粉噴樁復合地基在某擋墻砂土液化地基處理中的應用

黃偉斌，張奕澤

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310014)

粉噴樁復合地基在某擋墻砂土液化地基處理中的應用

黃偉斌，張奕澤

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 310014)

首先，依托泉港南山片區水利項目設計，以擋墻砂土液化地基為研究對象，設計粉噴樁抗液化方案。接著，通過標準貫入試驗對試驗區原狀地基和粉噴樁處理后地基進行液化判別。最后，總結試驗結果，確定粉噴樁加固該工程擋墻砂土液化地基處理的可行性。

砂土液化;粉噴樁;地基處理;標準貫入試驗

1 項目背景

泉港南山片區水利項目地處泉州市泉港區。因城市發展需求，現將該區域轉為工業用地。由于上游有施厝溪、南埔溪、林柄溪、下涼尾溪等從不同方向匯入該該區域，排洪能力不能滿足要求，需修建符合相關標準的防洪排澇系統，防止園區受淹。該項工程防洪標準為100 a一遇，一期工程由南線、北線排洪渠和滯洪區等建筑物組成，主要建筑物采用1級。

根據地質勘察報告，在7度地震烈度條件下:中砂②12、中砂②61主要為輕微、中等液化土層，個別地段屬嚴重液化土層，中砂②12液化指數平均值為8.75、中砂②61液化指數平均值為5.55、鉆孔液化指數平均值為10.22，綜合判定中砂②12、中砂②61液化等級為中等液化，場地液化等屬中等液化。按國標《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)，對抗震設防類別為乙類的輕微液化土層，應部分消除液化沉陷或對基礎和上部結構處理，對中等液化土層，應全部消除液化沉陷，或應部分消除液化沉陷且對基礎和上部結構處理。因此，該項工程砂土液化地基需采取一定的抗液化處理措施。

2 初擬基礎處理方案

2.1 粉噴樁

該方案適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、粉土、飽和黃土、素填土、粘性土，以及無流動地下水的飽和砂土等地基，通過水泥土攪拌形成的水泥土加固體，提高砂土地基土內聚力C和內摩擦角φ，消除砂土地基液化的影響。該項工程布置按工程類比法取樁徑60 cm，樁間距150 cm× 150 cm，梅花型布置，粉噴樁每米綜合單價92元左右，總投資需979萬元。

該方案施工時能精確控制樁底和樁頂標高，由于該項工程大部分液化砂土均處于淤泥土層之下，粉質粘土之上，屬于軟弱夾層類型。粉噴樁能精確控制水泥土攪拌土層和攪拌豎向范圍，且該方案快速、高強、無噪音和無污染，最大限度地利用了原土，且施工設備相對輕便，對施工場地要求低，施工質量便于控制，優勢顯著。

2.2 振沖樁

振沖法適用于處理砂土、粉土、粉質粘土、素填土和雜填土等地基，樁體材料采用碎石、卵石、礦渣或其他性能穩定的硬質材料，形成復合地基，消除地基液化影響。

該方案施工時先將振沖器徐徐沉入土中，直到達到設計深度。造孔后邊提升振沖器邊沖水至孔口，再放至孔底，重復兩三次擴大孔徑后再開始填料制樁。該方案無法控制砂土地基豎向處理范圍，只適用于地基為單一的砂土層。而且由于碎石樁的成孔依賴于高壓水的沖排，其實質上即采用碎石置換相同體積的土體，只是在振動器振動時才能達到擠密土體作用，而一般振動器只有90～100cm長，橫向振動范圍并不大，因此擠密效果并不強，且碎石與土體的置換率較大，碎石用量大，產生的泥漿很多，使施工前期準備變的更加復雜。因此，此方案對于該項工程堤防基礎液化處理并不適用。

2.3 振動成管砂石樁

由于典型的太行山地質構造，受儲水層含水量的限制，和順縣境內泉水出漏量較小，聯村集中供水工程不易采用泉水作為供水水源，而單村供水水源采用較多。主要優點：（1）當地的水資源達到充分利用，有效控制了地下水的開采量，使所屬區域的地下水得到充分涵養。（2）山泉水水質優良是很好的飲用水水源。（3）水源建設形式簡單，投資費用較小，多數山泉水所處地形較高屬于高地泉，水借重力流向高位水塔，后期運行費用低。

該方法適用于擠迷密松散砂土、粉土、粘性土、素填土和雜填土等地基。利用常規的沉管灌注樁所用沉管設備，灌入經人工級配的砂石料，邊振動邊灌到砂土地基里面，達到擠密土體的效果，從而消除液化效果。砂樁樁徑可采用30～80 cm，此次比選取樁徑60 cm，樁間距150 cm×150 cm，梅花型布置，振動成管砂石樁每米綜合單價125元左右，總投資需1 330萬元。

由于土體中被“強制”灌入適量的砂石料，使土體密實度大幅度提高，砂石料的采用改善了土體的排水能力達到抗震效果，但由于施工后期土體越來越密實，可能使土體局部出現上隆現象，對附近建筑物有一定的影響。另外，振動成管砂石樁單價相對水泥攪拌粉噴樁增加約30%，投資增加較大。

經綜合比選，該項設計采用粉噴樁進行堤防基礎液化處理。樁徑60 cm，樁間距150 cm×150 cm，梅花型布置，樁底標高為中砂層底部高程，樁頂標高為中砂層頂部高程。

