預(yù)制樁樁基施工對(duì)樁周粉土及砂土密實(shí)度的影響分析

王振紅,劉瑞民,陳 美,張 琳

(浙江華東建設(shè)工程有限公司,浙江 杭州 310014)

預(yù)制樁樁基施工對(duì)樁周粉土及砂土密實(shí)度的影響分析

王振紅,劉瑞民,陳 美,張 琳

(浙江華東建設(shè)工程有限公司,浙江 杭州 310014)

粉土、砂土是工程建設(shè)中常見(jiàn)的兩種土類,其密實(shí)度和液化特征對(duì)工程建設(shè)影響十分明顯。預(yù)制樁基施工對(duì)土層會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響,特別是在粉土、砂土地層中,預(yù)制樁樁基施工前后粉土、砂土密實(shí)度和液化特征均會(huì)存在明顯的變化。通過(guò)對(duì)樁基施工前后粉土、砂土密實(shí)度和液化趨勢(shì)進(jìn)行分析,得出樁基施工前后粉土、砂土密實(shí)度的變化和液化特征的不同,可供工程建設(shè)參考。

樁基施工；液化；密實(shí)度；對(duì)比分析

粉土、砂土是工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的兩種土類,其密實(shí)度對(duì)工程建設(shè)影響十分顯著。在抗震設(shè)防烈度大于6度的區(qū)域,粉土、砂土的液化特征對(duì)建(構(gòu))筑物運(yùn)營(yíng)等存在不利影響。對(duì)于一些重要的建筑,常采用樁基礎(chǔ)來(lái)滿足荷載要求及降低液化影響。對(duì)于預(yù)制樁單樁基礎(chǔ),樁基施工前后對(duì)場(chǎng)地粉土、砂土密實(shí)度的影響范圍較小,不存在明顯的變化。但當(dāng)采用群樁基礎(chǔ)時(shí),由于樁基大面積的施工,對(duì)場(chǎng)區(qū)粉土、砂土的密實(shí)度及液化特征影響會(huì)十分明顯,往往會(huì)改變粉土、砂土的工程特性；反之,粉土、砂土的工程特性的改變也會(huì)影響樁的承載力大小,特別是對(duì)風(fēng)機(jī)的水平承載力影響更為明顯[1]。此外,不同樁數(shù)的群樁基礎(chǔ)對(duì)粉土、砂土的密實(shí)度及液化特征影響也存在不同?；谶@些問(wèn)題,分析群樁樁基施工對(duì)粉土、砂土密實(shí)度及液化特征的影響,找出樁基施工前后土層的性質(zhì)變化,對(duì)降低工程建設(shè)成本、提高建(構(gòu))筑物的安全性具有重要的實(shí)際意義[2-3]。

1 工程概況

江蘇某沿海風(fēng)電場(chǎng)位于東臺(tái)市境內(nèi),風(fēng)電場(chǎng)距離海岸線約6 km,屬南黃海潮間帶灘涂地貌單元,地勢(shì)平坦。根據(jù)工程區(qū)完成的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告,工程場(chǎng)區(qū)50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g,相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度。參考已完成風(fēng)電場(chǎng)勘察報(bào)告,勘探深度內(nèi)均為第四系沉積物,上部①～③層為第四系全新統(tǒng)(Q4)沖海相粉土、粉砂,下部為晚更新世(Q3)陸相、濱海相沉積物。埋深20 m以內(nèi)主要地層如下：①層稍密狀粉土；②-1層稍密狀粉土,含少量粉砂；②-2層稍密—中密狀粉土；③-1層中密狀粉土夾粉砂；③-2層中密—密實(shí)狀粉砂；③-夾1層中密局部稍密狀粉土夾粉砂；③-夾2層流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；④-1層可塑狀粉質(zhì)黏土。對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)4臺(tái)有代表性的風(fēng)機(jī)進(jìn)行樁基施工前后埋深20 m以內(nèi)的粉土、砂土密實(shí)度進(jìn)行對(duì)比分析,判定風(fēng)機(jī)樁基施工后地基土的擠密效果,并分析樁基施工對(duì)粉土、砂土液化的影響。

