PHC管樁對樁間土地層液化影響

楊慶義

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

山東西北部地區為黃河沖積平原，廣泛分布沖積形成的粉土、粘性土及砂土等，工程性質較差，在地震力作用下具有可液化的性質。對于大型重要工程常采用PHC管樁基礎。在液化土層中樁基抗震設計是十分復雜、重要的問題，會對工程的造價、工期產生重要影響。

根據現行的規范規定：［1］對于樁身周圍有液化土層的低承臺樁基，當承臺底面上下分別有厚度不小于1.5 m、1.0 m的非液化土或非軟弱土層時，可將液化土層極限側阻力乘以土層液化影響折減系數計算單樁極限承載力標準值。對于擠土樁當樁距不大于4d，且樁的排數不小于5排、總樁數不小于25根時，土層液化影響折減系數可提高一檔取值，樁間土標貫擊數達到不液化要求時，單樁承載力可不折減。規范中的規定也充分考慮了擠土樁對樁間土加密作用及樁身對液化土變形限制的有利影響。

本文通過分析擠土樁對樁間土影響機理及工程實例，為在液化土層中擠土樁設計提供合理的依據。

1 擠土樁對于樁間土液化影響的機理

影響粉土或砂土液化的主要因素分為內因和外因。內因主要條件為豐富的地下水、結構松散，土中排水條件差，超靜水壓力不易消散。外因主要條件為外力的振動作用。因此，分析擠土樁對于樁間土液化影響的因素主要是其改變土體的內在條件。［2］［3］

1.1 擠密效應

擠土樁打入土層后，使得土體沿樁身四周向外產生一定的水平位移，改變了原土體的結構，使得孔隙比減小，密實度增加，大大增加了土體的抗液化能力。

1.2 振密效應

土的液化特性除與其本身性質有關外，同時也與振動應力史有關。一定的振動能量可以使飽和液化土層中的土顆粒重新排列，使得土體孔隙體積減小，密實度增加，整體結構性得到加強，從而增加了土體的抗液化能力。

1.3 樁身側限效應

飽和砂土在受外力振動過程中產生的液化區是逐步擴展的。根據砂土本身性質的不同，其液化區擴展速度和液化深度也有所不同。一般情況下，液化區發展速度隨著土體初始滲透系數的減小而加快，隨著土體孔隙度的增加而加快。由于存在樁身的側限作用，抑制了液化區發展速度，同時降低了液化產生的危害。

2 工程實例

某電廠位于山東黃河沖積平原區，主廠房、煙囪、冷卻塔等主要建筑物采用PHC管樁基礎。

2.1 工程地質條件

（1）黏土：黃棕色，可塑狀態，濕～很濕，層厚0.30～2.50 m。

（2）粉土：灰褐色，黃褐色，稍密～中密，很濕，層厚0.70～3.50 m。

（3）黏土：黃棕色，黃褐色，可塑～軟塑狀態，很濕，層厚0.70～3.90 m。

（4）粉土：黃褐色，灰褐色，中密，很濕，層厚0.50～3.20 m。

（5）黏土：黃褐色，黃棕色，可塑狀態，局部軟塑，很濕，層厚0.15～2.80 m。

（6）粉土：黃褐色，中密，很濕，層厚0.60～4.80 m。

（7）粉細砂：黃褐色，灰褐色，灰黑色，密實狀態，局部為中密狀態，飽和，最大厚度為17.70 m。

（7）－1粉細砂：黃褐色，灰褐色，灰黑色，中密狀態，局部稍密，飽和。呈透鏡體分布于（7）粉細砂中，最大厚度為15.20 m。

（8）粉土：黃褐色，灰褐色，中密～密實，很濕，夾粘土及粉細砂層，混少量姜石。

廠址區場地近期年最高水位為0.50 m。

2.2 地震效應

廠址區地震動峰值加速度為 0.15 g（相應的地震基本烈度為 7度），根據勘察資料，（2）、（4）、（6）層粉土和（7）－1粉細砂在地震烈度達7度時，將產生地震液化，液化等級為輕微液化～中等液化。

