碎石樁與砂樁在處理地震液化地層中的應(yīng)用

李延剛 趙榮亮 楊 沖

(北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)

1 工程概況

1.1 工程簡介

根據(jù)該工程初步設(shè)計報告、工程地質(zhì)勘察報告及招標設(shè)計報告的成果，新蟒河倒虹吸基坑開挖范圍內(nèi)的地層巖性主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層，按地層巖性從上至下可分為壤土(砂壤土)、粉砂、細砂、中砂及粘土夾層。壤土、砂壤土:松散，厚1.5 m～2.0 m;粉砂:松散 ～ 稍密，厚 1.05 m ～3.2 m;細砂:松散 ～ 稍密，厚2.30 m ～7.90 m;中砂:中密，揭露總厚17.0 m ～24.5 m。該層中分布有粉砂(厚0.9 m～4.5 m)、細砂(厚2 m～60 m)和粘土壤土夾層(厚1.6m～7.7m)。地下水位較高，地基土存在砂土震動液化問題。且淺表層砂壤土(壤土)、粉細砂承載能力較低，渠基需采取加固處理。所在區(qū)地震烈度為7°。

該工程樁徑φ800區(qū)域采用DZ90型振動錘沉管砂樁樁機設(shè)備進行施工。成樁材料分別為:1)材料粒徑要求5 mm～20 mm級配的碎石;2)中粗砂混合料，砂料的細度模數(shù)2.8以上，地面標高即為設(shè)計標高。不同的成樁材料，在相同的施工參數(shù)、施工順序等條件下進行了對比試驗。

1.2 試驗參數(shù)選定

1)試驗設(shè)備類型選擇。φ800 mm樁徑的成樁設(shè)備選擇:DZ90型振動錘，套管直徑459 mm，配活瓣樁尖。

2)試驗材料選擇。a.材料粒徑要求5 mm～20 mm級配的碎石;b.中粗砂混合料，砂料的細度模數(shù)2.8以上。

3)施工工藝參數(shù)的選擇，見表1。同一樁徑的碎石樁、砂樁采用了同一種施工參數(shù)，以便更有對比性。

表1 施工參數(shù)選擇統(tǒng)計表

2 試驗檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計、對比

2.1 標準貫入試驗

處理前標貫擊數(shù)統(tǒng)計表見表2。處理后砂樁、碎石樁標貫擊數(shù)統(tǒng)計表見表3，表4。

表2 處理前標貫擊數(shù)統(tǒng)計表

表3 砂樁復合地基處理后標貫擊數(shù)統(tǒng)計表

表4 碎石樁復合地基處理后標貫擊數(shù)統(tǒng)計表

在淺層地層，由于上覆力作用小的原因，在沉管樁振動作用影響下，表層土結(jié)構(gòu)破壞，部分土體位置抬高，表層相對原狀土物理性質(zhì)較差，這也是復合地基對于保護樁頭所要求的依據(jù)所在。后期可通過堆載進場材料及施工過程中增加上覆力的方法得以改善。

在砂樁、碎石樁試驗前后，在場地進行了標準貫入試驗。處理后砂土標準貫入試驗擊數(shù)為18.0擊～30.0擊，為中密～密實狀態(tài)，相對處理前均得到了提高，主要因為振動沉管施工過程中的振密作用。采用垂直振動的激振力沉管時，樁管四周的土體受到擠壓，同時樁管的振動能量以波的形式在土體中傳播，引起樁周圍土的振動，在擠壓和振動作用下，土的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，隨著土結(jié)構(gòu)的破壞，土顆粒重新進行排列，向具有低勢能的位置移動，從而使較松散狀態(tài)變?yōu)槊軐崰顟B(tài)。該場地經(jīng)過擠密碎石樁、砂樁處理后，物理力學性質(zhì)指標均得到了改善。

由數(shù)據(jù)可以看出擠密碎石樁處理后效果更明顯，土體結(jié)構(gòu)強度也較高，抗液化能力較強。因為碎石樁較砂樁排水通道作用明顯，這樣就加速了擠壓和振動作用產(chǎn)生的超孔隙水壓力的消散，降低孔隙水壓力上升的幅度，降低了孔隙水壓力對土體抗剪能力的破壞，進一步提高了樁間土的抗液化能力。

2.2 單樁復合承載力試驗

地基處理后復合地基承載力見表5，表6。

表5 擠密砂樁復合地基承載力特征值一覽表

根據(jù)復合地基載荷試驗，經(jīng)碎石樁處理后，樁徑0.8 m的復合地基承載力特征值為157 kPa。與擠密砂樁處理后的復合地基承載力相比，擠密碎石樁對周圍土體加固作用較明顯，處理后的復合地基承載力高于砂樁處理后復合地基承載力。

表6 擠密碎石樁復合地基承載力特征值一覽表

3 結(jié)論與建議

1)從抗液化角度考慮，砂層地基處理、擠密砂樁、擠密碎石樁均起到了建筑結(jié)構(gòu)物要求的處理效果。

2)在該地層條件下，采用擠密砂樁和擠密碎石樁，填料量均能滿足在1.05以上，但受到孔體周圍地層的影響及垂直激振力作用，充盈系數(shù)均不超過1.3。但不同區(qū)域的填料量及充盈系數(shù)不同，充分體現(xiàn)了復合地基對不同地層的調(diào)節(jié)能力及處理特點。

3)與砂樁復合地基相比，由于碎石樁的加強體對周圍土體的擠密作用及自身排水作用明顯，周圍土體結(jié)構(gòu)強度較大，孔隙水壓力迅速消散，碎石樁處理后的復合地基效果更好。

［1］ 王鳳魁.振動沉管擠密碎石樁的加固效果與機理［J］.地基處理，1995，20(1):8-9.

［2］ 羅琪先.樁基工程檢測手冊［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］ 劉景政.地基處理與實例分析［M］.北京:中國建筑出版社，1998.

［4］ 呂清泉.砂樁在西南線軟弱地基處理中的應(yīng)用［J］.路基工程，2003，15(2):23-24.