本項目不良地質(zhì)路段為中等～嚴(yán)重液化。對于路基填土高度小于3 m的普通路段不做處理，對于路基填土高度大于3 m路段根據(jù)液化土層埋深及分布厚度等不同情況按照規(guī)范處理原則確定處理路段，對橋涵構(gòu)造物(圓管涵不作處理)所在液化砂土路段進(jìn)行處理。

本項目液化砂土層底埋深基本都在3 m以上，根據(jù)地勘資料結(jié)合外業(yè)調(diào)查情況，黃河以西分布寧夏西海湖清真牛肉產(chǎn)業(yè)園區(qū)，且居民密集，本次設(shè)計采用擠密碎石樁法進(jìn)行處理。對于黃河以東，以農(nóng)田為主，居民稀少，考慮采用重錘強(qiáng)夯處理。

3 碎石擠密樁

3.1 加固機(jī)理

碎石擠密樁復(fù)合地基是在公路地基處理中設(shè)置碎石樁，通過擠密加固基地，使地基承載力提高和減少地基沉降，碎石擠密樁復(fù)合地基具有良好的抗液化性能，不僅可以防止地震引起砂土或粉土的液化，而且也可以增大濕軟路基(軟弱地基)的整體性和穩(wěn)定性；碎石樁具有較好的透水性，有利于孔隙水壓力的降低與消散。碎石擠密樁在處理砂土或粉土液化地基中具有擠密、排水降壓作用和預(yù)震效應(yīng)。

3.2 碎石擠密樁間距計算原理及方法

本項目可液化路基段主要集中在主線段落及禮和互通式立交區(qū)，液化等級屬中等和中等～嚴(yán)重，設(shè)計中采用碎石樁處理方案，樁間距是關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)，樁間距過大難以消除液化病害，過小又會造成不必要的浪費。本次計算采用新規(guī)范JGJ 79—2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范推薦的相關(guān)設(shè)計計算方法，采用三角形布置處理碎石樁，如圖1所示。

根據(jù)地勘資料選擇本項目地震液化達(dá)到最高級別的一段路基的試驗數(shù)據(jù)作為最不利條件進(jìn)行計算，其中處理前天然空隙比e0=0.837，為了消除液化危害采用三角形布置碎石樁，碎石樁樁徑d=400 mm，樁長在該段采用長度s=14.5 m，修正系數(shù)ε可取1.1，填方路基要求地基土設(shè)計達(dá)到的空隙比e1=0.65，根據(jù)以上已知資料計算結(jié)果如下：

根據(jù)結(jié)果已知設(shè)計中對于靠近橋頭路基部分、箱涵和嚴(yán)重液化路段，地基處理碎石樁間距采用1.0m，中等液化路段地基處理碎石樁間距采用1.2m，相對保守滿足設(shè)計要求。

3.3 碎石擠密樁設(shè)計

對路基用地范圍內(nèi)(即路基下方及路基邊坡坡腳兩側(cè)各3m寬度范圍)用碎石擠密樁處理地基，路基邊坡坡腳到用地界采用沖擊壓路機(jī)沖壓40遍，設(shè)計時充分完善兩側(cè)的排水，使其形成完整、暢通的排水系統(tǒng)。

1)樁的平面布置：樁位采用正三角形布置。

2)碎石擠密樁樁徑：根據(jù)公路地基土的實際情況，基于砂土或粉土的液化等級及程度、成樁設(shè)備等情況，合理的選擇碎石擠密

樁的直徑，本項目綜合考慮到施工機(jī)械、節(jié)約成本和處置有效等各方面的狀況，設(shè)計采用樁徑40cm的碎石擠密樁。

3)碎石擠密樁樁長：根據(jù)地勘提供的鉆孔資料、路基對地基承載力的要求和變形條件，樁長應(yīng)穿透可液化砂土或粉土層，并進(jìn)入下一持力層0.5m，在樁頂鋪筑0.5m的砂礫調(diào)平層，砂礫調(diào)平層不僅可以將路基荷載均勻的傳遞給路基，而且對砂土液化具有良好的排水作用，本次設(shè)計平均樁長選用8m～15m。

4)樁間距：樁的平面布置是正三角形，當(dāng)土層為嚴(yán)重液化或橋涵構(gòu)造物時，d=1.0；中等液化時，d=1.2。

5)材料：碎石級配為自然級配，最大粒徑不超過4cm，含泥量不大于3%。

3.4 碎石擠密樁施工

1)施工設(shè)備。

施工方法選擇振動成樁法。主要設(shè)備有：打樁機(jī)(振動機(jī)、裝砂料斗、振動套管)、樁管、手推車。其輔助設(shè)備有起重機(jī)、鏟式裝載機(jī)、空壓機(jī)等。

2)成樁步驟。

清除表土30cm→平整場地→標(biāo)記樁位→移動樁機(jī)及導(dǎo)向架→啟動振動錘→下樁管→施加填料→拔管→重復(fù)填料和拔管工序→樁管提升至地面，施工完畢。

3.5 碎石擠密樁質(zhì)量控制與檢驗

1)原材料方面：碎石級配為自然級配，最大粒徑不超過4cm，含泥量不大于3%。

2)施工方面：嚴(yán)格按設(shè)計文件提供的參數(shù)、成樁步驟、拔管高度及拔管速度，碎石擠密樁需要邊振動邊拔管，拔管速度應(yīng)該控制在1m/min～2m/min，每次拔管高度不應(yīng)超過50cm，拔管50cm后繼續(xù)振動，停拔時間15s為宜，否則容易出現(xiàn)斷樁或縮徑，不能保證樁身的連續(xù)性。

3)碎石擠密樁采用由兩側(cè)向中間、隔點隔行的施工順序進(jìn)行。

4 結(jié)語

1)碎石擠密樁加固砂土地基，可防止地震液化的發(fā)生，提高地基承載力和減少沉降，同時碎石樁具有很好的透水性，利于超孔隙水壓力消散。

2)碎石擠密樁設(shè)計和施工中，應(yīng)選擇合理的樁間距，樁間距過大難以消除液化病害，過小又會造成不必要的浪費。

[1] 付殿武，李鳳起，戚銀生，等.夯擴(kuò)擠密碎石樁處理液化砂土[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011(3)：33-35.

[2] 許明軍.高速公路碎石樁處理液化地基的優(yōu)化設(shè)計研究[D].南京：東南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.

[3] 許蕓蕓，孫忠強(qiáng)，劉亞昌，等.夯擴(kuò)擠密碎石樁在沿海高速公路砂土液化地基中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2007(15)：58-61.

[4]JTGB02—2013，公路工程抗震設(shè)計規(guī)范[S].

Application of crushed stone compaction pile in liquefied foundation treatment

Qi Dianyong

(NingxiaBranchCompany,ChinaCommunicationHighwayPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Yinchuan750004,China)

Combining with the highway bridge engineering geology conditions, the paper analyzes the saturated liquefied sandy soil distribution law in engineering, carries out liquefied sandy soil treatment by selecting crushed stone compaction pile, and illustrates specific processing measures from aspects of crushed-stone compaction pile design, construction and quality control, so as to improve the foundation bearing capability.

crushed stone compaction pile, liquefied sandy soil, composite foundation, quality control

1009-6825(2016)10-0195-02

2016-01-24

齊典永(1986- )，男，碩士，助理工程師

TU472.35

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