預制方樁對液化土層的擠密效果研究

孫 政，曹 勁

(1.國核電力規劃設計研究院有限公司，北京 100095；2.中國電力規劃設計協會，北京 100120)

預制方樁對液化土層的擠密效果研究

孫 政1，曹 勁2

(1.國核電力規劃設計研究院有限公司，北京 100095；2.中國電力規劃設計協會，北京 100120)

通過對某電廠工程主廠房區的預制方樁施工后樁間土檢測、分析、評價，預制方樁基不僅能夠滿足建（構）筑物穩定和變形的要求，還能對平面分布廣、縱向分布深的可液化地層有較好的擠密作用，消除其地震液化性。

預制方樁；擠密；消除；液化。

1 概述

隨著我國大型能源基地在相對高地震烈度區的建設，地基土液化成為影響地基穩定性、引起構筑物破壞的重要因素之一。如何消除地基土液化，滿足建(構)筑物穩定和變形的要求成為了勘測設計人員重點關注、解決的問題。

本文以山東某電廠巖土工程勘察項目為例，介紹采用預制方樁對場地飽和粉土、砂土進行地基處理，檢測、分析、評價預制方樁施工后對面積分布廣、縱向分布深的可液化地層的擠密效果。

2 工程概況及地質條件

2.1 工程概況

山東某發電廠位于黃河沖積平原，項目擬建設2臺600 MW國產亞臨界燃煤凝氣式機組。

主廠房地段包括汽機房、除氧間、煤倉間、鍋爐房、集控樓及柴油發電機室等建筑物。汽機房、除氧間及煤倉間上部結構型式為框排架及框架結構，鍋爐上部結構型式為鋼框架結構，集控樓上部結構型式為框架結構，基礎型式采用樁基，樁型采用鋼筋混凝土預制方樁。

2.2 工程地質條件及地震特征

2.2.1 地形地貌

擬建場地地形平坦，地貌類型為平地，地貌成因類型為沖積平原。

2.2.2 地層結構特征及物理力學性質指標

表1 主要地層結構特征及物理力學性質指標

2.2.3 地下水條件

場地地下水類型為第四系孔隙潛水，主要賦存于砂層和粉土層中。以大氣降水和灌溉入滲為主要補給方式，以蒸發和人工開采為主要排泄方式。地下水穩定水位埋深為2.60～3.05 m，相應高程為31.36～32.35 m。地下水穩定水位季節性變化很大，冬春季引黃灌溉和夏季降雨使地下水位上升至較高水位。廠址區年最高水位埋深為1.00 m，地下水位變化幅度為2.00 m。

2.2.4地震動參數

根據工程場地地震安全性評價結果，工程場地50年超越概率10%的平均土條件下的地震基本烈度為7度，設計地震加速度峰值為166.8 cm/s2，地震動反應譜特征周期為0.62 s。按《中國地震動參數區劃圖》)及《建筑抗震設計規范》的劃分，場地的設計地震動峰值加速度綜合判定為0.15 g，相應的地震基本烈度為7度，地震動反映譜特征周期為0.40 s(對應于中硬場地土)。

2.2.5 液化判別

按照《建筑抗震設計規范》及《火力發電廠巖土工程勘測技術規程》的要求，“當抗震設防烈度等于或大于7度時，建筑地基有飽和砂土和粉土時，應經過勘測試驗判斷在地震時的液化可能性。”

由于擬建場地地震基本烈度為7度，且場地存在飽和砂土和飽和粉土，近期年最高水位埋深為1.0 m，所以應進行液化的可能性判別。

根據《建筑抗震設計規范》規定，結合場地地層的地質年代、粉土或粉砂的粘粒含量以及上覆非液化土層厚度及地下水位的關系分析。

由于場地的⑤層粉土及以下的地層為(Q3)地層，符合規范規定，不需考慮液化影響；①、③、④-1層粉土 及③-1層粉細砂為第四系全新統沖積層，上覆非液化土層厚度及地下水位深度不能滿足規范規定要求，因此，需根據勘測成果進行計算來進一步判別。液化判別深度為④層層底。

根據《巖土工程勘測報告》液化判別結果，場地范圍內的①粉土、③粉土、③-1層粉砂、④-1粉土在地震烈度達7度時將產生地震液化。

場地地基土液化點的平面分布特點：嚴重液化區與中等液化區總體上呈南北向條帶狀相間分布。在液化區內，嚴重液化的勘探點其液化指數為ILE=18.4～35.9，中等液化的勘探點其液化指數為ILE=6.8～17.1；不液化和輕微液化(ILE=0.7～5.5)的勘探點零星分布于中等及嚴重液化區內，無規律性分布。場地液化等級為中等～嚴重，最大液化深度為16.30 m。

3 液化處理方案

根據《建筑抗震設計規范》要求，“存在液化土層的地基，應根據建筑物的抗震設防類別、地基的液化等級，結合具體情況采取相應的措施。”

場地20 m深度范圍內存在飽和粉土和砂土，在地震烈度達7度時將產生地震液化，液化等級為中等—嚴重，最大液化深度為16.30 m，按照規范要求需采取全部消除地基液化的措施，且由于上部結構和設備荷重較大，對地基的變形要求較高，根據勘測資料，場內①～⑤層土工程性質較差，承載力較低，不能滿足擬建主要構(建)筑物對變形的要求，綜合以上因素，采用樁基礎。