3 粉噴樁現場抗液化試驗

3.1 試驗方案

該項試驗采用樁徑60 cm的柱形粉噴樁，梅花形布置，分別按樁距1.0 m、1.5 m、2.0 m分為三個試驗段，每段各10 m，對復合地基處理液化的效果進行監測，確定粉噴樁最終設計參數。試驗段為北線排洪渠KB2+600.00～KB2+630.00試驗區和西部滯洪區K(X1)0+732.55～K(X1)0+762.55試驗區。試驗區樁間距布置示意圖如圖1所示。

圖1 試驗區樁間距布置示意圖

3.2 粉噴樁鉆孔取芯檢驗

在試驗方案指定的區域按樁間距的不同分別各取6根樁鉆孔取芯，所檢測樁的位置由施工單位及監理單位隨機制定。采用工程鉆機對水泥攪拌樁進行鉆孔取樣，可直觀地檢驗樁體強度和攪拌的均勻性。取出后當場檢驗樁芯的連續性、均勻性和硬度，并用鋸、刀割成試塊做無側限抗壓強度試驗。通過對驗段鉆孔所得芯樣判斷，取芯率均達到80%以上，芯樣完整性較好，連續性較好，未出現芯樣不均勻的現象，表明區域內中砂層有利于粉噴樁成樁，成樁效果良好。鉆孔所得芯樣用鋸、刀割成分上中下三份試樣分別進行無側限抗壓試驗，根據所得數據可知，粉噴樁芯樣的強度測試值均大于1.5 MPa，說明實驗區粉噴樁強度達到設計要求。

3.3 處理后各方案地基液化判別

在試驗方案制定的區域按樁間距的不同分別各取6個點鉆孔進行標準貫入試驗，檢驗點由施工單位及監理單位隨機指定。采用工程鉆機先鉆至預定深度，安裝好標準貫入設備并放到鉆孔底部，用質量63.5 kg的穿心錘以76 cm的落距，將標準規格的貫入器，自鉆孔底部預打15 cm后，記錄再打入30 cm的錘擊數，即為標準貫入試驗錘擊數。試驗所得數據分析結果如表1和表2所列。實測h-N值關系對比曲線圖見圖2和圖3所示。

3.3.1 北線試驗段樁間土標準貫入試驗結果

3.3.1.1 樁間土擠密效果明顯

根據表1中數據來看，BG1、BG2孔、BG3、BG4孔和BG5、BG6孔試驗孔距分別為1.0 m、1.5 m和2.0 m，對比原狀地基標準試驗臨近鉆孔數據，可知在6.0 m左右深度，原狀地基和處理后地基的標貫試驗實際錘擊數Ni平均值分別為10.33和15.6，后者的Ni值比前者提高約51%，尤其是樁間距為1.0 m鉆孔，Ni平均值達到18.0擊。而樁間距為2.0 m鉆孔Ni平均值為13.5擊，較原狀地基提高約30%，比較樁間距1.0 m及1.5 m鉆孔，土體密實程度改善較小。

3.3.1.2 消除飽和砂土液化

根據對試驗段飽和中砂層6個標貫試驗點統計結果:樁間距1.0 m鉆孔和樁間距1.5m鉆孔被判定為不液化，而樁間距2.0 m的兩個鉆孔均被判定為輕微液化。故結論為:采用粉噴樁樁間距1.0 m和樁間距1.5 m處理方案的地基可消除其液化可能，而采取樁間距2.0 m處理方案的地基仍具有輕微液化的可能。

3.3.2 西部試驗段樁間土標準貫入試驗結果

3.3.2.1 樁間土擠密效果明顯

根據表 2中數據來看，XG1、XG2孔、XG3、XG4孔和XG5、XG6孔試驗孔距分別為1.0 m、1.5 m和2.0 m，對比原狀地基標準試驗臨近鉆孔數據，可知在8.0 m左右深度，原狀地基和處理后地基的標貫試驗實際錘擊數Ni平均值分別為13.75和17.83，后者的Ni值比前者提高約30%，樁間距1.0 m和1.5 m的鉆孔，Ni平均值達到18.25擊，擠密效果良好。

表1 北部排洪渠處理后標準貫入液化判別結果(抗震設防烈度Ⅶ度)一覽表

表2 西部滯洪區處理后標準貫入液化判別結果(抗震設防烈度Ⅶ度)一覽表

圖2 北線排洪渠實測h-N值關系對比曲線圖

圖3 西部滯洪區實測h-N值關系對比曲線圖

3.3.2.2 消除飽和砂土液化

根據對試驗段飽和中砂層6個標貫試驗點統計結果:樁間距1.0 m鉆孔和樁間距1.5 m鉆孔被判定為不液化，而樁間距2.0 m的兩個鉆孔中有一個被判定為輕微液化。故結論為:采用粉噴樁樁間距1.0 m和樁間距1.5 m處理方案的地基可消除其液化可能，而采取樁間距2.0 m處理方案的地基仍具有輕微液化的可能。

4 結果分析

通過對兩區域試驗段的樁間土標準貫入試驗，以及對試驗結果的對比分析，試驗區段中砂層有利于粉噴樁成樁，樁體連續、完整。處理后地基標準貫入試驗結果顯示，粉體噴射攪拌法處理的砂土地基液化可能性大大降低。樁間距為1.0 m和1.5 m的設計方案能有效地消除地基的液化可能性，2.0 m的設計方案能減輕其液化可能性。考慮到工程成本，該項工程加固時可采用1.5 m做為樁間距，與初步設計所定的樁間距相同。綜上所述，使用粉噴樁處理該項工程可液化地基以提高堤防整體穩定性是可行且有效的。

TU413

A

1009-7716(2015)04-0171-04

2015-01-04

黃偉斌(1985-)，男，浙江長興人，工程師，從事水利水電工程管理工作。