山東某電廠干振碎石樁施工及其原體試驗(yàn)

李吉林，張旭虎

(1. 山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250100；

2. 河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050021)

山東某電廠干振碎石樁施工及其原體試驗(yàn)

李吉林，張旭虎

(1. 山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250100；

2. 河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050021)

山東某百萬機(jī)組電廠工程場(chǎng)區(qū)位于山東省北部沿海區(qū)域，廠前區(qū)上部地基土工程性質(zhì)較差，地基承載力較低，變形較大，且場(chǎng)地內(nèi)的飽和粉土及砂土在地震影響烈度達(dá)Ⅶ度時(shí)將可能產(chǎn)生輕微液化現(xiàn)象，不能作為建(構(gòu))筑物的天然地基持力層，因此需進(jìn)行地基處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖土條件，擬采用干振擠密碎石樁復(fù)合地基處理，按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，需進(jìn)行復(fù)合地基原體試驗(yàn)。本文主要介紹復(fù)合地基原體試驗(yàn)施工過程、檢測(cè)方法及試驗(yàn)成果等。

干振碎石樁；復(fù)合地基；原體試驗(yàn)。

1 工程概況

山東某百萬機(jī)組電廠工程場(chǎng)區(qū)位于山東省北部沿海區(qū)域，廠前區(qū)上部地基土工程性質(zhì)較差，地基承載力較低，變形較大，且場(chǎng)地內(nèi)的飽和粉土及砂土在地震影響烈度達(dá)Ⅶ度時(shí)將可能產(chǎn)生輕微液化現(xiàn)象，不能作為建(構(gòu))筑物的天然地基持力層，因此需進(jìn)行地基處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖土條件，擬采用干振擠密碎石樁復(fù)合地基處理，需進(jìn)行復(fù)合地基原體試驗(yàn)。本工程假定±0.000標(biāo)高相當(dāng)于絕對(duì)高程4.000m。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次試樁工程布置干振擠密碎石樁計(jì)64根。試驗(yàn)項(xiàng)目包括復(fù)合地基載荷試驗(yàn)、樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、樁體超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、采取土樣并進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)等。

2 地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

擬建場(chǎng)地地貌成因類型為海積平原，地貌類型為濱海低地。場(chǎng)地地勢(shì)開闊，原始地形平坦，經(jīng)人工整治后，場(chǎng)地大部分為養(yǎng)蝦池。地面高程0.57m～3.77m。

2.2 地層結(jié)構(gòu)

擬建場(chǎng)址區(qū)勘測(cè)深度內(nèi)揭露地層主要為第四系人工填土、第四系全新統(tǒng)海積層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，巖性為素填土、粉土、粉質(zhì)粘土、粘土和粉砂。

3 干振碎石樁的設(shè)計(jì)與施工

3.1 干振碎石樁方案的設(shè)計(jì)

3.1.1 試樁場(chǎng)地選擇

試驗(yàn)場(chǎng)地位置，著重考慮試驗(yàn)區(qū)處理深度范圍內(nèi)地層的代表性及地下水位標(biāo)高，確定在宿舍區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，采取試驗(yàn)樁與工程樁相結(jié)合的原則。

3.1.2 試驗(yàn)機(jī)具的選擇

綜合考慮地基土的物理力學(xué)性質(zhì)、建筑物對(duì)地基承載力的要求和制樁深度等因素，選用60kW振動(dòng)樁錘及與其相匹配的輔助設(shè)備。

3.1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79—2002)的有關(guān)規(guī)定，按以下設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)：

布樁方式：正方形；樁間距：s=1.3m；樁徑：d=0.5m；樁土面積置換率：m=0.116；樁長(zhǎng)：有效樁長(zhǎng)不小于14.0m。護(hù)樁排數(shù)：2～3排。試驗(yàn)樁數(shù)：64根。

3.2 干振碎石樁的施工

干振碎石樁的施工按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002)及《電力工程地基處理技術(shù)規(guī)程》(DL/T5024—2005)第11章的有關(guān)要求執(zhí)行。

3.2.1 樁體材料

干振碎石樁樁體材料采用碎石，碎石粒徑不大于50mm，含泥量不大于5%。

3.2.2 成樁

(1)干振碎石樁施工利用電動(dòng)振動(dòng)打樁機(jī)，采用振動(dòng)沉管成樁法進(jìn)行施工；采用活瓣樁靴，樁尖采用平底型。

(2)成樁施工順序應(yīng)從中間向外圍或隔排施工，先軟土地段后硬土地段，先長(zhǎng)邊后短邊進(jìn)行施工。

(3)管中填料的振密壓實(shí)按下列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制：

①深度控制?？刂乒苤刑盍险駥?shí)后的高度與松填高度的比值為0.5。

②密實(shí)電流控制?？刂萍訅赫衩軙r(shí)的電流，達(dá)到比空載電流大15A～20A為止。

(4)保證干振樁填料的連續(xù)性，以保證樁身連續(xù)避免出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。

