十字翼共振法在宿遷地區的應用研究

唐風華 杜廣印 夏涵

摘 ?要：宿遷地區位于廢黃河流域，大量分布近代沉積的粉砂、粉土，在地震作用下極易產生液化。十字翼共振法作為一種有效的砂土液化地基處理方法，近年來得到了很好地推廣和應用。文章以宿遷金鷹天地和宿新高速為背景，通過對共振法加固后的砂土液化場地進行靜力觸探測試、標準貫入測試，最后得到十字翼共振法在處理徐宿地區可液化地基具有較好的適用性。共振法進行地基處理后，錐尖阻力、側壁摩阻力和標貫擊數都得到了提高，尤其是砂土層的錐尖阻力增大幅度為1.84倍，側壁摩阻力增大幅度為1.47倍，標貫擊數最大增幅為2.65倍。結果表明，通過十字翼共振法處理后的砂土可液化地基的抗液化效果得到了明顯的改善。

關鍵詞：十字翼振桿;共振法;靜力觸探;標準貫入;液化地基

中圖分類號：TU472 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）13-0175-03

Abstract： Suqian area is located in the Abandoned Yellow River basin， where a large number of silt and silt deposited in recent years are easily liquefied under the action of an earthquake. As an effective method of sand liquefaction foundation treatment， the resonant compaction method has been widely used in recent years. This paper， taking Suqian Jinying and Suxin expressway as the background， carries out CPT and SPT on the sandy soil liquefaction site strengthened， and finally obtains that the resonance compaction method has good applicability in dealing with the liquefaction foundation in Xushu area. After the foundation treatment by the resonance compaction method， the tip resistance， sidewall friction resistance and the number of SPT blow count are all improved， especially in the sand layer， the increased range of tip resistance is 1.84 times， the increasing range of sidewall friction resistance is 1.47 times， and the maximum increase range of standard penetration attacks is 2.65 times. The results show that the anti-liquefaction effect of the liquefiable sand foundation treated by the resonance method is obviously improved.

Keywords： vibratory probe; resonant method; CPT; SPT; liquefiable ground

1 概述

宿遷地區是江蘇主要地震危險區之一，區內廣泛分布廢黃河泛濫沉積物，一般以粉土、粉細砂為主，而且埋藏較淺，地下水位又較高，地基土的天然承載力較低，在地震作用下非常容易產生液化現象。傳統的砂土液化地基處理一般采用強夯法[1]、水泥土攪拌樁法[2]、碎石樁法[3]和換填法[4]。

強夯法加固深度有限（≤10m），加固效果會隨著深度的增加快速衰減;施工時需要有一套重錘、起重機等強夯施工機具，同時會產生較大的環境振動和噪聲。水泥土攪拌樁法由于水泥固化速率慢，不能用于含石塊的雜填土，當用于處理的泥炭土或地下水具有侵蝕性時，宜通過試驗確定其適用程度。碎石樁處理范圍有限，需要大量礫石、碎石類填料，造價高，其成樁質量難以保證。換填法需要運輸大量填料，造價較高。

共振法是一種優良的消除液化的方法，憑借其施工簡單方便、加固效果顯著和工程造價低等優勢，已在國外粉砂土地基的加固和抗液化處理方面取得了很好的應用[5-9]。共振法主要是通過兩個方面來增加抗液化效果的，一是通過振動桿的強力反復振動，使振桿周圍的土層結構破壞并暫時性地發生破壞，并在之后重新排列，使土層孔隙變小，密度增加;二是振動桿貫入過程中會側向擠壓土體，使土體變得密實，并最終依靠兩方面的共同作用實現加固目的。相較于傳統的振動密實法，土層和振桿的共振所引起的振動放大效應可以有效提高振動能量從振桿傳遞到周圍土層的效率，且振桿和土的相對運動幅度很小，對周圍的影響也更小。近年來，共振法在我國發展十分迅速，已經擁有了一套完整的勘察-施工-評價體系并越來越多地被應用于地基土的抗液化處理[10]。

本文依托宿遷金鷹天地及宿新高速可液化地基處理工程，采用十字翼共振法進行地基處理。通過在地基處理前和地基處理后，采用靜力觸探測試和標準貫入測試進行加固效果評價和抗液化評價。

2 工程實例及處理方法

2.1 工程概況

宿遷金鷹天地廣場暨宿遷金鷹國際購物中心地位于宿遷市宿城區，位于古黃河西側。該場地地勢從東至西呈遞減的趨勢，高程為23.2～27.8m，地貌為黃河泛濫沖積平原，第四系覆蓋高度大于60m。工程地質條件如表1所示。

