錘擊沉管夯擴(kuò)砂石樁在砂土地基防液化加固處理中的應(yīng)用

陳相彪，劉 偉

（1.河北省保定市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河北 保定 071000；2.河北省保定市江河水利咨詢監(jiān)理有限公司,河北 保定 071000）

0 引言

砂土液化是飽和的粉、細(xì)砂土在振動(dòng)作用下因孔隙水壓力上升，其抗剪強(qiáng)度喪失，突然破壞而呈現(xiàn)液態(tài)的現(xiàn)象。從已發(fā)生的唐山大地震、大阪地震、舊金山地震等近代災(zāi)害性地震來(lái)看，砂土液化給人類帶來(lái)了巨大的損失，因此現(xiàn)在越來(lái)越重視砂土的液化問(wèn)題[1]。砂土液化造成高大建筑物傾斜，局部或整體下沉，后果極為嚴(yán)重。根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)表明，影響砂土液化最主要的因素為；土顆粒粒徑、砂土密度，上覆土層厚度、地面震動(dòng)強(qiáng)度和地面震動(dòng)的持續(xù)時(shí)間及地下水的埋藏深度[2]。目前，一般采用直接或間接測(cè)試砂土的密度的辦法來(lái)判定砂土發(fā)生液化的可能性。工程中多采用加密法措施，如振沖、振動(dòng)加密、擠密碎石樁、強(qiáng)夯等，來(lái)增加砂土密實(shí)度以防止砂土液化的發(fā)生。

本文基于河北省保定市北部某穿南拒馬河倒虹吸項(xiàng)目，對(duì)液化等級(jí)中等-嚴(yán)重的地基土采用錘擊沉管夯擴(kuò)砂石樁法進(jìn)行了地基處理，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)方法對(duì)處理后的地基土進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明，液化性明顯減弱，滿足設(shè)計(jì)要求，研究成果可為其他類似工程設(shè)計(jì)、施工等提供有益的參考經(jīng)驗(yàn)。

1 工程地質(zhì)特征

河北省保定市北部某穿南拒馬河倒虹吸工程區(qū)地貌單元為太行山東麓山前沖洪積平原。穿越處河道寬約350 m，由于采砂河床及灘地原地貌改變較大，地形復(fù)雜，河床低于兩岸5 m～9 m，兩岸邊坡陡峭。場(chǎng)地內(nèi)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積和沖積成因類型的粉細(xì)砂、卵石層。

①粉細(xì)砂：主要分布于河灘地，厚度6 m～10 m，河床表層亦有分布，厚度一般小于2 m，修正后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為9.7；

②卵石：位于砂層下部，厚度大于18 m，中密～密實(shí)，修正后動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為22.1。

勘探深度內(nèi)地下水的類型為潛水，主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給。南拒馬河為季節(jié)性行洪河道，年內(nèi)大部分時(shí)間河床干枯?？睖y(cè)期間，河道地下水位埋深約10.5 m，高程16.37 m～19.09 m，高于設(shè)計(jì)管底0.5 m～3.0 m。

場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度0.15 g，相應(yīng)地震烈度為7度，該場(chǎng)地為液化場(chǎng)地，液化等級(jí)為中等-嚴(yán)重。場(chǎng)地土類型為中硬土，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，該場(chǎng)地為抗震不利地段。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008），經(jīng)地震砂土液化的初步判別、復(fù)判和鉆孔液化指數(shù)計(jì)算，場(chǎng)地內(nèi)具液化性的地基土層為粉細(xì)砂層[3～4]。據(jù)復(fù)判結(jié)果（表1），拒馬河及兩岸樁號(hào)13＋899～17＋639段附近砂土大部分存在液化的可能性。其中鉆孔LGZK28～30（主要位于倒虹吸穿越段）液化指數(shù)分別為33.03、36.47、30.52，液化等級(jí)均為嚴(yán)重。

表1 地基土地震液化復(fù)判成果

2 錘擊沉管夯擴(kuò)砂石樁設(shè)計(jì)與施工簡(jiǎn)介

2.1 錘擊沉管夯擴(kuò)砂石樁設(shè)計(jì)

參考地質(zhì)勘察資料，地基土液化處理總長(zhǎng)度為250 m，樁號(hào)為 15＋115～15＋245 和 15＋570～15＋690，深度穿透砂土層至卵石層界面。錘擊沉管夯擴(kuò)樁成樁孔徑不小于600 mm，孔中心間距2 m，等邊三角形布置[5]。樁體材料可用含泥量不大于5%的級(jí)配良好的砂卵石，最大粒徑不大于50 mm。樁布置見(jiàn)圖1～圖 2。

