振沖碎石樁在新疆某水利工程的應(yīng)用探析

劉云波

（喀什第三師勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 喀什市 844000）

前 言

葉爾羌河中下游地區(qū)的地層主要由粉土和中細(xì)砂構(gòu)成，地層地基屬于液化土層并且承載力較低。因此把該層作為建筑地基時，必須消除地震時可能引起的地基粉土層液化，增強(qiáng)地基的承載力。砂石樁不僅具有擠密作用而且可以排水，能有效消除各種震動時產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力，大大降低液化現(xiàn)象的發(fā)生率。此外砂石樁造價低廉且資源豐富，能就地取料，可以達(dá)到節(jié)約鋼材和水泥的目的。

1 工程概況和地質(zhì)概況

根據(jù)工程規(guī)劃并經(jīng)過審批，擬在葉爾羌河中下游某樞紐處修建300 m3進(jìn)水閘一座。

該地區(qū)屬于大陸干旱性氣候區(qū)，降水少蒸發(fā)大，氣候干旱；河水主要來自于積雪和冰川融化，并且氣溫對河水影響很大；該地區(qū)水質(zhì)成分大多為碳酸鹽，水質(zhì)較好，地處河流中下游沖積平原，地勢南高北低。河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，河床經(jīng)過多次改道產(chǎn)生很大游蕩性，沖積平原下半部常出現(xiàn)河心灘，耕地多在此區(qū)域內(nèi)；該地區(qū)地層由第四系松散堆積物構(gòu)成，厚度達(dá)到（400～500）m，在（30～70）m 的剖面內(nèi)幾乎全是粉砂細(xì)砂；該地區(qū)位于塔里木盆地的次一級隆起區(qū)，凸起形成較晚，現(xiàn)今形成大型平緩的復(fù)背斜；該地區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，震動特征周期為0.65 s,地震基本烈度為Ⅶ度。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性和力學(xué)性質(zhì)

據(jù)探測，該地區(qū)地層主要為粉細(xì)砂構(gòu)成，局部表層為近期淤積形成。第一層為淤積層，呈灰黃色，由松散～稍密，濕，厚度在（0.50～3.00）m；第二層的主要成分為粉細(xì)砂：呈青灰色，濕～飽和，松散～稍密～中密，中等液化，沒有黏聚力，平均滲透系數(shù)為9.33×10-3cm/s，地基承載力特征值為110 kPa。

2.2 地下水概況

該場地地下水穩(wěn)定水位高程為1 118.0 m，地下水類型為潛水，該地區(qū)無承壓水并且無相對隔水層，含水介質(zhì)為粉細(xì)砂，地下水主要靠河水補(bǔ)給，平均滲透系數(shù)為 9.33×10-3cm/s。

2.3 地基與基礎(chǔ)

根據(jù)勘察結(jié)果，再結(jié)合現(xiàn)場基礎(chǔ)設(shè)計的標(biāo)高，本場地直接持力層為第2層土粉細(xì)砂層，天然地基承載力特征值為110 kPa。根據(jù)設(shè)計要求，承載力特征值需要達(dá)到180 kPa，天然地基無法滿足要求，所以地基需要進(jìn)行處理。通過方案比對，一致認(rèn)為振沖碎石樁很適合處理液化土，能明顯提高承載力并且工藝簡單。本場地很容易滿足施工要求，樁徑大、施工速度快，所以建議采用振沖碎石樁進(jìn)行地基處理。

3 振動碎石樁法

碎石樁是利用能水平振動的振動器在高壓下邊振邊沖，從而在軟弱地基中打孔，然后在孔內(nèi)填入碎石，振動器上拔形成樁體，最終使碎石樁體與原狀土體形成復(fù)合地基。碎石樁通過振沖“擠密”來提高土體密實(shí)度；選用篩選后的碎石成樁能改善土體排水能力以達(dá)到抗震效果；復(fù)合地基和樁與樁間的約束使得地基剛度增大，地基的承載力得以提高，地基差異沉降量降低。然而，由于碎石樁成孔依賴于高壓水的沖排，即采用碎石置換同體積土體，只在振動器振動時才能起到效果，而振動器長度較小，橫向振動范圍小，因此擠密效果不強(qiáng)，土體承載力和密實(shí)度不能得到有效提高，因此減少沉降量的能力被大大削弱。

3.1 適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)

（1）適用范圍。軟弱地基的加固；堤壩邊的坡加固；消除可液化土液化性；消除濕陷性黃土濕陷性。

（2）優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：振沖法適用于處理砂土、粉土、粘性土、填土以及軟土，但對不排水抗剪強(qiáng)度小于20 kPa的軟土使用要慎重；缺點(diǎn)：不加填料僅適用于處理粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基，在粘性土中施工排放的污水、污泥量大。

