地下工程砂土液化處理措施研究★

王志虹 王 濤 程 曦

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310000； 2.中國金茂控股有限公司，北京 100032； 3.北京交通大學(xué)，北京 100044)

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地下工程砂土液化處理措施研究★

王志虹1王 濤2程 曦3

(1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310000； 2.中國金茂控股有限公司，北京 100032； 3.北京交通大學(xué)，北京 100044)

通過深入研究現(xiàn)行規(guī)范對砂土液化的判別原理，從理論上提出振沖擠密碎石樁法、三軸水泥攪拌樁法與鉆孔灌注樁法三種砂土液化處理措施，并結(jié)合工程實例，對三種處理方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，總結(jié)了各方法的優(yōu)缺點，最后指出了最優(yōu)方案以及需要進(jìn)一步研究的問題。

砂土液化，鉆孔灌注樁，地基加固，碎石樁

近年來，地下結(jié)構(gòu)在能源交通、城市建設(shè)等方面得到廣泛的應(yīng)用。地震對地面結(jié)構(gòu)所造成的破壞人所共知，現(xiàn)階段已形成了較完整的規(guī)范體系,但對地下結(jié)構(gòu)的抗震研究卻剛剛起步，且地下結(jié)構(gòu)破壞后，修復(fù)難度大，費用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地上結(jié)構(gòu)，故對地下結(jié)構(gòu)的抗震研究顯得尤為重要。

從2008年汶川大地震等數(shù)次震害資料中我們可以看到，砂土液化使許多建筑物下沉、歪斜和毀壞，有的地下結(jié)構(gòu)甚至浮升到地面。本文從對現(xiàn)行規(guī)范對砂土液化的判別原理研究入手，從理論上提出3種砂土液化處理措施，并結(jié)合工程實例，對這3種處理方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，總結(jié)其優(yōu)缺點，提出最優(yōu)方案以及需要進(jìn)一步研究的問題，為今后類似工程提供參考。

1 砂土液化判別研究

砂土發(fā)生地震液化的基本條件在于飽和砂土的結(jié)構(gòu)疏松和滲透性相對較低，以及振動的強度大和持續(xù)時間長短。對液化的判別一般有兩種基本的方法：標(biāo)準(zhǔn)貫入法和靜力觸探法,由于標(biāo)貫法的經(jīng)驗公式較靜力觸探的公式更為完善,本文主要研究標(biāo)準(zhǔn)貫入法判別砂土的液化。

對砂土液化可能性的判別一般分兩步進(jìn)行。首先根據(jù)砂層時代和當(dāng)?shù)氐卣鹆叶冗M(jìn)行初判。一般認(rèn)為，對設(shè)防烈度6度，不考慮砂土液化問題；對地質(zhì)年代為第四紀(jì)更新世(Q3)及其以前的砂層地震烈度7度、8度時可不考慮砂土液化問題；對于粉土的黏粒含量百分率7度、8度、9度分別不小于10，13，16時，可不考慮液化問題[1，2]。然后,對已初步判別為可能發(fā)生液化的砂層，需要再作進(jìn)一步判定，一般采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法進(jìn)行判別，判別地面下20 m范圍內(nèi)土的液化，當(dāng)飽和砂土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值時，應(yīng)判定為液化土[1，2]。最后再根據(jù)液化土層的深度和厚度，計算每個鉆孔的液化指數(shù)，根據(jù)液化指數(shù)判定液化等級(輕微液化、中等液化、嚴(yán)重液化)，最后根據(jù)液化等級，采取相應(yīng)的液化處理措施。

2 砂土液化處理措施

目前對飽和砂土液化處理措施[3-6]主要有：合理選址，避開液化土層區(qū)域；采取振沖、夯實、爆炸、擠密等措施，消除砂土液化；換土回填置換；采用攪拌樁、旋噴樁等加固措施改良基底液化砂土，消除砂土液化；采用樁基礎(chǔ)，增加建構(gòu)筑物抵抗不均勻沉降或抗浮能力，消除砂土液化對工程的影響等。作者根據(jù)多年的工程經(jīng)驗，認(rèn)為處理地下工程的砂土液化問題，最行之有效的方法有振沖擠密碎石樁法、水泥攪拌樁法、鉆孔灌注樁法三種，前兩種方法屬于消除砂土液化，后一種屬于消除砂土液化的影響，三者各有優(yōu)缺點及適用范圍，下面結(jié)合具體工程實例，進(jìn)行詳細(xì)的論述。

3 工程實例

3.1 工程概況

某地下2層島式車站，站臺寬度11 m，雙層雙跨箱形框架結(jié)構(gòu)，車站總長205.0 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.7 m，共設(shè)4個出入口和2組風(fēng)亭，車站平面布置圖見圖1。車站內(nèi)襯墻與地下連續(xù)墻組成復(fù)合墻結(jié)構(gòu)，采用明挖順作法施工，全站覆土厚約3.0 m,主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐型式,標(biāo)準(zhǔn)段挖深17.2 m，端頭井挖深18.9 m，主體結(jié)構(gòu)底板主要落于淤泥質(zhì)土層，主體結(jié)構(gòu)開挖范圍內(nèi)主要為雜填土、淤泥夾砂、粉細(xì)砂層。車站附屬結(jié)構(gòu)采用單層箱形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用SMW工法樁+內(nèi)支撐型式，附屬結(jié)構(gòu)底板落于粉細(xì)砂層，基底以下存在約10 m厚的粉細(xì)砂層。根據(jù)詳勘報告顯示，本工程位于抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，粉細(xì)砂層的地基液化指數(shù)為IIE=11.9，液化等級判定為中等液化，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》《軌道交通抗震設(shè)計規(guī)范》，本工程均需要對附屬結(jié)構(gòu)基底下液化粉細(xì)砂層進(jìn)行處理。

