松散砂土地區(qū)地基處理方法的選擇與應(yīng)用

羅亞（天津青年職業(yè)學(xué)院 天津 300191）

我國寧夏中北部、內(nèi)蒙古西部、新疆等沙漠邊緣地區(qū)，廣泛分布著風(fēng)積粉細(xì)砂等松散砂土地基。這種砂土地基一般是在風(fēng)力搬運(yùn)條件下形成的，成層時間較短。顆粒級配中粒徑大于0.075 mm的顆粒占全重的比例一般在50%～85%之間，處于松散或稍密狀態(tài)。一般地基承載力特征值不大于120 kPa。如果當(dāng)?shù)氐叵滤惠^高，處于飽和狀態(tài)的砂土在靜載作用下雖然具有較高的強(qiáng)度，但在機(jī)器振動、車輛荷載，特別是地震力的反復(fù)作用下，可能產(chǎn)生較大的震陷變形。地基會因砂土液化而喪失承載能力。

對于這種砂土地基，工業(yè)或民用建筑地基處理主要應(yīng)考慮的問題是提高承載能力和消除地基土液化。

1 地基處理方法的選擇

砂土地基常用的地基處理方法有以下幾種：

1.1 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是采用重量為10～40 t的重錘從高處自由落下，地基土體在強(qiáng)夯的沖擊力和振動力作用下密實，從而提高其承載力，降低其壓縮性。該方法的優(yōu)點(diǎn)是加固效果顯著，施工期短，費(fèi)用低等。但由于強(qiáng)夯施工會產(chǎn)生較大的震動和噪聲，可能對相鄰建筑物產(chǎn)生影響，因此一般不能用于現(xiàn)有建筑物鄰近處施工或居民區(qū)附近施工，應(yīng)用范圍受到一定限制。

1.2 旋噴樁

旋噴樁是一種利用水泥、石灰等固化材料將土體固結(jié)，形成堅硬的拌和樁體，與樁間土體共同作用形成復(fù)合地基的處理方法。施工工藝是利用鉆機(jī)將帶有噴嘴的注漿管鉆進(jìn)至土層的預(yù)定位置，通過高壓噴射水泥漿沖切土體，噴嘴在噴射的同時旋轉(zhuǎn)和提升，水泥漿固化后與土體形成圓柱狀水泥土加固體，與樁間土共同作用，形成復(fù)合地基。這種處理方法的主要優(yōu)點(diǎn)是；不需事先成孔，而是邊噴射邊提升，避免了塌孔和縮頸現(xiàn)象，成樁質(zhì)量較好；施工過程中基本無振動和噪音。但由于施工工藝控制和施工機(jī)具要求較高，造價相對也較高。

1.3 振沖碎石樁

振沖碎石樁是利用振動沉管工藝在沙土中打入鋼管，通過強(qiáng)力振動使砂土結(jié)構(gòu)受到破壞，顆粒重新排列，孔隙減少，從而對樁間土產(chǎn)生擠密作用。同時在樁孔內(nèi)填入碎石起到置換作用。由于樁間砂土密實度增加，提高了樁間土的抗剪強(qiáng)度和抗液化性能，置換的碎石樁體強(qiáng)度又遠(yuǎn)大于樁間土強(qiáng)度，不但使復(fù)合地基承載能力明顯提高，在地震力作用下抗液化的能力也顯著增強(qiáng)。碎石樁還起到了很好的排水通道作用，有利于超孔隙水壓力的消散，能夠使復(fù)合地基更快穩(wěn)定固結(jié)。這種地基處理方法又根據(jù)沉管施工時是否采用水沖而分為干振碎石樁法和振沖碎石樁法。其中利用水沖輔助成樁的振沖碎石樁法應(yīng)用較廣。

