振沖碎石樁在厚層飽和砂土液化地基中的應用

李繼超，桑有明（中冶成都勘察研究總院有限公司，四川成都610023）

振沖碎石樁在厚層飽和砂土液化地基中的應用

李繼超*，桑有明
（中冶成都勘察研究總院有限公司，四川成都610023）

針對某場站工程中厚層飽和砂土液化地基，采用大功率的振沖機械設備輔以相應的工程措施進行復合地基處理。施工結束后，采用載荷試驗、超重型動力觸探試驗、標準貫入試驗、沉降觀測等方法，對樁體及復合地基的承載性能、液化處理效果、沉降等進行分析和評價。試驗結果表明，振沖碎石樁對厚層飽和砂土液化處理效果較好，承載力和沉降均滿足工程要求。同時也為類似工程中的施工參數選取、檢測方法設計、施工注意事項等提供寶貴經驗。

飽和砂土；液化；振沖碎石樁；復合地基

振沖碎石樁通過對軟弱地基進行置換及擠密，可提高地基變形模量和承載力，改善地基不均一性，減少不均勻沉降，同時軟弱地層經過預震后抗震效果增強，碎石樁體形成排水通道加速了孔隙水壓力的消散，從而可有效防止地基液化[1]。該法因設備簡單、施工方便、經濟快捷等優點而得到廣泛應用，但一般地基處理深度不大。目前，大深度振沖碎石樁法在水電水利、電力系統已進行了相關的試驗研究。李進元[2]采用ZCQ-132A振沖器，最大成樁長31m，通過試驗資料分析探討了振沖碎石樁的處理效果，成功解決了某水電站軟弱地基的承載力、液化和穩定性問題；楊生彬等[3]采用75kW振沖器，成樁長23m，通過大量的試驗檢測圓滿處理了某電廠厚20m的飽和砂土液化問題。本文主要針對某場站工程中厚層飽和砂土液化地基，采用大功率的振沖機械設備輔以相應的工程措施，通過對施工后檢測試驗數據和沉降觀測數據的科學分析，綜合評價復合地基承載性能、液化處理效果和沉降，并對施工過程中遇到的相關問題進行總結。

該工程位于云南省瑞麗市一級河流階地上，地形平坦開闊，總占地面積約14×104m2。根據巖土工程勘察成果，場區地基土主要為第四系沖洪積成因的粘性土和砂類土，層位分布復雜，層厚及深度變化較大，巖性主要由淺灰色粉砂、褐黃—青灰色粘土、青灰色中粗砂組成，礫砂、圓礫和卵石以透鏡體形式分布于中粗砂層中。主要土層分布及其物理力學指標見表1。

表1 主要土層物理力學性質指標

該場區地下水類型為潛水，穩定的地下水位埋深為0.5～1.4m，地下水位年變幅為0.5～1.0m。由于地下水埋藏較淺，使得中粗砂、粉砂和礫砂層處于飽和狀態，根據巖土工程勘察成果，場地地表下20.0m深度內的飽和砂土液化指數IlE范圍為6.09～52.59，其中IlE＞18的單孔占整個判別標貫孔的96.8%，屬于嚴重液化地基，不能作為主要建(構)筑物天然地基，需采用人工地基，消除飽和砂土層的液化性。

2 處理方法

目前，用于消除地基液化沉陷的措施主要有樁基、深基礎、加密法（振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等）、換填法等[4]。結合場地地層情況，本工程采用振沖碎石樁對20m深度范圍內的飽和砂土液化地基進行處理。施工主要技術參數如表2所示。

表2 施工主要技術參數

樁體施工工藝流程[5]：場地清平，振沖設備裝配→布設樁位→振沖器、吊車及輔助設備就位→打開水壓氣壓閥門、開啟振沖器→振沖成孔至設計深度，清孔→往孔中填料→噴水振動至密實電流，待留振時間達到10～15s后，提升振沖器至一定高度→再往孔中填料→再進行下一級振沖，直至形成振沖樁樁體。

施工結束后，按照規范[6-7]和設計要求對樁間土及樁體的承載性能進行檢測，同時判定飽和砂土液化地基處理效果。試驗方法主要采用原位測試手段，包括載荷試驗檢測單樁及復合地基的承載性能，超重型動力觸探試驗檢測樁體密實度，以及標準貫入試驗檢測樁間土擠密效果并進行飽和砂土液化判別等。