3.2 液化處理方案

根據(jù)已有工程經(jīng)驗總結(jié)，結(jié)合本站的地理位置、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件、需要處理液化土層深度等，對本工程附屬結(jié)構(gòu)的基底液化土層處理提出三種方案：

方案一：在附屬結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置振沖擠密碎石樁處理液化粉細(xì)砂層，碎石樁直徑800，間距2 500 mm×2 500 mm(碎石樁間距根據(jù)經(jīng)驗取值，處理效果需達(dá)到中砂不液化，需提前作現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進(jìn)行驗證)，處理范圍為底板外擴2 000 mm，處理深度至液化土層底面，碎石樁長度約10 m。

方案二：采用三軸水泥攪拌樁(水泥摻量15%)滿堂紅加固基底粉細(xì)砂層，要求加固后土體28 d無側(cè)限抗壓強度不小于1.0 MPa，處理范圍為整個基底，處理深度至液化土層底面。

方案三：間距6 000 mm×6 000 mm布置φ800鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁布置原則：底板下鉆孔灌注樁數(shù)量={(附屬結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合1.0恒載+1.0活載)-作用在底板上的常水位水浮力}/鉆孔灌注樁抗壓承載力特征值，處理范圍為整個附屬覆蓋面積，鉆孔灌注樁深度約35 m、進(jìn)入卵石層2 m。

3.3 方案比選

三個方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較見表1。

表1 方案比選表

由于本工程地處鬧市區(qū)，周邊建筑物密集，周邊管線錯綜復(fù)雜，經(jīng)綜合比選，最后選用造價適中、處理效果好、耐久性好、施工難度小、工藝成熟度高、對周邊影響小、環(huán)境污染小的鉆孔灌注樁方案來處理附屬結(jié)構(gòu)的砂土液化問題。

4 結(jié)語

本文簡要論述了砂土液化的判別方法，從消除砂土液化和消除砂土液化對地下工程的影響兩個方面，分析了液化處理的相應(yīng)措施方法，提出了作者認(rèn)為最行之有效的三種液化處理方法：振沖擠密碎石樁法、水泥攪拌樁法、鉆孔灌注樁法。同時，作者結(jié)合一個地鐵車站附屬結(jié)構(gòu)基底液化處理的工程案例，對三種液化處理方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，分析了三種液化處理方案的優(yōu)缺點，最終選用了鉆孔灌注樁液化處理方案，對類似工程具有一定的借鑒意義。當(dāng)然，在液化處理方案比選過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題：

1)對于砂土地震液化對地下工程的向上浮托力問題，現(xiàn)有資料非常少，也缺乏相應(yīng)的依據(jù)，建議進(jìn)行進(jìn)一步的研究；

2)對于現(xiàn)如今的地下工程而言，底板深度15 m左右的工程比比皆是，基坑開挖挖除的液化土層對工程已經(jīng)沒有影響，主要影響就是基底的液化土層，而隨著深度的增加，砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)是逐漸增加的，也就是說土層越往下砂土越不容易液化，而規(guī)范是用一個鉆孔從上而下所有砂層的綜合指標(biāo)來判定場地土液化等級的，作者認(rèn)為對于埋深較深的地下工程而言不甚適用，建議需對砂土液化判別方法、地勘報告中液化等級的確定等作進(jìn)一步細(xì)化研究；

3)對于液化砂層非常深厚(層底埋深遠(yuǎn)大于20 m)的工程，如果基底位于20 m及以下深度位置(這種工程在不遠(yuǎn)的將來也將如雨后春筍一樣出現(xiàn))，是不是就可以直接按照規(guī)范不再進(jìn)行液化判定，直接蓋棺定論對此類工程不采取處理措施，作者認(rèn)為有待商榷。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50909—2014，城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 龔曉南.地基處理手冊[M].第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[5] 李天琪.碎石樁復(fù)合地基加固效果的瑞利波法評價研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2012,38(5):89-92.

[6] 孫禮文，曾 燕.清云住宅區(qū)1#樓基礎(chǔ)選型的分析與研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2004,30(2):68-69.

Study on sandy soil liquefaction treatment measures in underground projects★

Wang Zhihong1Wang Tao2Cheng Xi3

(1.PowerConstructionCorporationofChina,HuadongEngineeringCorporationLimited,Hangzhou310000,China; 2.ChinaJinmaoGroupCo.,Ltd,Beijing100032,China； 3.BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044,China)

Through in-depth researched on the judging principle of existing norm to sandy soil liquefaction, from theoretically proposed vibro-replacement compaction pile method, three axis cement mixing pile and bored pile three kinds of sandy soil liquefaction treatment measures, and combining with the engineering example, this paper made economic and technical comparison to three solutions, summarized the advantages and disadvantages of each methods, finally pointed out the optimal scheme and further researched problems.

sandy soil liquefaction, bored pile, foundation reinforcement, gravel pile

1009-6825(2016)31-0066-03

2016-08-26 ★：浙江省自然科學(xué)基金項目“基坑管涌機理的流固耦合模擬研究”(項目編號：Q17E080006)

王志虹(1978- )，女，碩士，高級工程師； 王 濤(1978- )，男，工程師； 程 曦(1992- )，女，在讀碩士

TU441.4

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