錦屏3＃營地液化地基振沖碎石樁加固處理技術(shù)

蔣學(xué)林，李武，吳火兵

錦屏3＃營地液化地基振沖碎石樁加固處理技術(shù)

蔣學(xué)林，李武，吳火兵

（二灘水電開發(fā)公司錦屏建設(shè)管理局，四川西昌615012）

在錦屏水電站3＃營地基礎(chǔ)加固中，應(yīng)用振沖碎石樁法加固深厚粉細砂層地基，有效提高地基承載力，明顯消除了地基土的可液化性，減少基礎(chǔ)沉降量和不均勻沉降，滿足修建多層建筑的設(shè)計要求。通過該工程實例簡要介紹了振沖碎石樁加固地基的設(shè)計及施工方案、施工工藝、質(zhì)量控制以及質(zhì)量檢測結(jié)果，實踐表明采用振沖碎石樁加固可液化地基具有快速、方便、可靠的特點。

振沖碎石樁；液化地基；設(shè)計；施工；檢測

1 工程概況

1．1工程基本概況

錦屏一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣與木里縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上，是雅礱江下游從卡拉至河口河段水電規(guī)劃梯級開發(fā)的龍頭水庫電站。3＃營地為水電站建設(shè)期間的主要承包商營地，總建筑面積約14萬m2，營地選址在雅礱江右岸三坪上。擬建場地地形基本平坦，坡度約1～3°，距錦屏一級水電站壩址區(qū)約4 km。場地東、南、北三面環(huán)山，平面上呈“Y”字形，雅礱江從場地西側(cè)二坪子前沿由南向北流過，場地與河面高差約380 m。

1．2工程地質(zhì)概況

建筑場地內(nèi)覆蓋層主要為冰川、冰水堆積物、崩坡積物、洪積堆積物和湖相沉積物，下伏基巖為（T2 -3Z）互層狀大理巖與綠片巖、鈣質(zhì)綠片巖，厚約20～70 m，巖石顏色較雜，以灰至深灰色為主，互層狀結(jié)構(gòu)。至上而下各土層特性分述如下。

第1層：耕植土（Q4ml）：主要成分為粉土、粉細砂，灰～灰白色，夾少量碎石、卵石，松散、稍濕，含植物根系，厚度0．4～0．6 m。

第2層：粉土（Q4dl＋el）：淺灰色～灰褐色，含少量圓礫，稍濕～濕，松散，局部地段含少量粘粒，韌性較好，厚度在3～5 m，該層與粉細砂層呈互層。

第3層粉細砂（Q4pl＋al）：灰色，含少量的圓礫，濕，松散到稍密，該層上部一般主要為粉細砂，下部一般含有少量粘粒，鉆探揭示該層厚度一般在7～15 m，最厚達18．5 m，埋深一般在10 m以下。

第4層：圓礫（Q4pl＋al）：粒徑一般在0．5～2 cm，成分主要為大理巖、砂巖，含少量玄武巖等，橢圓狀，含量一般在50%～70%左右，充填物主要為粉細砂，該層厚度一般在1～3 m。

第5層：碎石土（Q3pl＋al）：粒徑一般在3～6 cm，最大達到15 cm，成分主要為大理巖，局部含砂巖，次棱角～棱角狀，含量一般在50%～85%，充填物為粉細砂，粒徑一般在2～4 cm。

2 地基處理目的

根據(jù)砂層、粉土層厚度和埋深將營地共分為4個區(qū)，即Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ區(qū)，其中Ⅰ區(qū)上覆碎石土厚度在10 m以上，Ⅱ區(qū)上覆碎石土層厚度為7～10 m，Ⅲ區(qū)上覆碎石土層厚度為5～7 m，Ⅳ區(qū)上覆碎石土層厚度小于5 m。場地內(nèi)Ⅲ，Ⅳ區(qū)存在深厚粉細砂層，層深度30 m未揭穿，通過計算分析該層屬于可液化土層。錦屏工程場地地震基本列度為Ⅶ度，相應(yīng)的基礎(chǔ)水平峰值加速度為0．15 g。本營地建筑物設(shè)防類別均為丙類。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（50011-2001）的規(guī)定，必須對要利用的可液化土層區(qū)進行處理，達到以下目的：

