王娟娟

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

西朱莊生態(tài)蓄水工程地處山西省應縣西朱莊村以北1.0 km的桑干河干流上，距離應縣縣城5.5 km。工程區(qū)地震動反應譜特征周期為0.40 s，地震動峰值加速度值為0.20 g，相應地震基本烈度為Ⅷ度。本工程主要建筑物包括：蓄水閘、啟閉機設備室、生態(tài)護岸、管理站、交通道路和高灌站改造等。蓄水閘為開敞式蓄水閘，總寬402.0 m，包括左岸224.0 m蓄水閘段、中間100.0 m寬的景觀平臺和右岸78.0 m蓄水閘段。工程等別為Ⅴ等，主要建筑物蓄水閘、啟閉機房級別為5級。

2 工程地質

2.1 地質概況

閘址內發(fā)育地層為全新統(tǒng)沖積物（Q4al）及第四系下更新統(tǒng)湖積物（Q1l）。

第四系全新統(tǒng)沖積物（Q4al），分布于河床、河漫灘。從上往下地層巖性依次為：①為含砂低液限粉土、低液限粉土，厚度1.0～4.3 m；②為級配不良砂、粉土質砂，厚度0.4～1.2 m；③為低液限粘土，厚度0～7.2 m，由右岸向左岸逐漸殲滅。其下部為低液限粉土，厚度0～2.5 m，由左岸向右岸厚度越來越薄，在桑干河主河床處尖滅；④為含細粒土砂、粉土質砂，厚度0～6.0 m，由左岸向右岸逐漸尖滅。

第四系下更新統(tǒng)湖積物（Q1l），主要分布于河床及兩岸下部，巖性為低（高）液限粘土，厚度大于10 m。

2.2 場地液化評價

工程區(qū)抗震基本烈度為Ⅷ度，閘址處的含砂低液限粉土、級配不良砂、粉土質砂等，應評價場地液化問題。依據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄P土的液化判別進行評價。

2.2.1 初判

依據(jù)初判條件，閘基全新統(tǒng)沖積物低液限粉（粘）土層，粘粒含量1.5%～24.9%，大多小于18%，初判為可能液化土；粉土質砂、級配不良砂層，粘粒含量0～17.0%，粘粒含量小于18%，初判為可液化土層。下部下更新統(tǒng)洪積低（高）液限粘土粘粒含量16.7%～59.3%，初判為不液化土。

2.2.2 復判

采用標準貫入錘擊數(shù)法，對表層低液限粉土及含細粒土砂層進行復判，符合下式要求的土應判為液化土：N＜Ncr（標貫錘擊數(shù)N，標貫錘擊數(shù)臨界值Ncr）。根據(jù)現(xiàn)場7個鉆孔標貫試驗結果進行判別分析，閘基表層低液限粉土和含細粒土砂、級配不良砂層，在地震Ⅷ度時存在液化問題，液化土層厚度為8 m左右（至Q1l低液限粘土頂面）。因此，需要對液化地基進行處理，滿足閘基穩(wěn)定要求。

3 液化地基處理方案比選

3.1 換填法

換填法是將基礎底面下的軟弱土層挖去，以強度較高、性能穩(wěn)定碎石、卵石、素土、粉煤灰及礦渣等材料分層填充，同時，分層碾壓或夯實達到要求的密實度，改善地基應力分布，減少沉降量。

換填法適用于淤泥、淤泥質土、膨脹土、濕陷性黃土、雜填土等不良地質基礎的淺層處理。換填的厚度一般不宜大于3 m。

3.2 強夯法

強夯法是反復將重錘提到高處，使其自由落下，給地基沖擊、振動能量，將地基土夯實，從而提高地基的承載力，又降低其壓縮性，改善地基性能。同時，還能改善其抗振動液化的能力，所以，強夯法常用于處理可液化砂土地基，如砂土、碎石土、低飽和度的粉土、黏性土、濕陷性黃土、素填土及雜填土等地基。