3 處理效果分析

圖1 單樁荷載試驗Q-S曲線

圖2 復合地基荷載試驗Q-S曲線

從曲線形態方面分析，圖1、圖2中Q-S曲線平緩，無明顯陡降段，加載至預加荷載值時，單樁累計沉降量為21.44mm，卸載回彈量為4.8mm；復合地基累計沉降量為24.05mm，卸載回彈量為3.7mm，累計沉降量均小于40mm，單樁和復合地基的受力情況基本一致，且均未達到極限狀態，滿足規范要求。荷載試驗數據表明，計算得單樁承載力特征值不小于450kPa，復合地基承載力特征值不小于250kPa，均滿足設計要求，在表2的

3.1 載荷試驗成果分析

待地基中超靜孔隙水壓力消散后，按規范和設計要求選取總樁數的0.5%進行單樁和復合地基豎向抗壓載荷試驗。該工程設計要求，單樁承載力特征值不小于450kPa，復合地基承載力特征值不小于250kPa，置換率為0.28，單樁載荷試驗承壓板面積為0.785m2，復合地基載荷試驗承壓板面積為2.8m2。圖1、圖2分別給出了場地具有代表性的單樁、復合地基荷載試驗Q-S曲線圖。技術參數指導下，單樁和復合地基的受力性能較好。

3.2 樁體超重型動力觸探試驗成果分析

為檢測樁體的密實程度，在施工現場按規范和設計要求選取總樁數的2%進行超重型動力觸探試驗，試驗點位于樁體中心部位。圖3所示為按規范[8]要求劃分密實程度后，場地具有代表性的修正后錘擊數N120與貫入深度h的關系曲線。

由圖3可知，樁身總體質量較好，樁體密實程度從上至下逐漸變好，0～1.0m處密實程度較差，呈稍密狀態，1.0～4.0m處呈中密狀態，樁體中、下部呈密實或很密狀。究其原因，樁體上部側向約束小，振沖器激振力損耗大，經振沖施工擾動后，強度恢復慢。另外，施工過程中振沖器的單次提升高度、填料方式、密實電流和留振時間的控制對樁體和復合地基施工質量影響較大。

3.3 液化治理效果評價

圖3 樁體超重型動力觸探試驗N120-h曲線

為評價施工后場地液化效果，在施工現場按規范和設計要求選取總樁數的2%進行樁間土標準貫入試驗，試驗點位于等邊三角形中心。表3所示為場地具有代表性點位地基處理后飽和砂土液化評價表。

表3 地基處理后飽和砂土液化評價表

表3評價結果表明，經地基處理后，各地層液化指數IlE均為0，液化評價結果為不液化，飽和砂土液化現象均已成功消除。對比處理前后標貫擊數，地基處理后標貫擊數較地基處理前標貫擊數有明顯提高，在0～14m范圍內標貫擊數提高了7～21擊；在14～20m范圍內標貫擊數提高了0～4擊，地基處理后標貫擊數均大于臨界標貫擊數。究其原因，影響場地液化治理效果的因素主要包括3個方面：（1）布樁方式和樁位間距，采用等邊三角形布樁比正方形（或矩形）布樁效果要好，樁位間距取小值比取大值效果要好；（2）施工過程中振沖器單次提升高度過大易形成樁體夾層，夾層周圍地層受振效果較差，密實電流較低、留振時間較短，振沖器振動輻射范圍變小，周圍地層受振效果較差；（3）地層側向約束作用小，振沖施工對地基擠密效果和置換作用明顯。

3.4 沉降觀測成果分析

構筑物施工完成后，模擬構筑物的后期荷載分階段加壓，進行沉降觀測。圖4所示為部分具有代表性觀測點的沉降觀測曲線。

由圖4可知，加荷前觀測點的沉降值為1～3mm，加荷后觀測點沉降逐漸增大，加荷至最大荷載并穩壓2天后觀測點沉降最大，最大值為25～31mm，卸荷后曲線回彈，回彈值為13～20mm，且觀測點間的差異沉降為0～6mm。觀測數據表明，加荷后復合地基沉降均勻，基礎沉降和差異沉降小，均滿足規范和設計要求。