相比較而言，這幾種地基處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍也有所不同。強(qiáng)夯法由于夯擊影響深度有限，一般適用于砂土厚度不大（2～8 m），對施工振動和噪聲不敏感的工程中。旋噴樁由于水泥土加固體強(qiáng)度較高，屬于剛性樁復(fù)合地基，一般用于對地基承載力要求較高的工程中。而振沖碎石樁由于填入碎石僅起到置換作用，屬于柔性樁復(fù)合地基，承載力提高有限，但對消除砂土液化效果明顯，因此大量應(yīng)用于較高抗震烈度地區(qū)一般工業(yè)與民用建筑的地基處理中。

2 工程實例

某工業(yè)建筑篩分車間位于陜西內(nèi)蒙交界的沙漠邊緣地帶，地基表層風(fēng)積粉細(xì)砂厚度達(dá)到6 m，由于靠近河床含水率較高，下部為中等風(fēng)化泥巖層。當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度8度，且車間內(nèi)布置了大量振動設(shè)備。地質(zhì)報告提出表層砂土液化等級為中等，要求對該層砂土進(jìn)行消除液化的地基處理。同時由于該層土較松散，承載能力低（fak=120 kPa），不能滿足建筑物地基承載力的要求，因此決定采用振沖碎石樁法進(jìn)行地基處理。

根據(jù)規(guī)范要求，振沖碎石樁的布置要求消除地基液化時，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基底下可液化土層厚度的1/2。確定處理寬度為基礎(chǔ)外緣外擴(kuò)3 m，即廠房內(nèi)整片處理，廠房外圍軸線基礎(chǔ)外擴(kuò)3 m。結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕l件，采用55 kW振沖器，樁體直徑0.9 m，等邊三角形布置，間距1.8 m，樁長穿透粉細(xì)砂層，填料采用30～100 mm碎石。

初步設(shè)計時采用規(guī)范推薦公式預(yù)估復(fù)合地基承載力特征值：

其中m為樁土面積置換率，采用規(guī)范公式計算m=0.227。

fsk為處理后樁間土承載力特征值，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗取fsk=160 kPa。

fpk為樁體承載力特征值，宜通過單樁載荷試驗確定，在初步設(shè)計階段，按經(jīng)驗取值fpk=300 kPa。

經(jīng)計算可得：fspk=191.8 kPa。

大面積施工前，先選取局部進(jìn)行實驗性施工，按設(shè)計要求共施工試驗樁10根，并進(jìn)行單樁載荷試驗和樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗。樁體承載力特征值超過320 kPa，樁間土各深度標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)均提高1.5倍以上，超過了規(guī)范規(guī)定的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，滿足抗液化要求。

復(fù)合地基施工完成后，又進(jìn)行了復(fù)合地基載荷試驗，加荷達(dá)到400 kPa時未發(fā)生復(fù)合地基破壞，復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)論

在松散砂土地區(qū)，如抗震設(shè)防烈度在7度及以上，且砂土含水率較高的情況下，地基處理的要求主要是消除液化趨勢，同時通過對砂土的振密作用提高承載力。

振沖碎石樁振密效果與土質(zhì)關(guān)系密切，對粉土及含粉粒較多的粉質(zhì)砂，振沖擠密的效果較差，因此施工前應(yīng)做好試樁，確定成樁效果及承載力。施工時樁體碎石密實度對復(fù)合地基承載力影響也很大，要求施工時嚴(yán)格控制填料量和擠壓夯實質(zhì)量。并應(yīng)通過載荷試驗確定最終復(fù)合地基承載力特征值。

根據(jù)規(guī)范規(guī)定，振沖碎石樁施工驗收后，應(yīng)在樁頂和基礎(chǔ)底之間鋪設(shè)砂石褥墊層，以起到調(diào)節(jié)樁土應(yīng)力比和調(diào)節(jié)沉降的目的。

大量的工程實踐表明，振沖碎石樁是一種既對砂土振密效果好，消除液化效果明顯，又施工簡便成本較低的砂土地區(qū)地基處理方法?！?/p>

[1]中國建筑科學(xué)研究院.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JG J 79-2002）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.