2 樁基施工前后土層密實(shí)度的變化

分別對(duì)樁基施工前和樁基施工后各層土的標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),見(jiàn)表1。

表1 樁基施工前后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表

從表1可以看出,各層土樁基施工前后除表層①層粉土標(biāo)貫擊數(shù)變化較小外,其余各層土標(biāo)貫擊數(shù)增大明顯,平均值增大一般均在10擊以上。樁基施工后對(duì)場(chǎng)地周圍土體密實(shí)度影響較大。①層粉土位于表層,在打樁過(guò)程中,粉土在樁體擠壓下除進(jìn)行水平位移外,由于上部無(wú)覆蓋層擠壓,土體會(huì)向上隆起,在樁基震動(dòng)擠密及向上隆起雙重因素影響下,樁基施工前后標(biāo)貫擊數(shù)變化不大。而②-1層粉土、②-2層粉土、③-1層粉土夾粉砂、③-2層粉砂、③-夾1層粉土夾粉砂在樁基施工時(shí),水平和垂直向均有土體擠壓,位移變化會(huì)較小,土體擠密明顯,因此,標(biāo)貫擊數(shù)會(huì)明顯增大。

3 樁基施工前后場(chǎng)地液化對(duì)比分析

在厚液化土層中建有的樁基,對(duì)砂土物理力學(xué)性質(zhì)的改善有明顯的促進(jìn)作用；它可使砂土擠密,有效應(yīng)力增加,孔隙比、滲透性減小等。這勢(shì)必會(huì)影響砂土液化性狀的改變[4]。

本場(chǎng)區(qū)20 m深度范圍內(nèi),分布有飽和的粉砂、粉土(①、②-1、②-2、③-1、③-2、③-夾1層),其黏粒含量(粒徑<0.005 mm)小于10%。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》的規(guī)定,屬液化判別范圍,需采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法作進(jìn)一步判別。實(shí)測(cè)標(biāo)貫錘擊數(shù)N小于或等于標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值Ncr時(shí),判為液化土,并進(jìn)一步計(jì)算液化指數(shù)IlE,判定液化等級(jí)；實(shí)測(cè)標(biāo)貫錘擊數(shù)N大于標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值Ncr時(shí),判為非液化土[5]。標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值和液化指數(shù)計(jì)算公式詳見(jiàn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》,計(jì)算時(shí)取N0=10,β=0.80。

由表2可知,樁基施工前場(chǎng)地存在輕微液化,液化土層主要為①層粉土、②-1層粉土、③-1層粉土夾粉砂及③-夾1層粉土夾粉砂,液化指數(shù)范圍0.65～5.12；樁基施工后,場(chǎng)地內(nèi)地基土均為非液化土。

表2 樁基施工前后液化情況統(tǒng)計(jì)表

因此可以判定本次樁基施工后樁周土擠密效果明顯,場(chǎng)地液化等級(jí)由輕微變?yōu)椴灰夯?/p>

4 樁型對(duì)土層密實(shí)度的影響分析

本風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)根據(jù)不同的地質(zhì)條件情況,采用了4種布樁型式,見(jiàn)表3。樁基布置分外圈、中圈、內(nèi)圈三層,外圈樁中心距離風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中心點(diǎn)間距為17.8 m,中圈樁中心距離風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中心點(diǎn)間距為13.6 m,內(nèi)圈中心距離風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中心點(diǎn)間距為4.15 m,各圈樁按等間距布置。

表3 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)4種布樁型式

4臺(tái)風(fēng)機(jī)中,2#風(fēng)機(jī)采用布樁型式1,18#風(fēng)機(jī)采用布樁型式2,9#風(fēng)機(jī)采用布樁型式3,4#風(fēng)機(jī)采用布樁型式4。4臺(tái)風(fēng)機(jī)樁基施工前后標(biāo)貫變化情況見(jiàn)表4。