圖4 沉降觀測曲線

4 施工注意事項

除按表2所示技術參數控制質量外，施工過程中還應注意如下幾點：（1）成孔前振沖器應對準點位，成孔時應保持振沖器直立，嚴禁傾斜、串孔；（2）深孔振沖樁在復雜地層中成孔時，如成孔時間過長或出現“抱孔”時，應及時拔出振沖器或引孔拔出振沖器，在不影響相鄰樁位成孔前提下，偏移適當距離繼續成孔或換用更高型號振沖器成孔[9]；（3）在成孔及振沖密實過程中少部分沉積在孔口的泥漿和懸浮砂粒，不僅抬升了孔口高度，而且在樁頂形成軟弱層。該軟弱層物理力學性質指標差異很大，不能直接作為建（構）筑物地基基礎使用，應進行開挖或置換處理；（4）泥漿池容量和使用功能應滿足施工要求，泥漿池周邊應設置安全警示標記，沉淀后的清水可循環利用，定期對池中沉淀物進行清理、轉運，嚴禁污染環境。

5 結語

本文通過振沖碎石法在該工程中的成功應用，可以得到以下結論：

（1）采用大功率的振沖機械設備輔以相應的工程措施對復雜地質條件下厚層飽和砂土液化地基進行地基處理是可行的。

（2）振沖碎石樁對砂土層等軟弱地基擠密效果與置換作用明顯，可有效解決軟弱地基砂土液化問題、承載力問題。該工程處理后復合地基液化消除，承載力和沉降均滿足設計要求。

（3）結合工程特點，采用合適的工程技術參數，施工中嚴格控制振沖器的單次提升高度、密實電流、留振時間等參數，確保施工質量。

（4）樁頂表面軟弱層物理力學性質指標差異很大，不能直接作為建（構）筑物地基基礎使用，應進行開挖或置換處理。

[1]徐至鈞，葉觀寶，高彥斌.振沖法和砂石樁法加固地基[M].北京：機械工業出版社，2005：1-2.

[2]李進元.振沖碎石樁法地基處理在陰坪水電站中的應用[J].巖石力學與工程學報，2013,32（S1）:2968-2976.

[3]楊生彬，劉志偉，李燦.大厚度飽和砂土液化治理試驗研究[J].巖土力學，2009,30（S2）:430-433.

[4]中國建筑科學研究院.GB50011-2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[5]張蓓，楊曉杰，劉洋，等.大直徑碎石樁軟土成樁工藝研究[J].施工技術，2012,41(373):109-112.

[6]浙江大學建筑工程學院，浙江中南建設集團有限公司.GB/T 50783-2012復合地基技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[7]中國建筑科學研究院.JGJ 79-2012建筑地基處理技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[8]建設部綜合勘察研究設計院.GB50021-2001（2009年版）巖土工程勘察規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[9]李繼超，桑有明.大厚度飽和砂土液化地區振沖樁施工工藝試驗研究[J].巖土工程技術，2013,27（5）：259-262.

Application of Vibro Replacement Stone Column in Liquefaction Foundation of Thick-layer Saturated Sand

LI Ji-chao,SANG You-ming
(Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute Co.,Ltd.of Metallurgy Construction in China,Chengdu Sichuan 610023, China)

Aimed at the liquefaction foundation of thick-layer saturated sand in a certain station project,the method of powerful vibro engineering machinery and equipment combined with appropriate measures is used in composite foundation treatment.After construction,a lot of in-situ tests including plate loading test,ultra-heavy dynamic penetration test,standard penetration test,settlement observation,etc.,are used to analyze and evaluate the bearing capacity of piles and composite foundation,the controlling effects of liquefaction,subsidence.Test results indicate that vibro replacement stone column is very well in treatment of liquefaction of thick-layer saturated sand,bearing capacity and settlement are to meet project requirements.At the same time,it provides valuable experience for the similar engineering in construction parameter section,detection method designed,construction considerations etc.

saturated sand；liquefaction；vibro replacement stone column；composite foundation

TV553

B

1004-5716(2015)08-0001-04

2014-08-08

2014-08-12

李繼超（1982-），男（漢族），湖北仙桃人，工程師，現從事巖土工程方向研究工作。