大伙房水庫輸水應急入連工程輸水管道基礎液化質土層處理設計

于蘭芳

(遼寧省水利水電勘測設計研究院 沈陽 110006)

趙明哲 楊曉飛

(大連市供水有限公司 116021)

1 工程地質單元劃分

遼寧省大伙房水庫輸水應急入連工程從鞍山配水站至蓋州市團山，線路分布區地層及地貌情況比較復雜。為了整體研究管道沿線工程地質條件，按地貌成因及形態、地層結構特征劃分為8個工程地質分段，見表1。

表1 工程地質分段

2 飽和砂土、粉土的液化分布

該場區地震基本烈度為7 度，地震動峰值加速度以0.15g 為主，地震動反應譜特征周期為0.35s。按照《水利水電工程地質勘察規范》(GB 20287—99)和《建筑抗震設計規范》(GB 50011—2001)中有關規定對飽和砂土、粉土進行液化判別。液化區段具體分布情況見表2。

表2 液化區段分布

3 液化土層處理設計方案

為提高軟弱地基的強度、降低地基的壓縮性，減少基礎的沉降、降低管道沉降，對管道基礎液化土層采用換填墊層法、振沖碎石樁法等加固處理措施。

3.1 換填墊層法

換填墊層法適用于淺層液化層地基(小于等于2m)的處理。處理方法為:將管道基礎兩側外各2m 寬度范圍內液化土層全部挖除，分層回填強度較高、穩定性較好、均勻摻加砂石料的粘土。

對液化土層埋藏較深、層厚較大且液化等級達到中等級別的區段，采用換填墊層法時，存在著開挖較深、工程占地較大、砂土料取用對環境影響嚴重、工程投資較大等諸多缺點，因此對這樣的區段采用振沖碎石樁的處理方法。

3.2 振沖碎石樁法

3.2.1 管道底部基礎承載力的計算

上埋式埋管的垂直土荷載按下式計算:

式中 Gy——上埋式管道上總的垂直土荷載，tf/m;

D0——管外徑，m;

CE——上埋式埋管的荷載系數，見表3;

γs——土的單位重度，t/m3。

表3 CE取值表

當基礎寬度大于3m 或埋置深度大于0.5m 時，對靜荷試驗或其他原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值，按下式進行修正:

式中 fa——修正后的地基承載力特征值;

fak——地基承載力特征值;

ηb、ηd——基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數，按基底下土的類別查表;

γ——基礎底面以下土的重度(地下水位以下時取浮重度);

b——基礎底面寬度，m;當基寬小于3m 時按3m 取值，大于6m 時按6m 取值;

γm——基礎底面以上土的加權平均重度(地下水位以下取土的浮重度);

d——基礎埋置深度，m。

3.2.2 振沖碎石復合地基抗液化驗算

3.2.2.1 確定復合地基液化判別處的標準貫入擊數臨界值

復合地基液化判別處的標準貫入擊數臨界值按以下公式計算:

式中 K1——樁體應力集中效應的分項安全系數，一般為1.1～1.3;

K2——分項安全系數，一般為1.0～1.5;

m——復合地基碎石樁的置換率，一般為0.08～0.25;

n——樁土的應力比，砂土、粉土一般為2～3;

I——判別場地的地震烈度;

N0——液化判別標準貫入錘擊數基本值;

ds——飽和土標準貫入點深度，m;

dw——地下水位深度，m;宜按使用期內年平均最高水位取值，也可按近期內年最高水位取值;

ρc——粘土含量百分率，當小于3 或為砂土時，均應取3。

式中 N——標準貫入試驗錘擊數;

K——比例常數;

Dr——原地基土的密實度。

3.2.2.2 抗液化碎石樁樁距的確定

抗地震液化復合地基的碎石樁布置形式，常采用三角形和正方形兩種。該工程采用三角形布樁，則樁距按以下公式計算:

上二式中 Dcr——復合地基土的液化臨界密實度;

e0、emax、emin——原土的孔隙比、最大孔隙比、最小孔隙比;

(ecr)F——要求土振密后抗液化的臨界孔隙比;

d——樁徑，m。

設計的碎石樁距S 滿足下式條件即可。

3.2.2.3 各工段碎石樁抗液化計算結果

a.工3 段樁號37+096.7～37+565 范圍內碎石樁復合土基礎抗液化計算結果見表4。

表4 樁號37+096.7～37+565 段復合土基礎抗液化計算結果

由表4 得出:抗液化的臨界樁距為4.75m，取振沖碎石樁樁距為2.3m(2.3m 為振沖器的要求，下同)時，滿足抗震液化的要求。

b.工5 段樁號66+534.9～67+402.2 范圍內的碎石樁復合土基礎抗液化計算結果見表5。

表5 樁號66+534.9～67+402.2段復合土基礎抗液化計算結果

由表5 得出:抗液化的臨界樁距為3.61m，取振沖碎石樁樁距為2.3m 時，滿足抗震液化的要求。

c.工8 段樁號101+189.5～102+212.9 范圍內的碎石樁復合土基礎抗液化計算結果見表6。

表6 樁號101+189.5～102+212.9段復合土基礎抗液化計算結果

由表6 得出:抗液化的臨界樁距為3.16m，取振沖碎石樁樁距為2.3m 時，滿足抗震液化的要求。

d.工8 段樁號104+023.4～104+296 范圍內的碎石樁復合土基礎抗液化計算結果見表7。由表7 得出:抗液化的臨界樁距為3.57m，取振沖碎石樁樁距為2.3m 時，滿足抗震液化的要求。

表7 樁號104+023.4～104+296段復合土基礎抗液化計算結果

4 結 語

遼寧省大伙房水庫輸水應急入連工程輸水管道基礎液化土層采用振沖碎石樁法進行處理。具體的設計方法為:在基坑范圍內等邊三角形布樁，樁徑/m，樁中心距2.3m，樁底伸入基礎持力層下1m，基坑外圍布置兩排護樁。

根據上述設計方案，處理液化土層的振沖碎石樁空鉆孔總長度為27782m，振沖碎石樁樁體總長度為34425m。