表4 2#風(fēng)機(jī)樁基施工前后標(biāo)貫增大比例統(tǒng)計(jì)表

從表4中可知,18#風(fēng)機(jī)(布樁型式2)在樁基施工前后標(biāo)貫增大比例較大,各層土的標(biāo)貫擊數(shù)在樁基施工后相比樁基施工前增大了0.81倍以上,平均值增大了1.35～3.38倍。其次為4#風(fēng)機(jī)(布樁型式4),標(biāo)貫擊數(shù)平均值在樁基施工后相比樁基施工前的平均值增大了0.78～1.41倍。2#風(fēng)機(jī)(布樁型式1)變化最小,標(biāo)貫擊數(shù)平均值在樁基施工后相比施工前增大了0.52～1.24倍。由此可以得出,當(dāng)風(fēng)機(jī)周圍布樁數(shù)逐漸增多時(shí),其樁基施工前后標(biāo)貫擊數(shù)增大比例也逐漸增加,但當(dāng)樁基數(shù)量增加到一定程度時(shí),標(biāo)貫擊數(shù)變化不明顯,甚至?xí)霈F(xiàn)標(biāo)貫擊數(shù)變化降低的情況。分析原因,在土體中打入一定數(shù)量的樁時(shí),樁周土體已趨近于密實(shí),當(dāng)在土體中繼續(xù)打入預(yù)制樁時(shí),樁會(huì)對(duì)密實(shí)的土體造成再次擾動(dòng),使土體密實(shí)性變差,標(biāo)貫擊數(shù)降低。

5 結(jié) 語(yǔ)

從以上分析可得出如下結(jié)論。

1)樁基施工后對(duì)場(chǎng)地粉土、砂土密實(shí)度及液化影響較大。

2)在樁基施工前后,除①層粉土標(biāo)貫擊數(shù)變化不大外,其余各層土標(biāo)貫擊數(shù)增大明顯,平均值增大一般均在10擊以上。

3)樁基施工前各臺(tái)風(fēng)機(jī)場(chǎng)地內(nèi)均存在輕微液化,樁基施工后場(chǎng)地內(nèi)粉砂土均為不液化土。

4)不同的布樁型式對(duì)場(chǎng)地的粉土、砂土的標(biāo)貫擊數(shù)影響不同。當(dāng)風(fēng)機(jī)周圍布樁數(shù)逐漸增多時(shí),其樁基施工前后標(biāo)貫擊數(shù)增大比例也逐漸增加,但當(dāng)樁基數(shù)量增加到一定程度時(shí),標(biāo)貫擊數(shù)變化不明顯,甚至?xí)霈F(xiàn)標(biāo)貫擊數(shù)變化降低的情況。

[1] 王建華,馮士倫.液化土層中樁基水平承載特性分析[J].巖土力學(xué),2005,26(10)：1597- 1601.

[2] 柳劍鋒.靜壓預(yù)制樁在粉土、砂土地區(qū)擠密效應(yīng)的探討[J].西部探礦工程,2012(10)：12- 13.

[3] 劉佳東,成建強(qiáng),曹勝敏.預(yù)制樁在砂土地區(qū)的擠密效應(yīng)的分析[J].港工技術(shù),2014,51(1)：49- 51.

[4] 韓立華,劉松玉.擠土樁對(duì)土層液化影響研究[J].工程抗震與加固改造,2005,27(1)：66- 69.

[5] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

Analysis on the Influence of the Precast Pile Foundation Construction to the Compactness of Silt and Sand around the Pile

WANGZhenhong,LIURuimin,CHENMei,ZHANGLin

2016- 10- 20

王振紅(1985— ),男,安徽阜陽(yáng)人,工程師,從事巖土工程勘察工作和工程地質(zhì)研究工作。

TU473.1+3

B

1008- 3707(2017)04- 0013- 03