預制樁的加密作用對消除粉土液化的應用分析

張國堂 郝敬賓 胡德省

(江蘇省第二地質工程勘察院，江蘇 徐州 221004)

預制樁的加密作用對消除粉土液化的應用分析

張國堂 郝敬賓 胡德省

(江蘇省第二地質工程勘察院，江蘇 徐州 221004)

基于預制樁的加密效應機理，結合具體工程實例，通過預制樁施工前后靜力觸探試驗和標準貫入試驗的對比分析，研究了打入式預制樁的加密作用，結果表明預制樁施工后有效改善了粉土的物理力學性能，減小了土層液化。

預制樁，對比試驗，加密作用，土層液化

0 引言

預制樁基礎在高層建筑、橋梁及港口等建設中已被廣泛的應用，已經成為基礎工程中一種重要的形式。在粉土(砂土)地區，預制樁施工后，因粉土的加密效應會使樁體周圍的土體受到強烈的擠壓，使得一定深度的土體變密實。對于粉土、砂土地層，打入式預制樁及其他擠土樁，在一定樁距及樁數的前提下，應考慮打樁對其加密作用及樁身對液化土變形限制的有利影響[1]。

1 加密效應機理

當樁打入土中時，樁的沉入使周圍土體向外擠出，其體積被樁充填。樁身和樁端周圍一定范圍內的土會發生不同程度的擾動和重塑。樁間土受排土打入樁擠壓后向壓力較小的方向移動。上覆壓力較小的淺層土向上隆起，其體積增大，應力釋放比原狀土更為松散，因而其樁周摩阻力較小。隨著深度的增加，上覆土壓力也越來越大，最后足以抵御擠壓產生的上頂力，其樁周摩阻力也相應增大。在樁端發生的土體移動是以樁端為中心的球形徑向移動[2]。由于樁的打入，土體受到急速的擠壓，在樁周圍產生很高的超孔隙壓力[3]。

據分析研究[2]，打樁過程中樁周圍土體自樁周向外依次形成四個區域(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ區)。Ⅰ區緊靠樁身，受到擠壓力最大，形成極高的超孔隙水壓力使得土體產生許多水平或豎向裂縫，同時土骨架受到激烈的擠壓，土體結構完全破壞。隨著休止時間的增長，土體發生固結，超孔隙壓力逐漸消散，Ⅰ區土體的抗剪強度逐漸恢復，達到甚至超過其原來的強度。Ⅱ區在Ⅰ區的外面，受沉樁擠壓的影響嚴重，土體發生較大的位移和塑性變形及較高的超孔隙壓力。Ⅲ區土體的壓縮變形是彈性的，超孔隙壓力較小甚至可忽略不計；Ⅳ區為非擾動區，屬原狀土。

2 工程實例

2.1 場地工程地質條件

擬建住宅樓高33層，下設2層地下室，采用框架剪力墻結構、樁筏基礎，樁基型式采用PHC- 600型預應力混凝土管樁，樁間距2.4 m，共設計119根樁，采用錘擊式沉樁(見圖1)。

根據勘察報告，場地位于抗震設防烈度為7度區，設計基本地震加速度值0.10g，設計地震分組為第二組。場地內④層粉土為中密，平均厚度5.5 m，屬液化土層，場地液化指數9.74～25.58，平均15.2，地基液化等級為中等。

2.2 預制樁施工前后對比

本次樁間土的檢測采用雙橋靜力觸探和標準貫入試驗兩種方法。本次檢測布置雙橋靜力觸探孔7個，鉆探孔16個，在④層粉土中進行標貫試驗58次。預制樁施工前后靜力觸探試驗和標貫試驗對比結果詳見表1和表2。

表1 預制樁施工前后靜力觸探試驗錐尖對比結果表

表2 預制樁施工前后標貫擊數對比結果表

2.3 預制樁加密效應分析

通過打樁前后靜力觸探試驗錐尖阻力對比結果，施工后qc平均值增加55%，qc標準值增加46.3%，增加幅度較大，且土層較差時(qc最小值)增加幅度較大。根據標貫擊數對比試驗結果表明，施工后N平均值增加152.7%，N標準值增加149.3%，增加幅度較大。

通過上述對比試驗結果表明，當打入式預制樁樁距為2.5倍～4倍樁徑且樁數不少于5×5時，預制樁對樁周土有加密作用，且對松散的粉土加密效果較好。

2.4 預制樁基礎對消除液化的影響分析

預制樁施工后采用靜力觸探試驗和標準貫入試驗兩種手段對④層粉土重新進行液化判別，具體分析結果如下。

2.4.1 靜力觸探試驗

通過對比打樁前、后靜力觸探曲線的變化可分析出，預制樁的施工對④層粉土層的擠密作用，使得打樁前后錐尖和側摩阻力變化。

根據靜力觸探試驗對④層飽和粉土進行液化判別[4]，判別結果詳見表3。

表3 靜力觸探液化判別成果表

2.4.2 標準貫入試驗

采用標準貫入試驗按現行規范對④層粉土進行液化判別，經計算，除Z33號孔個別點液化外，其余鉆孔均不液化(代表性鉆孔液化判別成果見表4)。

表4 代表性鉆孔液化判別成果表

從表4中可以看出，擬建住宅樓采用打入式預制樁基礎對周圍土體產生加密作用，使得靜力觸探的錐尖阻力和標貫擊數都有明顯的增加，加密效果非常明顯。通過打樁后液化判別結果，該辦公樓基礎范圍內④層粉土受加密作用的影響，液化基本消除。

3 結語

在粉土地區，打入式預制樁沉樁后對土體具有加密效應，通過雙橋靜力觸探試驗和標準貫入試驗進行對比分析，說明加密效應非常明顯，有效的改善了粉土的物理力學性能，基本消除了粉土的液化。

由于預制樁的加密作用范圍有限，因此，布樁時除考慮經濟因素外，尚應結合地層條件選擇合適的樁間距，且保證有不少于5×5排的樁數，設計時可考慮預制樁的加密作用及樁身對液化土變形限制的有利影響。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[2] 劉佳東，成建強，曹勝敏.預制樁在砂土地區的擠密效應的分析[J].港工技術,2014,51(1)：67- 68.

[3] 王育興，孫 鈞.打樁施工隊周圍土性及孔隙水壓力的影響[J].巖石力學與工程學報，2004，23(1):154.

[4] 常士驃，張蘇民.工程地質手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社，2007:598.

On consolidation effect of precast piles on eradicating silt liquefaction

Zhang Guotang Hao Jingbin Hu Dexing

(JiangsuNo.2GeologicalEngineeringSurveyInstitute,Xuzhou221004,China)

Based on the consolidation effect mechanism for the precast pile, the paper undertakes the comparative analysis of static penetration test and standard penetration test before and after the precast pile, researches the consolidation effect of driven precast pile, and proves by the result that the precast pile construction can improve the physical dynamic performance of silt and reduces the soil layer liquefaction.

precast pile, comparative test, consolidation effect, soil layer liquefaction

1009-6825(2015)07- 0058- 02

2014-12-22

張國堂(1981- )，男，工程碩士，工程師； 郝敬賓(1979- )，男，工程師

TU473.13

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