本場地地質(zhì)條件適宜，符合碎石樁法使用的場地要求，排污設(shè)施良好，可以滿足碎石樁法在場地中的排污要求。所以無論從哪個方面來考慮，都很適合使用振沖碎石樁法。

3.2 振沖碎石樁設(shè)計施工

（1）設(shè)計。該工程采用振沖碎石樁復(fù)合地基，碎石樁估算參數(shù)為：樁徑1.0 m，樁間距2.5 m，碎石粒徑為在（20～150）mm之間，處理深度至標(biāo)高1 100.0 m處左右，處理后的復(fù)合地基承載力特征值180 kPa。碎石樁施工后，應(yīng)將基底松散層挖除或壓實(shí)，然后在樁頂部鋪厚碎石墊層，對之實(shí)行機(jī)械壓實(shí)。

（2）施工。在正式打樁前，對成樁工藝和擠密進(jìn)行試驗，確定成樁參數(shù)。采用75 kW振沖器 ，成孔水壓為200多kPa，對硬土層可調(diào)節(jié)水壓至500多kPa。成樁時將適當(dāng)降低水壓。制樁時應(yīng)根據(jù)試樁密實(shí)電流控制密實(shí)電流，留振時間為（30～60）s。

4 碎石樁加固效果

4.1 振沖碎石樁參數(shù)的選取要求

用正三角形方式處理碎石樁；碎石樁處理范圍在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大布置幾排樁；液化地基外擴(kuò)最小為液化深度的1/2，且不小于5 m；樁距應(yīng)根據(jù)試驗和設(shè)備功率確定；樁長要求滿足變形要求和滿足不小于最危險滑動面以下并穿過液化層；應(yīng)選擇承載力較高的土層作為樁端持力層；采用碎石作樁體材料，含泥量最大為5%。

4.2 加固效果要求

碎石樁承載力可根據(jù)以下公式計算確定：

fspk——振沖樁復(fù)合地板基承載力特征值；

fak——處理后樁間土承載力特征值；

m——樁土面積置換率；

n——樁土應(yīng)力比，可取2～4，原土強(qiáng)度低取大值，強(qiáng)度高區(qū)小值；

d——樁身平均直徑；

de——根莊分擔(dān)的處理基地面積的等效圓直徑；

根據(jù)工程實(shí)例和樁機(jī)參數(shù)，當(dāng)采用75 kW振沖器時，樁徑為（0.9～1.5）m，本工程按樁徑1.0 m驗算樁徑和樁間距：經(jīng)驗算，當(dāng)樁徑為1.0 m、樁間距為2.5 m時，fspk＝180 kPa；根據(jù)結(jié)合液化深度、較好持力層深度和最危險滑動面深度確定樁長為7 m：樁端標(biāo)高1 110 m；樁體材料采用碎石，單樁碎石用量估算：Q0.5=3.14×0.52×7.0 m×1.2=6.594 m3；粒徑要求：粒徑（20～150）mm碎石料；設(shè)備密實(shí)電流建議最小為90 A。

4.3 沉降觀測

將地基土強(qiáng)度進(jìn)行一定恢復(fù)后，用靜力觸探對樁間土進(jìn)行測試，檢測深度10 m，檢測點(diǎn)隨機(jī)均勻分布。根據(jù)檢測結(jié)果，地基加固后粉質(zhì)粘土層qc值有較大提高，說明擠密砂石樁對中密狀砂質(zhì)粉土有好的加固效果。施工過程中，通過砂石樁振動將土體擠密和排水固結(jié)，可降低粉砂土層的含水量，降低孔隙比、增大壓縮模量，顯著增大土體密實(shí)性，使得土體固結(jié)速度加快，可迅速排水固結(jié)，繼而增強(qiáng)抗液化能力。

經(jīng)過對處理后的地基進(jìn)行沉降觀測，竣工驗收時的最大沉降量為37 mm，最小沉降量為25 mm，平均沉降量為31 mm。由此可知沉降量及沉降差均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié) 論

振沖法加固軟體地基適用性廣，尤其適用于組成性質(zhì)不同的多層軟弱地基。軟土地基經(jīng)振沖處理后可加快固結(jié)，減少沉降，提高強(qiáng)度指標(biāo)、抗震性能。振沖法施工速度快，質(zhì)量容易控制，是一種有效、簡便、經(jīng)濟(jì)的地基加固方法。該水利工程通過振沖碎石樁加固后，碎石密實(shí)性和強(qiáng)度增大，排水墊層作用效果增強(qiáng)，樁間土通過振動碎石樁擠密后使得孔隙比減少和孔隙水被擠出，土粒結(jié)構(gòu)從疏散漸漸密實(shí)，使得復(fù)合地基承載力達(dá)到要求，增強(qiáng)了抗震性能。

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