強夯法的優(yōu)點有加固效果顯著、適用土類廣、設備簡單、施工方便、節(jié)省勞力、施工期短、節(jié)約材料、施工費用低等。但強夯法對飽和度高的粉土、黏性土的液化處理效果不顯著。

3.3 圍封法

圍封法是在建筑基礎周邊制作連續(xù)墻，將基礎范圍內易液化的土體圍封起來，使液化土體在遭遇地震時，由于圍墻的作用不被擾動，從而達到減少液化指數(shù)、降低液化的可能。圍封法適用于各種類型的軟弱土。

3.4 振沖碎石樁

振沖碎石樁是利用振沖器邊振邊沖，在軟弱地基中成孔后，再填入碎石形成大直徑的樁體，樁體和周邊土形成復合地基，提高地基的承載力，減少地基的沉降量、提高土體的抗剪強度。

振沖碎石樁適用于處理松散砂土、粉土、粉質黏土、素填土等地基，以及用于處理可液化地基。振沖碎石樁的有效處理深度可達15 m。

3.5 方案比選

本工程液化土層厚度較大（4.8～7.4 m），采用換填法處理液化基礎不夠經濟。閘址處河床地下水位較高（990.39～991.94 m），河道常年流水，基礎土飽和度高，強夯法液化處理效果不可靠。

圍封法存在以下不利因素：一是圍封法只能解決液化擴散的傳遞問題，圍封區(qū)內的土體仍存在液化問題，只要圍封結構局部出現(xiàn)破壞，結構不連續(xù)，就會造成地基失穩(wěn)。二是閘室基礎下圍封結構的外圍連續(xù)墻會造成閘基滲水集聚無法排出，加大閘底板揚壓力，危及閘基穩(wěn)定。三是從地下連續(xù)墻施工方法考慮，若采用高壓旋噴法，由于液化范圍大，基礎處理費用高；若采用水泥土攪拌法，則費用低，但本工程地下水位較高，且呈流動狀態(tài)，固化劑在尚未硬結時易被地下水沖蝕破壞，加固效果受到影響，施工質量難以控制。

振沖碎石樁不僅使樁間土密實度增加，而且在地基中形成良好的豎向排水通道，可有效消散孔隙水壓力，防止超孔隙水壓力的升高而使砂土產生液化。另外，在施工過程中，地基土獲得強烈的預震，對增強砂土抗液化能力極為有利。

考慮上述因素，本工程地基液化處理，推薦采用振沖碎石樁。

4 地基抗液化處理設計

依據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ 79-2012）中的要求，初步確定振沖碎石樁處理范圍為基礎外緣，擴大寬度不應小于基底可液化土層厚度的1/2，且不應小于5.0 m。結合建筑物布置，閘室基礎上下游、右岸向外擴大5.0 m，左岸外擴至啟閉機房基礎以外。

擬定碎石樁樁徑0.8 m，樁端伸入不液化土層頂部0.5 m，等邊三角形布孔，處理深度6.8～8.5 m，具體施工參數(shù)通過現(xiàn)場試驗確定。樁頂和閘室基礎之間鋪設300 mm厚的級配碎石墊層和100 mm厚C 15混凝土墊層。樁距計算采用《復合地基技術規(guī)范》（GB/T 50783）。

式中：S——中樁間距，m；

d——樁體直徑，0.8 m；

ζ——擠密砂石樁樁間距修正系數(shù)，1.1；

e0——地基處理前土體的孔隙比；

e1——地基擠密后要求達到的土體孔隙比；

Dr1——地基擠密后要求達到的相對密度；

emax——砂土最大孔隙比；

emin——砂土的最小孔隙比；

根據(jù)計算結果，樁間距取2.5 m。

5 結語

地震作用下的砂壤土液化是河道建筑物地基失效的主要形式，在水閘基礎遇到砂壤土場地時，對液化地基采取合理的抗液化處理措施是必要的。地基液化處理方法應針對地基承載力的不足或者對沉降變形的不適應性，根據(jù)地基實際地質情況、建筑物結構特點、施工條件及運用要求，經技術或經濟比較后確定。