圖1 樁孔平面布置圖

圖2 樁孔平面布置圖

2.2 施工方案

錘擊沉管夯擴(kuò)樁施工機(jī)械采用重錘沖擊式夯擴(kuò)打樁機(jī)，錘重3.5 t，錘高4.5 m，導(dǎo)管長(zhǎng)度8 m，導(dǎo)管直徑 426 mm，夯擴(kuò)機(jī)最大落錘高度12 m，最小落錘高度3 m。施工順序簡(jiǎn)述如下：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)樁位布置圖確定樁孔位置，接著調(diào)平機(jī)架檢查導(dǎo)管的垂直度，將樁機(jī)移至布置孔位，使導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)孔心，將重錘做自由落體錘擊土體，形成樁孔，成孔深度至設(shè)計(jì)樁底以上1.0 m～1.5 m。

（2）將重錘提出樁孔，通過(guò)導(dǎo)管填料口將砂石料填入樁孔，每次填料0.5 m3～1.5 m3。當(dāng)樁孔填滿砂石料后，將導(dǎo)管緩慢提出樁孔，導(dǎo)管上提速度1 m/min～2 m/min。

（3）用重錘夯擊樁孔中的砂石料，當(dāng)重錘夯擊3～5擊后，開(kāi)始人工向樁孔內(nèi)填砂石料，當(dāng)再次填滿后，繼續(xù)夯擊。

（4）此后，一邊是重錘在樁孔頂面夯擊，一邊向樁孔中填料，重錘夯擊5～8擊后，樁孔內(nèi)夯填的砂石料接近設(shè)計(jì)地表，至此完成了1根夯擴(kuò)砂石樁。

（5）現(xiàn)場(chǎng)依次順序由兩側(cè)向中間施工，重復(fù)上述步驟，直至完成全部夯擴(kuò)樁。

3 地基處理效果檢測(cè)

3.1 樁間土檢測(cè)

對(duì)處理后的地基采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，樁間土質(zhì)量的檢測(cè)位置位于等邊三角形中心，檢驗(yàn)深度不小于地基處理深度，檢測(cè)數(shù)量不少于總樁孔數(shù)的3%[5～6]。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)判定液化情況，粘粒含量則通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)篩析法確定。液化判別依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）P.0.4條，符合N

標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)校正擊數(shù)計(jì)算公式[2]：

液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值計(jì)算公式[2]：

每個(gè)液化點(diǎn)液化指數(shù)計(jì)算公式為[3]：

第一遍打樁后，布置樁間土液化判別檢測(cè)孔20個(gè)，其中12個(gè)檢測(cè)孔存在液化情況，液化指數(shù)為2.23～5.10，綜合判定為，樁間土部分區(qū)域還存在輕微液化，典型存在液化情況的檢測(cè)孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)液化判別成果見(jiàn)2。

表2 第一遍打樁后典型存在液化情況的檢測(cè)孔標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)液化判別成果

3.2 樁體材料檢測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁體材料選用含泥量不大于5%的級(jí)配良好的砂礫石，最大粒徑不大于50 mm。由于場(chǎng)地附近河道內(nèi)砂卵石埋藏淺，儲(chǔ)量豐富，可就地取材。對(duì)填料的檢測(cè)是采用現(xiàn)場(chǎng)取樣，室內(nèi)土工試驗(yàn)的方法。經(jīng)檢測(cè)施工所用的填料為天然沉積的砂卵石，人工篩除粒徑大于50 mm的大顆粒，剩余填料粒徑大于2 mm的顆粒占總重的68%以上，其中以20 mm～40 mm粒徑相對(duì)較多，占總重的55%以上。砂卵石填料較為純凈，不含耕土、淤泥質(zhì)土、雜物及有機(jī)質(zhì)等，其粘粒含量可忽略不計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)工程實(shí)例檢驗(yàn)，錘擊沉管夯擴(kuò)砂石樁兼有振動(dòng)、擠密、置換、夯實(shí)等多種加固效果，處理地基土液化效果明顯。

（2）錘擊沉管夯擴(kuò)砂石樁處理地基土液化具有一定的優(yōu)勢(shì)，樁體材料可就地取材，不受地下水腐蝕性限制，施工進(jìn)度快，成本低，質(zhì)量易控制。

（3）本工程設(shè)計(jì)主要消除地基土液化，對(duì)地基承載力要求低，文中未涉及對(duì)施工后的復(fù)合地基承載力效果的檢測(cè)，類似工程可進(jìn)行進(jìn)一步研究。