二元樁復合地基在處理粉土液化地基中應用

謝慶紅 于小娟

(中海油山東化學工程有限責任公司，山東濟南 250101)

在地震、動力荷載等作用下飽和粉土、砂土容易發(fā)生地基液化現(xiàn)象，引起地面噴水冒砂、地基軟化、承載力下降、基礎沉陷，從而造成建筑物下陷或倒塌。GB 50011-2010建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定，地面下存在飽和砂土和飽和粉土時，除6度外，應進行液化判別。存在液化土層的地基，應根據建筑的抗震設防類別、地基的液化等級，結合具體情況采取相應的措施［1］，液化土層經處理后方可作為地基持力層。處理液化地基土問題是工程設計中經常遇到的問題。

1 工程概況

山西省清徐縣某化工項目，含5項主裝置，5項公用工程裝置，2個倉庫及外管架。其中7項裝置為乙類抗震設防，5項為丙類抗震設防。主裝置和公用工程裝置為框架結構，8度抗震設防，基本地震加速度為0.20g，設計地震分組為第一組。

根據詳勘資料，場地地基土上部為粉土，下部為粉質粘土，自上而下可劃分為8層，土層力學性狀如表1所示。實測潛水位埋深為地表下0.70 m～1.00 m，工程范圍內影響水位變化的主要因素為垂直入滲，地下水位季節(jié)性變化幅度約1.00 m。

表1 場地各土層力學性狀表

根據GB 50011-2010建筑抗震設計規(guī)范計算液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值和液化指數(shù)，該場地液化等級為中等～嚴重，液化土層為第①，②，③層粉土，液化深度約為地面以下15 m。本工程基礎埋深為地面以下1.50 m～2.50 m，持力層為第①層，天然地基承載力特征值為80 kPa，為可液化土層，不能滿足設計要求。該工程不能采用天然地基，對丙類抗震設防裝置應全部或部分消除液化，對乙類抗震設防裝置應全部消除液化。

2 CFG樁+碎石樁復合地基設計

2.1 液化地基處理方案

地下水位較高的砂土、粉土更容易發(fā)生地基土液化，處理地基土液化常用方法有:1)強夯法:通過強夯改善土性，適用于處理液化土層較薄地基。2)換填法:將液化土層全部挖除，換填其他非液化材料來消除地基土的液化，適用于液化土層較淺地基。3)砂石樁:通過擠密、加強豎向排水能力來提高地基的抗液化能力，適用于液化土層深度中等，地基承載力較低的地基處理。4)復合地基:采用CFG等強度較高的樁體與原地基形成承載力較高的復合地基來處理地基土液化問題，適用于液化深度較深、地基承載力不足的地基。5)深基礎法:基礎穿透液化土層，基底埋入液化深度以下穩(wěn)定土層中。在設計過程中，要依據實際工程具體情況采用合理的抗液化措施。

2.2 設計方案確定

以項目主裝置為例，由于本工程液化土層約為15 m，強夯法、換填法只適用于處理液化土層較淺的地基，不適用本工程要求。鑒于化工裝置的特點，地面設備基礎較多，且緊鄰廠房有外管架，如果采用樁基礎，地面設備基礎及外管架均應另行單獨處理，施工混雜，加之主裝置上部結構荷載不是特別大，采用灌注樁不是最佳選擇。根據工程具體情況，綜合考慮費用及施工兩方面原因，本工程主裝置采用碎石樁+CFG樁二元復合地基來處理場地地基土液化問題。采用碎石樁通過對地基的擠密、排水等作用來消除地基土液化，但其復合承載力不能滿足要求，在碎石樁中間再布置CFG樁，來進一步提高地基承載力。

2.3 設計成果

主裝置基礎為獨立基礎，根據上部結構荷載及柱下獨立基礎尺寸按GB 50007-2011建筑地基基礎設計規(guī)范［2］來設計、計算碎石樁和CFG樁的樁徑、樁長、樁間距。采用正方形布置的直徑為500 mm，樁長為15 m，樁間距為1 500 mm的碎石樁，全部消除地基土液化;在獨立基礎區(qū)域的碎石樁中間布置長度為18 m的CFG樁(樁體強度6.5 MPa)，形成碎石樁+CFG樁二元復合地基，如圖1所示。按JGJ 79-2012建筑地基處理規(guī)范［3］計算單樁承載力特征值為425 kN，復合地基承載力為250 kPa，能滿足工程要求。

3 CFG樁+碎石樁處理粉土液化地基效果

3.1 復合地基承載力

對二元樁試樁進行復合地基承載力靜載試驗，試驗結果見表2。荷載試驗結果表明3個試驗點的沉降量比較小，P—S曲線比較平緩，無明顯陡降段，復合地基承載力能滿足設計要求。

表2 二元樁復合地基承載力靜載試驗結果匯總表

圖1 碎石樁+CFG樁復合地基平面布置圖（局部）

3.2 消除液化效果

對施工完的碎石樁+CFG樁復合地基進行標準貫入試驗，標準貫入錘擊數(shù)值均大于按照GB 50011-2010建筑抗震設計規(guī)范計算的液化判別標準貫人錘擊數(shù)臨界值，該場地范圍內地基土液化已經完全消除，處理效果良好。

3.3 綜合效益分析

以一個主裝置為例，如采用鉆孔灌注樁，第①，②，③層粉土的液化折減系數(shù)為0，選用直徑1 000 mm鉆孔灌注樁，設計樁長為40 m，單樁承載力特征值2 000 kN，樁數(shù)量210根，廠房樁基費用大約630萬元，還沒有考慮設備基礎及廠房附近外管架的地基處理。如果采用碎石樁+CFG樁二元復合地基，碎石樁數(shù)量為2 100根，CFG樁為630根，總造價約535萬元，經濟效果明顯。采用碎石樁處理液化地基時，要求在基礎邊緣以外的處理寬度，應超過基礎底面下處理深度的1/2且不小于基礎寬度的1/5。碎石樁實際處理范圍已經達到廠房軸線外側8 m～9 m，這個范圍已經在廠房外管架區(qū)域內，所以也同時處理了部分外管架基礎和設備基礎，這樣，外管架地基處理僅補充3排～4排碎石樁即可滿足要求，設備基礎、外管架的地基處理費用也大大降低。

4 結語

工程實踐證明，CFG樁+碎石樁二元復合地基利用碎石樁消除地基土液化，利用CFG樁進一步提高地基承載力，適用于該化工廠廠區(qū)對消除地基土液化和對地基承載力差異化需求的要求，是處理液化土層較厚地基的有效方法，它造價低，施工工藝簡單，在實際應用中具有明顯的綜合效益，可作為相關工程項目參考。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規(guī)范［S］.

［2］GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.

［3］JGJ 79-2012，建筑地基處理規(guī)范［S］.