（1）消除地基土的液化可能性；

（2）提高地基土的承載力；

（3）減少地基的不均勻沉降。

3 地基處理方案選擇

根據(jù)本工程地基處理的目的和要求，設(shè)計單位對樁基礎(chǔ)法、換填法、振沖置換法（振沖碎石樁法）等進行了經(jīng)濟、技術(shù)比較。針對本工程工期緊，交通極不方便，大型設(shè)備無法進入施工區(qū)的情況，決定采用振沖碎石樁法，其施工設(shè)備簡單，進場容易，施工進度快，能夠滿足設(shè)計和工程進度要求，是比較經(jīng)濟適用的施工方法。

4 振沖碎石樁加固地基設(shè)計

4．1設(shè)計技術(shù)要求

設(shè)計要求地基處理后達到：

（1）全部或部分消除場地飽和粉細砂層的液化沉陷；

（2）地基承載力特征值fak≥180 kPa。

4．2振沖碎石樁的設(shè)計

4．2．1振沖碎石樁加固地基原理

振沖碎石樁加固砂層的原理：一方面依靠振沖器的強力震動使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減少，密度增加；另一方面依靠振沖器的水平振動力，使加固填料把砂層擠壓加密。

振沖碎石樁加固可液化砂層地基的主要機理是擠密作用、排水減壓作用、砂基預(yù)振效應(yīng)。

4．2．2樁位布置設(shè)計

依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）確定處理范圍及深度。

主要參數(shù)：

（1）基礎(chǔ)參數(shù)。基礎(chǔ)類型為條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1．5 m，基礎(chǔ)寬度為1．8 m，基礎(chǔ)覆土容重為20 kN／m3，豎向荷載為280．0 k N／m。

（2）土層參數(shù)（表1）。土層層數(shù)為3，地下水埋深為1 m，壓縮層深度為7．4 m，沉降經(jīng)驗系數(shù)為0．4，地基承載力修正公式：

式中：ηb為基礎(chǔ)寬度地基承載力修正系數(shù)；ηd為基礎(chǔ)深度地基承載力修正系數(shù)。

承載力修正基準(zhǔn)深度do：0．500 m

表1 土層參數(shù)表Table 1 Soil stratum parameters

（3）設(shè)計參數(shù)。樁布置形式：等腰三角形，樁距1．8 m，排距1．5 m；護樁樁距2．1 m，排距1．5 m。

樁徑d：1 000 mm。

樁長：基礎(chǔ)底面以下7．0 m，施工樁長8．8 m。

樁體承載力特征值：400．0 kPa。

墊層厚度：300 mm。

墊層超出樁外側(cè)的距離：300 mm。

基礎(chǔ)邊緣外樁的排數(shù)（橫向）：3。

基礎(chǔ)邊緣外樁的排數(shù)（豎向）：3。

4．2．3地基承載力

經(jīng)計算，地基承載力fa＝204．5 kPa，大于附加壓力Pz和自重壓力Pcz之和123．6 kPa，復(fù)合地基承載力滿足要求。

4．2．4沉降計算

經(jīng)計算，總沉降量S＝51．16 mm。

5 液化分析判斷

處理前對該場地進行振沖試驗，確定振沖參數(shù)；處理后檢測地基處理深度、承載力、標(biāo)貫擊數(shù)等是否滿足要求。即處理后基底下7 m深度內(nèi)無可液化層，視為滿足設(shè)計要求。對9 m以下（加上埋深）的砂土層可通過標(biāo)貫擊數(shù)進一步判斷處理效果。

6 振沖施工

錦屏水電站3＃營地采用振沖碎石樁加固地基的建筑物有宿舍、辦公樓等15棟，振沖碎石樁8 863根，總進尺79 603．5 m，碎石墊層4 602．4 m3，工程于2005年10月8日開工，2006年1月11日全面完工。

6．1施工技術(shù)參數(shù)

