水振冲碎石桩在处理可液化砂土地基中的应用探讨

　　摘要：水振冲碎石桩因其施工简便、工期短、造价低等特点，被广泛应用于粉砂土地基处理工程。文章结合具体的工程实例， 介绍了振冲碎石桩用于砂土地基抗液化处理的原理，对其施工工艺进行了探讨。

　　关键词：振冲碎石桩,砂土地基,可液化,处理

　　一、工程概况

　　拟建某住宅小区高层楼A、B 栋，框架剪力墙结构， 地上17 层，地下1层。场地长102.3m，宽44.4m。

　　场地地层从上至下依次为：第四系全新统人工填土层(Q4ml)、第四系全新统冲积层(Q4al)，代表性地质剖面见图1。拟建86号楼A，B栋均设1层地下室，地下室埋深4.0m，基底处地基土以细砂为主，厚0.5—3.0m。其下部卵石土多以松散卵石为主，卵石层中间夹有一定厚度的中砂，稍密及以上密实度卵石埋藏较深，在现地面下7.0m以上，且不稳定。

 

 

　　场地土层等效剪切波速(Vse)为281—342m/s，覆盖层厚度不大于5m，建筑场地类别为Ⅱ类，场地卓越周期为0.17-0.22S，场地内细砂为可液化土，为建筑抗震不利地段。地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计特征周期为0.35s。0

　

      　二、振冲碎石桩加固地基的设计

　　1、基础形式和地基加固方式的选择

　　若采用天然地基、柱下独立基础，以稍密及以上密实度卵石作基础持力层，基坑开挖深度较大;且场地开挖需考虑降水措施，地下水受河水补给影响较大，地下水渗透性能好，降水难度大，综合考虑该方案欠合理。

　　若采用筏板基础，其基底埋深处为砂层及松散卵石层，承载力不能满足上部荷载要求。

　　若采用预应力管桩基础，局部地段密实卵石埋深较浅，难以满足桩身及桩长的要求。

　　若采用人工挖孔桩，场地需降水，降水范围及降水深度均较大，且需进行一桩一孔的施工勘察。

　　若对地基土进行水振冲碎石桩加固处理，以处理后的复合地基作筏板基础持力层，场地不需降水，且排污较方便，施工措施简单易行，该方案较合理。根据勘察资料分析，拟建建筑物基底地基土层(细砂、中砂层)承载力特征值不能满足设计要求，需进行地基加固处理。根据拟建建筑物性质、场地工程地质及水文地质条件及地区地基加固处理经验，本着技术可靠、施工可行和经济合理的原则。经比较，对该工程采用水振冲碎石桩地基加固处理方案。

　　2、振冲碎石桩方案设计

　　本次地基处理采用等边三角形大面积满堂布桩，并在建筑物基础边线外布置2排保护桩设计采用电机功率为55kW的ZCQ-55型振冲器进行施工。振冲处理深度至稍密卵石层，并进入该层500mm处理深度在1.50～4.70m之间。桩身材料采用卵石，含泥量小于5%，粒径30～100mm。褥垫层采用天然级配砂石(最大粒径≤8cm)。厚度30cm。

　　3、复合地基承载力特征值计算

　　振冲桩复合地基承载力特征值通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可用单桩和处理后桩间土承载力特征值按下式估算[1]：

 

　　式中： ——复合地基承载力特征值，取300kPa;

　　——桩体承载力特征值，取500kPa;

　　——处理后桩间土承载力特征值，取90kPa;

　　——面积置换率。

　　经计算得m=51.2%。

　　根据面积置换率公式

 

　　式中： ——桩的直径，取0.90m

　　——等效圆影响半径，计算得 =1.258m。

　　按等边三角形布置：桩间距s= /1.05=1.198m;根据施工经验，实际按1.20m等边三角形满堂布置。

　　再根据式(1)计算得 =306kPa>I300kPa，满足设计要求。

　　振冲桩复合地基变形模量按下式计算：

 

　　式中： ——复合地基土层压缩模量(MPa);

　　——桩间土压缩模量，取10Mpa

　　——桩土应力比，取3：

　　——面积置换率。取0.5l2。

　　计算得 =20.24MPa>20MPa。满足设计要求。

　　4、液化判别标贯击数临界值计算

　　液化层在地面下15m深度范围内，其液化判别标贯击数临界值计算公式为：

　　

       式中 ——液化判别标贯击数临界值;

　　——液化判别标贯击数临界值，按《建筑抗震设计规范》[GB50011-2001(2008)]取值;

　　——饱和土标贯点深度(m);

　　——地下水位深度(m)

　　——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，应采用3。

　　由此计算基底下15m范围内标贯击数临界值见表2

 