2.3 樁基設計

本工程采用PHC－AB600型預應力管樁基礎，樁基持力層為（7）粉細砂，樁身進入持力層1.50 m，樁間距2.10 m，沉樁采用D80型錘振動錘擊。

3 處理效果分析

為查明樁基打入前后樁間土、樁周土工程性質的變化，在樁基施工完成28 d后在樁間土中布置19個鉆孔；并在樁基外邊緣布置6個鉆孔，距離最外排樁分別為1.50 m、3.00 m。

3.1 樁周土工程性質變化分析

根據標準貫入試驗實測指標的各層平均值、土工試驗指標平均值，分析樁基施工前后樁周土性質變化，見表1和表2。

通過表1和表2中數據的變化可以看出，樁基施工前后樁周土的物理力學性質有明顯的改變，粉土指標的加固效應比粘土更為顯著。說明擠土樁的施工對樁周土液化性能具有十分大的改善。

3.2 樁尖土工程性質變化分析

本工程樁端持力層為（7）粉細砂，中密～密實狀態。為分析擠土樁對樁尖土層的影響，在樁尖一定范圍內加密進行了標準貫入試驗。統計結果見表3。

表3數據表明，樁基施工前后樁間土收到明顯的擠密作用，其中樁端下1.0 m范圍內的地層擠密、壓密效果最為明顯，樁端下1.0 m范圍以下受到的擠密、壓密作用逐漸減弱。

表1 樁基施工前后標準貫入試驗指標統計對比

表2 樁基施工前后土工試驗指標統計對比

表3 樁基施工前后標準貫入試驗指標統計對比

3.3 樁基外側土層工程性質變化

為了分析樁基外側土層工程性質變化，在樁基外邊緣布置6個鉆孔，距離最外排樁分別為1.50 m、3.00 m。標準貫入試驗成果分析見表4。

根據試驗數據分析，表明在施工后距離樁基外邊緣1.50 m處土層收到的擠密作用也較為明顯，粉土、砂土層標準貫入試驗擊數提高 14.5%～45.8%，黏土層標準貫入試驗擊數提高6.9%～8.9%。施工后距離樁基外邊緣3.00 m處土層收到的擠密作用不明顯，說明擠土樁邊緣外側的擠土效應影響范圍在1.50～3.00 m之間。

表4 樁基施工前后標準貫入試驗指標統計對比

3.4 液化消除情況

根據施工前后各層土的標準貫入試驗成果，按照《建筑抗震設計規范》（GB 50011－2010）中的公式（4.3.4）進行地震液化計算判別。施工前液化等級為輕微液化～中等液化，樁基施工后，樁間土的液化可能性已完全消除，樁基外邊緣1.50 m處有1個孔液化等級為輕微，其余2個孔不液化；樁基外邊緣3.00 m處3個孔判別結果為1個中等液化、2個輕微液化，其結果與施工前相同。

4 結束語

（1）在實際工程中擠土樁（PHC管樁）不僅能解決地基承載力的問題，利用擠土樁對土層的擠密、壓密效果及其對土體的側限作用，改善了土體的密實狀態，消除或降低了飽和砂土的液化程度，充分發揮了樁基礎的多重功能，對提高工程的投資效益也具有十分重要的意義。

（2）由于在樁基設計中，樁間距、沉樁方式等參數對樁基承載力、樁間土的影響較大，因此應根據場地土的實際分布資料，充分考慮場地土的液化情況，有針對性的調整樁基設計參數，最大可能地發揮樁基礎的多重功能，提高樁基礎的設計水平。

1 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑樁基技術規范（JGJ94－2008）［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008

2 卞立民、徐海波、徐建平.沉樁擠土效應研究綜述［J］.華中科技大學學報（城市科學版），2002

3 陳 文.飽和軟土中靜壓樁沉樁機理及擠土效應研究［D］.河海大學，1999

4 史佩棟.樁基工程手冊（樁和樁基礎手冊）［M］.北京：人民交通出版社，2008