碎石樁處理液化軟土地基工程的應用

趙丹丹 錢俊秋

(1.南京農(nóng)業(yè)大學 ，江蘇 南京 210095; 2.江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術學院，江蘇 南京210007）

近幾年來國內(nèi)地質(zhì)災害頻發(fā)，建筑物發(fā)生倒塌事故，很多生命因此消逝。地基和基礎是建筑物的根本，它的勘探、設計和施工直接關系到建筑物的安危。我國地域遼闊，自然地理環(huán)境復雜，土類分布多種多樣，有些土類具有具有其特殊性質(zhì)，作為地基必須針對其特殊性采取合適的工程措施，保證基礎的穩(wěn)定性和承載力。長江流域許多地區(qū)的地質(zhì)特征存在著埋深比較厚的砂性土層并且液化指數(shù)相當高，具有明顯的流變性，在外力尤其是地震作用下很容易引發(fā)地基失效，導致建筑物或結構的不均勻沉降甚至整體移動，使局部結構損壞，全毀或喪失使用功能，因此在該類地基上建造建筑物，必須考慮其液化性，對地基進行處理。

近年來城市不斷擴張，房地產(chǎn)事業(yè)蓬勃發(fā)展，寸土寸金，許多重要的工程和工業(yè)廠房在軟弱土地基上興建，工程的要求推動軟土地基的處理技術迅速發(fā)展，老的方法不斷改進，新的方法不斷涌現(xiàn)。本文以實際工程為研究背景，從碎石樁的作用原理、設計方法和施工方案、檢測方法等幾方面，介紹其在處理液化地基的應用情況，從技術可靠性、經(jīng)濟合理性、施工可行性等方面介紹碎石樁地基的應用。

1 工程概況

本工程位于江蘇省南京市江浦區(qū)南京農(nóng)業(yè)大學江浦校區(qū)內(nèi)，科研實驗廠房，框架結構，二層，7度抗震設防，建筑高度14m，建筑面積約2000m2。據(jù)地質(zhì)勘查報告，該場地土分層如下表所示。

場地土分層

參照勘察設計院勘查報告，地表下16.0m以內(nèi)的砂性土層，其液化指數(shù)IlE為32.5～59.8，根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》判定為嚴重液化土層，作為地基需進行技術處理。

2 設計方案選擇比較

施工可行性鋼筋混凝土設計方案工程造價/m3降低液化性效果樁基礎1300元效果較好施工較復雜，工期較長碎石樁 180元 效果較好施工方便，質(zhì)量較易得到控制粉噴樁 200元 效果不太理想施工質(zhì)量不易得到保證

根據(jù)地質(zhì)條件考慮技術經(jīng)濟、處理質(zhì)量、以及施工和上部結構荷載等綜合因素，該工程地基處理采用振動沉管碎石樁。樁徑為500mm，樁長9m，間距1.2m，設計樁數(shù)2010根，呈梅花形布置，樁頂鋪設0.6米厚的碎石墊層作為復合地基持力分布層。

3 機理及作用

屬于振密擠密分類，在振動的作用下，將套管打入規(guī)定的設計深度成孔，然后往孔中填入碎石，并加以搗實成一根根的樁體，采用沉管碎石樁加固的目的是采用碎石樁，和原來的土體形成復合地基，使土體的孔隙減少，提高地基的承載力，降低砂土的液化指數(shù)，改善土的強度和變形特征，原理及作用分為三個方面：

3.1 振動擠密作用。樁管打入地基中，對土產(chǎn)生橫向擠密作用，在一定擠密功能作用下，土粒彼此移動，小顆粒添入大顆粒的空隙，顆粒間彼此靠近，空隙減少，使土密實，地基土的強度也隨之增強。

3.2 復合地基。由于樁體本身具有較大的強度和變形模量，樁的斷面也較大，在樁體振動和擠密的過程中，回填的碎石與地基土組成復合地基，共同承擔建筑物荷載，提高地基承載力減少沉降量。