　　三、水振冲碎石桩施工

　　本工程采用的工艺流程见图2。

　　1、施工过程

　　(1)根据轴线及施工图放样，用木桩标明桩位。

　　(2)人工在桩位处开挖，并布设排污水系统。

 

　　(3)钻机就位，并将振冲器对准桩位标记。

　　(4)将振冲器徐徐沉入土中，造孔速度控制在1.0～2.0m/min，直至设计深度。造孔后边提升振冲器边冲水直至孔口，再放至孔底，重复2～3次扩大孔径，最终形成桩径应大于或等于800mm，并使孔内泥浆变稀。

　　(5)确认造孔合格后，采用粒径30～100mm的卵石填料。每次填料高度不宜大于50am，将振冲器沉入填料中进行振密制桩，激振力为16kN，振动频率为

　　1450r/min，振幅为10mm。当电流达到密实电流值55A持续至留振时间，将振冲器提升30～50cm重复造孔填料，振密直至桩顶标高以上不小于0.30m。

　　(6)采用人工清土、截桩至设计标高(褥垫层底标高1，并保证桩顶平整。

　　(7)褥垫层厚30cm，材料为天然级配砂石，用振动碾压实，压实后的夯填度应不大于0.90。

　　2、技术措施

　　(1)严格控制填料量、密实电流值和留振时间。

　　(2)施工中发现当地质条件与地勘报告不符时，应及时通知业主采取补勘等措施，并及时修正加固方案确保加固的地基达到设计要求。

　　(3)对杂填土层用砂卵石换填。

　　四、处理效果检测与评价

　　处理完工后7d，对水振冲碎石桩处理效果进行检测。在处理区内随机抽取l10根桩进行动力触探测试，在桩间土内抽取55点进行标贯测试，在建筑物主体区内抽取9组点位进行单桩复合地基载荷试验。

　　1、动力触探试验

　　在桩体中心进行超重型(N120)动力触探测试，试验成果见表3。孔的最低击数为3～4击，最高击数超过30击，平均击数为9～20击，整个场地比较一致。根据《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)判断，检测的水振冲碎石桩密实度绝大多数为中密，处理效果较好。

 

　　2、标贯试验

　　加固前细砂层的平均击数在45击，临界击数在8～10击，液化等级为中等。基坑开挖后，经振冲碎石桩加固处理，在原钻孔附近做了4孔共10组桩间土标贯试验，标贯击数在8 15击，平均值11.2击，均大于液化116界击数，加固后的地基判定为非液化土，可见本工程地基土经水振冲碎石桩加固处理，消除液化效果很好。

　　3、平板载荷试验

　　根据布桩形式及桩间距，承压板选用直径1230mm的圆形钢板，采用慢速维持荷载法，分8级加载，4级卸载。最大荷载值738kN。9组平板载荷试验的压力一沉降(p-s)曲线见图3。

 

　　由图3可见，9组试验加载段的P-s曲线均比较平缓，无比例极限点，也未出现陡降段。根据文献4，当p-s曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定复合地基承载力特征值;当为以粉土或砂土为主的地基时，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力;按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。因此，这9个试验点的复合地基承载力特征值均大于305kPa，达到设计要求。根据p-s曲线上线性关系阶段的力值和沉降值可算出复合地基的变形模量。经计算，9个试验点复合地基的变形模量均大于20MPa，达到了设计的要求。

　　五、结束语

　　工程实践表明，对松散砂土及卵石地基采用水振冲碎石桩处理，对提高砂土密实度，消除地基液化，提高地基承载力效果较理想，本处理方案是成功的。

　　(1)水振冲碎石桩工艺成熟，施工简便，工期短，质量较易控制，且桩体可就地取材，造价低。在成都地区较普遍存在的松散砂土、卵石地基上建造高层建筑(l7层左右)地基加固处理中，水振冲碎石桩具有较好的推广应用前景。

　　(2)振冲密实电流、填料量、留振时间等施工参数应根据振冲器型号、地质条件、填料性质等，在施工前通过现场试验确定。

　　(3)目前对碎石桩复合地基的工作性状、沉降计算方法等还没有统～的观点。结合建筑物沉降观测资料，还可以做进一步的深入研究。

　　参考文献：

　　[1 ] J G J 7 9—2002，建筑地基处理技术规范[ S ].

　　[ 2 ] GB50007—2002，建筑地基基础设计规范[ S ].

　　[3] GB50202—2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[ s ].

　　[4 ] 蒋欢，紫民.振冲碎石桩在地基加固处理中的应用[ J ].水文地质工程地质，2 008，3：3 9—42.

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