根據場地巖土工程勘測資料，⑥層粉細砂在場地內普遍分布，層厚2.20～6.40 m，一般層厚為3.00～5.00 m，層底埋深22.50～24.10 m，其標準貫入試驗擊數平均值為37.5擊(未經桿長修正)，靜力觸探錐尖阻力平均值qc＝18.23 MPa，中密—密實，飽和，具有壓縮性低、強度高、力學性質較好的特點，且厚度分布較均勻，為非液化地層，是良好的樁端持力層。利用該層作樁端持力層，樁基穿越液化地層，樁端伸入液化深度以下穩定土層的長度(不包括樁尖的部分)一般大于2d，滿足規范要求。在預制樁打入的過程中，樁對周圍的土產生很大的橫向擠壓力，將地基中等于樁體體積的土擠向周圍的土層中，這種強制擠密使可液化粉土和砂土的相對密度增加，孔隙比降低，干密度和內摩擦角增大，土的物理力學性質得到改善，將有效防止飽和粉土和砂土的震動液化。

4 樁基設計參數

樁體采用鋼筋混凝土預制方樁。

樁邊長：45 cm。

樁長：根據持力層埋深及承臺埋深，樁長一般為11～17 m。

布樁形式：采用矩形布樁，見圖1。

圖1 主廠房矩形布樁圖

樁間距：根據一期經驗和二期試樁結果確定樁間距大部分為1.6 m。

5 樁基施工方法

預制樁施工采用步履式打樁機，根據樁長及進入持力層深度采用導桿式DD63錘，沉樁控制當土層一般時以標高為主、貫入度為輔，當土層較硬時以貫入度為主、標高為輔。

5.1 施工工藝流程

場地平整→樁位測設→樁身外觀檢查(設置標尺)→樁機就位→喂樁、插樁→樁身校正→穩樁→擊打沉樁(觀測記錄)→打樁至設計標高→樁機移位。

5.2 技術措施要點

開工前準備：認真熟悉圖紙、地質資料，編制實施性技術方案，進行技術交底；核查現場地下管線及周圍建筑物情況，灑灰線標志或采取加固、隔震措施；對進場的方樁進行復驗檢查及設置標尺，對樁機進行計量檢驗標定；按圖紙測量放線定樁位(插鋼筋頭或小木樁)，測量記錄樁位的標高(高程)。

樁起吊、運輸、堆放：吊點(或支承點)位置采用2吊點，設于距樁端0.207L處；喂樁、沉樁時采用1吊點，吊點位置設于距樁端0.29L(L=10～16 m)處。砼強度達到100%時方可運輸、施打沉樁；吊索與樁身接觸處設膠墊；樁堆放時不超過四層，層間按吊點。

沉樁：樁尖就位插好后輕放樁錘，使樁均勻緩慢入土，并檢查樁的垂直度(偏差≯0.5%)；打樁開始時重錘低擊，落錘的起錘高度＜0.5 m，視樁沉入情況逐步加大沖擊力；打樁過程中采用2臺經緯儀在相互垂直的2個方向進行垂直觀測，確保樁的垂直度(打樁架的垂直度≯1%)，并控制樁頂偏差≯5 cm；沉樁中設專人準確進行量測記錄標高、貫入度。沉樁過程中如出現貫入度劇變、樁身突然發生傾斜、移位或有嚴重回彈、樁頂或樁身出現嚴重裂縫、破碎時，暫停打樁，并及時會同監理、設計單位研究，處理后方可繼續施工。

6 樁間土液化檢測

在工程施工完成四周后，根據設計要求，采用標準貫入試驗對樁間土的擠密效果進行了檢驗。共布置了4個勘探點，進行21個標準貫入試驗。標準貫入試驗錘擊數N前后比較見表2，標準貫入試驗液化判別結果見表3。

表2 標準貫入試驗錘擊數N前后比較

從表2中數據可知，樁基施工結束，并達到休止期后，通過對樁間土進行標準貫入試驗，標準貫入試驗平均擊數有了大幅度的提高。這說明在基樁的擠壓下，各地層土的密度增大，孔隙減少，土層結構變的密實。

表3 標準貫入試驗液化判別結果

續表3

從表3計算和比較結果看，樁基施工后的場地內原中等—嚴重液化的地基土層的液化性得到完全消除。

7 結論

通過工程主廠房區的巖土工程勘測、基礎設計、樁基施工及樁基施工后樁間土檢測證明，對于存在平面分布廣、縱向分布深的液化地層，且上部土層工程性質差的有重要建(構)筑物的建設場地，采用預制方樁處理后，對可液化的粉土、砂土有很好的擠密效應，不僅能夠滿足建(構)筑物穩定和變形的要求，同時樁基可以穿越液化地層，通過擠密作用消除地震液化。

Research on Compaction Effect of Prefabricating Square Pile in Liquidation Soil Layer

SUN Zheng1, CAO Jin2
(1.State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute Co., Ltd., Beijing 100095, China; 2.China Electric Power Planning & Engineering Association, Beijing 100120, China)

It passed through detection, analysis, evaluation, that earth among pile construction with prefabricating square pile of main power house in electric power engineering.Prefabricating pile can not only meet the requirement of building stability and deformation, bet also have better compaction effect for liquidation soil layer of horizontal distribution widespread and longitudinal distribution deep, earthquake liquefaction property.

prefabricating square pile; compaction; eliminatleion; liquidation.

TU47

B

1671-9913(2017)03-0006-05

2017-05-01

孫政(1964- )，山東萊陽人，高級工程師，主要從事巖土工程勘察和三標管理工作。