工程采用BJ-75 kW振沖器施工，依據(jù)工程設(shè)計技術(shù)要求和試樁結(jié)果，確定施工技術(shù)參數(shù)為：制樁電壓為380 V，波動超過20%不得施工，振密電流7 080 A，留振時間8～10 s，造孔水壓0．4～0．6 MPa，制樁水壓0．4～0．2 MPa，加密段長度40～50 cm。

6．2施工程序

工程采用強迫造孔連續(xù)填料加密的施工方法，振沖樁的施工程序和方法如下。

（1）施工準(zhǔn)備。包括清理場地、測量放樣、碎石料準(zhǔn)備、接通水電等。

（2）施工機具就位，起吊振沖器對準(zhǔn)樁位。

（3）造孔。開工高壓水泵，啟動動力箱子，待振沖器運行正常之后，使振沖器緩緩貫入土中，直至設(shè)計標(biāo)高以上30 cm，造孔速度不大于1～2 m／min。

（4）清孔。當(dāng)振沖造孔達到設(shè)計高程時開始清孔，將振沖器提出孔口，再較快從原空位貫入，使樁孔暢通，為有利于填料加密，將振沖器提升1～2次。

（5）填料加密。采用裝載機喂料為主，人工喂料為輔，按照規(guī)定的振密電流和留振時間完成一段施工，然后將振沖器提上進行下一段次加密。

（6）重復(fù)上一步驟，自下而上，直至加密到設(shè)計要求樁頂標(biāo)高，為滿足場地施工和安全方面要求，該標(biāo)高以上要求用碎石料填至孔口。

6．3施工質(zhì)量控制

振沖碎石樁質(zhì)量控制關(guān)鍵是密實電流的大小、留振時間、填料量等參數(shù)。工程采用系統(tǒng)控制加密電流及留振動時間，以減少人為因素造成的偏差。在振沖樁施工過程中，容易出現(xiàn)振沖碎石樁樁位偏移、導(dǎo)管傾斜、樁徑不足等質(zhì)量問題，針對不同的問題提出不同的預(yù)防控制措施。

（1）樁位偏移。嚴(yán)格樁位測量放樣和檢查復(fù)核，保證樁位符合設(shè)計要求。

（2）導(dǎo)管傾斜。為保證導(dǎo)管不傾斜，振沖器的下降速率應(yīng)嚴(yán)格控制。

（3）樁徑。及時調(diào)整參數(shù)，加大加密電流和水壓，保證填料量。

（4）填料的質(zhì)量。本工程所用填料為硬質(zhì)、抗風(fēng)化的大理巖，粒徑30～100 mm，含泥量小于5%，并儲備一定的石料用量，保證振沖樁連續(xù)施工。

（5）樁長。振沖器導(dǎo)管每隔1 m焊一長鋼筋，每隔0．5 m焊一短鋼筋，作為深度標(biāo)志，以控制樁長和加密段長度。

（6）根據(jù)規(guī)范要求對振沖樁的樁體密實度進行跟蹤檢測，同步進行了大量的重動力觸探測試，取得的實測數(shù)據(jù)見表2。

表2 超重型觸探測試成果Table 2 Overpower penetration test data

7 振沖碎石樁加固效果

7．1振沖樁復(fù)合地基檢測

按照規(guī)范和設(shè)計要求，項目業(yè)主委托第三方對振沖樁復(fù)合地基進行了檢測。檢測方法為：在樁體中心進行動力觸探試驗，對樁體密實度進行評定；對樁間土進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，評定樁間土的液化程度；對單樁進行復(fù)合地基荷載試驗。現(xiàn)以管理2＃樓為例進行分析。

7．1．1動力觸探試驗

對管理2＃樓23根碎石樁進行了超重動力觸探試驗，成果指標(biāo)統(tǒng)計見表3。

N120最小值為4擊，平均值為4．6擊。表明水振沖碎石樁身為稍～中密。

表3 N120超重型動力觸探試驗統(tǒng)計成果Table 3 Statistical data on N120overpower penetration test