宿新高速是宿遷至新沂高速公路是江蘇高速公路網規劃“五縱九橫五聯”中“聯一”的重要組成部分。路線起點接寧宿徐高速公路宿遷南樞紐，經宿遷宿城區、宿豫區和徐州新沂市，終點接京滬高速公路，其中宿遷段38公里。經過勘察得知，該路段主要以粉土和砂質粉土為主（表2）。

2.2 共振法加固

十字翼共振桿如圖1所示。根據現場勘查情況，振桿長度根據加固深度選擇16m。振桿中部有均勻分布的通孔，不但減少了振桿質量，而且有利于能量傳遞和孔隙水壓力的消散。振桿底部有尖刺齒，振桿側壁有凸型半圓齒，有利于振桿的貫入和拔出。

工程加固開始前需確定四個重要參數：

振點間距，留振時間，振桿運動模式（沉入，懸停和拔出）和密實實施順序。

根據試振結果確定主要施工工藝指標：（1）振點間距

根據場地情況取1.8m。振點按三角形布置;（2）留振時間

30s;（3）振桿運動模式選擇在30Hz;（4）密實實施順序采用兩次間隔振動加固，第一遍施工時采用隔點施工（即在整個施工布點中間隔一個點施工一次），第一遍施工結束后間隔幾天讓土重新固結以后開始在第一遍振點間的中間點進行第二遍施工。如圖2所示。

2.3 靜力觸探測試

靜力觸探試驗采用國產手搖機械式雙橋靜力觸探的CPT設備，其探頭規格為：錐角為60°，圓錐直徑為43.7mm，錐底截面積為15cm2，側壁摩擦筒的表面積為300cm2，側壁摩擦筒的長度為218.5mm，測試深度間隔為10cm。

2.4 標準貫入測試

液化判別根據《公路橋梁抗震設計細則》（JTGTB02-01-2008）中關于地基的液化規定進行。測試過程嚴格按照《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001，2009版）進行。

3 試驗結果

從圖3可以看出采用十字翼共振法加固后的地基，采用CPT測試的錐尖阻力和側摩阻力都有不同程度的提高。其中，4.0～11.0m的土層的處理效果是最明顯的，試驗后的錐尖阻力隨深度總體趨勢是在增加的，增加幅度為1.84倍，側壁摩阻力與錐尖阻力趨勢是相同，增加幅度為1.47倍。可以看出在表層土會有所降低;到達粘粒含量較大的土層時錐尖阻力或是側壁摩阻力大小相同或是略微有所降低，這是由于粘粒含量的增加所造成的。液化土層的試驗結果是說明幅度有明顯的增加，液化基本消除。由圖4中可以看出在7.5m以上的土層錐尖阻力或是側壁摩阻力有所減少這是由于在檢測前幾天下雨之后沒有能及時排水，后來挖的排水溝在這個區的前后邊界處所以會造成一定的影響，但是排水完成之后這種影響就會消失。

在進行排水之后，進行了另外5個孔的CPT實驗，結果如圖4所示。由圖可以看出在進行排水之后，工后的實驗數據基本都是要比工前數據要大，而且進行排水之后的實驗數據也說明排水之后的數據同樣大于排水之前的數據。

標準貫入測試結果如圖5所示，采用共振法加固后，標貫擊數有了明顯的提高。根據結果計算得到，標貫擊數增長都超過了1倍，其中最大增幅為2.65倍。根據判液化的公式或是外文文獻中的理論：當標貫基數大于20這個值以上我們就可以認為該土是不液化的。從圖5中可以看出每層土的增加趨勢。

4 結論

本文采用十字翼共振法對宿遷地區可液化地基進行處理，處理前后分別對場地進行了標準貫入試驗、靜力觸探測試，對測試結果分析后得到如下結論：

（1）十字翼共振法處理可液化地基具有較好的適用性。通過共振法處理后的地基抗液化效果得到了明顯的改善。

（2）通過靜力觸探測試，共振法進行地基處理后，錐尖阻力、側壁摩阻力都得到了提高，尤其是砂土層的錐尖阻力增大幅度可以達到1.84倍，側壁摩阻力增大幅度可以達到1.47倍。

（3）通過標準貫測試，共振法進行地基處理后，標貫擊數有了明顯增長，其中最大增幅為2.65倍。

參考文獻：

[1]吳興輝，門青波，常玉娟.強夯法加固砂土地基效果的檢測分析[J].巖土工程技術，2014，28（6）：287-290.

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[4]張曉斐，苗磊，胥維纖.水工建筑物液化砂土地基處理方法淺析[J].地下水，2016，38（4）：197-198.

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[7]鄒海峰，蔡國軍，劉松玉，等.基于孔壓靜力觸探試驗的土類指數共振法加固液化地基效果評價[J].巖石力學與工程學報，2013，32（S2）：4105-4114.

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[11]劉松玉，杜廣印，苗永紅.十字形振動翼[P].中國專利，200710020591.9.2008-12-24.