3.3 防止震動液化。由于碎石樁有大量的孔隙通道，在地震力作用下，地下水可順利通過孔隙通道升降和排出，大大減少和避免地基的液化沉陷現(xiàn)象。

4 施工工藝

4.1 采用沉管成孔方法施工，振動逐步拔管成樁法施工。施工中使用機械為振動沉樁機，DZ―60型震動錘，常用振動錘的振動力為70、100和160KN，本工程使用激振力為70KN，樁管使用無縫鋼管材料，管徑控制為477mm。這種樁具有施工設備簡單，打樁進度快，成本低的特點。

4.2 成樁工藝

樁機定位就位，在地面上把套管的位置確定好。

開動振動設備，把套管打入土中至設計標高。

加入碎石料，按設計要求添加碎石，再拉拔到規(guī)定的高度。

振密碎石樁，采用重復壓拔管使添加的碎石料密實，成樁。

清理樁尖，移動樁機，重復進行以上步驟，施工其它碎石樁，直到每根樁施工完畢。施工準備→樁位布置→樁機定位沉管→加灌碎石料→拔管→下壓樁管→拔管→成樁→清理樁尖→鋪碎石墊層。

4.3 質(zhì)量控制

樁身連續(xù)性：以拔管速度控制樁身連續(xù)性，不超過0.8m/min。

樁直徑：以灌砂量控制樁直徑，當灌砂量達不到設計要求時，應在原位再沉下樁管灌碎石（復打）一次或在旁邊補加一根。

碎石樁施工前必須進行成樁試驗。本工程先打了六根試樁，布檢測孔2個進行擠密試驗，兩周后，按標準貫入方法，判定樁間砂性土是否液化，如液化，計算其液化指數(shù)。

經(jīng)計算③號土層的液化指數(shù)IlE=0.1～3.56＜4 輕微液化

④號土層的液化指數(shù)IlE=0.0～3.10＜4輕微液化

均滿足《建筑地基處理技術規(guī)范》[2]要求。因此按此方法繼續(xù)施工，施工順序采用跳打形式并由外緣向中心進行，確保周圍土體的側限，處理效果更好。

5 處理效果

5.1 樁間土液化指數(shù)得到了有效的降低。施工后兩周進行質(zhì)量檢測，檢測由抽樣進行，檢測點不少于樁孔總數(shù)的2﹪，本工程共布檢測點40個，按標準貫入的方法，對樁間土進行液化判別檢測，視其液化指數(shù)是否能得到有效降低。

液化判別

根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》〔2〕的規(guī)定，采用標準貫入試驗判別法,在地面下15m深度范圍內(nèi)的液化土應符合下式要求：

判別結果：本工程采用碎石樁地基加固后，②、③層飽和砂（粉）土的液化指數(shù)得到了有效的降低，效果較好。

計算得：②層粉土夾砂IlE＝1.00～3.90輕微液化

③層粉砂沒有液化

④層粉砂夾粉土 IlE＝0～5.80 局部輕微液化

但④層40個檢測點只有3個檢測點的液化指數(shù)大于4，其值為5.6，4.1，4.3，占總檢測總數(shù)的7﹪﹤10﹪，符合《建筑地基處理技術規(guī)范》[3]。

5.2 基礎沉降比較均勻。

該工程于2010年10月施工完畢，經(jīng)過1年的沉降觀測，最大沉降量61mm，最小沉降量56mm，沉降比較均勻，使用情況良好。

5.3 地基承載力有所提高。

原天然地基的容許承載力為80kpa，經(jīng)過處理后的復合地基的容許承載力為120Kpa，承載力有顯著提高。

結語

本工程采用碎石樁降低砂性土層的液化指數(shù)，提高其抗剪強度和抗液化能力，消除其不利影響，滿足建筑物對地基穩(wěn)定和變形的要求，該處理方法機械化程度高，施工速度快，造價低，并且能改善地基土的變形特性和滲透性，因此該地基處理方法在工業(yè)與民用建筑、道路建設等工程中具有代表性和借鑒價值。

[1]建筑地基處理技術規(guī)范（JGJ79—91）.

[2]建筑抗震設計規(guī)范(GB50011—2001).