7．1．2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗

對管理2＃樓進行了3孔共10次的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，其成果指標(biāo)見下表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果統(tǒng)計表Table 4 Standard penetration test statistical data

標(biāo)準(zhǔn)貫入原位測試結(jié)果最小值為10擊，平均值為12．1擊。表明水振沖碎石樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的臨界值10擊。7．1．3復(fù)合地基檢測

試驗采用慢速維持荷載法，承壓板采用1．55 m× 1．55 m方形鋼板，試驗分8級進行，每級荷載為110 kN，最大壓板壓力360 kPa，為設(shè)計要求承載力的2倍。

選擇管理2＃樓的3個測樁進行檢測，以220號樁為例，試驗數(shù)據(jù)見圖1。

圖1 荷載沉降關(guān)系曲線Fig．1 Loading-settlement curve

各點的復(fù)合地基靜載試驗全過程正常、連續(xù)。試驗加至最大荷載時，地基沉降趨于穩(wěn)定，復(fù)合地基承載力特征值取最大加載量的一半，即180 kPa。試點P-S曲線為緩變形，無明顯拐點，復(fù)合地基承載力特征值按S＝15．5對應(yīng)的荷載取值，但不超過最大加載量的一半。

經(jīng)上分析計算，試驗成果見表5。

7．2加固效果評價

根據(jù)超重動力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗及復(fù)合地基靜力載荷試驗結(jié)果，該場地的振沖碎石樁為稍～中密，消除了原場地內(nèi)松散狀的土層；振沖碎石樁處理深度為基礎(chǔ)底面下7．0 m，不小于基底面下液化土設(shè)計深度7．0 m，采用振沖碎石樁加固以后，樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)大于判別液化的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)錘擊臨界值10擊，基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度符合要求。綜合判斷，該地已經(jīng)消除地基液化沉陷；振沖碎石樁復(fù)合地基承載力大于180 kPa，滿足設(shè)計要求。

表5 靜力載荷試驗成果Table 5 Static loadingtest result

8 結(jié)語

錦屏水電站3＃營地基礎(chǔ)處理的工程實踐表明，采用振沖碎石樁加固液化地基具有快速、方便、簡單、可靠的優(yōu)點。

（1）采用振沖擠密法處理后，碎石樁與加密土體形成的復(fù)合地基能夠滿足設(shè)計要求；

（2）振沖碎石樁法較為經(jīng)濟，其施工設(shè)備簡單，碎石料可以就近取材；

（3）施工進度快，滿足3＃營地房建工程施工進度的要求；

（4）振沖碎石樁施工技術(shù)比較成熟，經(jīng)第三方檢測，一次性合格率100%，施工質(zhì)量可靠。

［1］中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院．四川省雅礱江錦屏水電站3＃（三坪）承包商營地巖土工程勘察報告［R］．成都：成都勘測設(shè)計研究院，2005．

［2］JGJ79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］．

［4］GB50011-2001，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］．

［5］GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］．

［6］GB94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．

（編輯：曾小漢）

Vibro-replacement Stone Column Technique on Liquefied Foundation in No．3 Camp of Jingping Project

JIANG Xue-lin，LI Wu，WU Huo-bin
（EHDC Jinping Construction Management Authority，Xichang 615012，China）

The vibro-replacement stone column technique was successfully applied to the foundation reinforcement in No．3 camp of Jinping Project．After using the technique，the bearing capacity of the foundation was improved，the foundation liquation was eliminated obviously，and the settlement quantity and un-uniformity settlement value were reduced．By an illustration，the purpose，the design and construction scheme，the construction technique，the quality control and quality detection of vibro-replacement stone column were all introduced briefly．It was proved by practice that vibro-replacement stone column technique is characterized by good efficiency，convenient construction and reliable quality．

vibro-replacement stone column；liquefied foundation；design；detection

TU472．3

A

1001-5485（2009）03-0028-04

2008-11-12；

2009-01-16

蔣學(xué)林（1973-），男，四川南充人，高級工程師，主要從事巖土工程和地下工程等方面的施工、管理及研究工作，（電話）13684363460（電子信箱）Jiangxuelin＠ehdc．com．cn。