(5)布設(shè)樁位及施工過程中樁位偏差不大于100mm，樁孔傾斜度不大于1%。

(6)施工完畢滿足休止期后，將表層的松散層挖除，進(jìn)行載荷試驗(yàn)工作。

3.2.3 施工結(jié)果

根據(jù)干振碎石樁施工試驗(yàn)結(jié)果，每樁作業(yè)時(shí)間為30～40min，每樁反插次數(shù)為13～15次左右，每樁實(shí)際投料量為3.5～3.6m3，充盈系數(shù)為1.274～1.31左右，密實(shí)電流為75～80A左右。

4 地基處理試驗(yàn)方案及方法

為了檢測(cè)地基處理方案對(duì)地基土的處理效果，根據(jù)干振碎石樁試驗(yàn)方案，采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)、樁體超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、樁間土取土標(biāo)貫試驗(yàn)以及室內(nèi)土工試驗(yàn)等方法對(duì)地基土進(jìn)行檢測(cè)，確定樁體施工質(zhì)量、處理后地基土承載力特征值、樁間土液化是否消除及地基處理前后地基土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比變化等。

干振碎石樁試驗(yàn)區(qū)布置3個(gè)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，3個(gè)樁間土取土標(biāo)貫試驗(yàn)孔，3個(gè)樁體超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)孔。

4.1 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002)附錄A的有關(guān)要求執(zhí)行。

通過試驗(yàn)確定地基處理后的單樁復(fù)合地基承載力特征值fspk、變形模量E0。

4.2 超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)按《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)要求進(jìn)行。

4.3 鉆探與取樣

地下水位以上土層采用回轉(zhuǎn)螺旋鉆探，回次進(jìn)尺控制在1m以內(nèi)且不超過螺旋葉片長(zhǎng)度，地下水位以下采用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)巖芯管鉆探，回次進(jìn)尺控制在1.50m～2.00m以內(nèi)，且不超過巖芯管凈空長(zhǎng)度，采取全芯。不擾動(dòng)土試樣使用固定活塞式薄壁取土器，鍍鋅鐵皮作襯管，用重錘少擊法采取，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查為Ⅰ級(jí)不擾動(dòng)樣者，及時(shí)包裝密封，擾動(dòng)土試樣從標(biāo)貫器中采取。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

檢驗(yàn)地基處理效果和施工質(zhì)量，判定處理后的地基土的地震液化現(xiàn)象是否消除。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)與鉆探配合進(jìn)行，使用的設(shè)備符合《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2001)的要求，采用自動(dòng)脫鉤式自由落錘法，在保證孔底清潔的前提下進(jìn)行試驗(yàn)。貫入器打入土中15cm后，開始記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，累計(jì)打入30cm的錘擊數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)。當(dāng)錘擊數(shù)已達(dá)50擊，而貫入深度未達(dá)30cm時(shí)，記錄50擊的實(shí)際貫入深度。

4.5 室內(nèi)試驗(yàn)

確定地基處理后地基土的有關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)。

室內(nèi)土工試驗(yàn)嚴(yán)格按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50123—1999)的有關(guān)要求進(jìn)行操作和資料整理。

5 原體試驗(yàn)結(jié)果

5.1 樁體檢測(cè)

干振碎石樁施工完成后，隨機(jī)抽取了3根樁體進(jìn)行了連續(xù)超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，檢測(cè)干振碎石樁施工效果，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求，樁體密實(shí)度大部分為稍密～密實(shí)。

5.2 地基處理前后地基土主要物理力學(xué)指標(biāo)比較

主要物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 干振碎石樁處理前后地基土主要物理力學(xué)指標(biāo)比較

從上表可以看出，采用干振碎石樁處理后，壓縮系數(shù)：②粉土降低36%、②—1粉質(zhì)粘土降低3.2%，壓縮模量：②粉土提高55.4%、②—1粉質(zhì)粘土提高18.3%，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：②粉土提高104.9%、②—1粉質(zhì)粘土提高21.9%，地基土的主要力學(xué)和變形指標(biāo)均比處理前有明顯的提高，加固效果明顯。

5.3 地基處理后地基土的液化消除效果

本場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度為96cm/s2，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.55s。本場(chǎng)地在地震烈度達(dá)7度時(shí)，將產(chǎn)生地震液化，液化土層為②層粉土，液化等級(jí)綜合可按輕微液化考慮，最大液化點(diǎn)深度12.30m。

5.4 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)成果分析

5.4.1 載荷試驗(yàn)成果

載荷試驗(yàn)點(diǎn)ZH1、ZH2、ZH3加荷等級(jí)為：35、70、105、140、175、210、245、280kPa八個(gè)等級(jí)。

載荷試驗(yàn)點(diǎn)在各級(jí)荷載作用下的沉降量匯總表見表2。

表2 試驗(yàn)點(diǎn)沉降量匯總

5.4.2 載荷試驗(yàn)成果分析

(1)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)資料，繪制復(fù)合地基載荷試驗(yàn)P—s曲線、s—lgt曲線。并將試驗(yàn)資料主要數(shù)據(jù)列于表3。

表3 試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)

(2)復(fù)合地基承載力極限值的確定

本場(chǎng)地各復(fù)合地基試驗(yàn)點(diǎn)在加載范圍內(nèi)沉降穩(wěn)定，曲線變化均正常，按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002)附錄A規(guī)定，并結(jié)合本場(chǎng)區(qū)特點(diǎn)，取最大荷載為各復(fù)合地基試驗(yàn)點(diǎn)的極限承載力，即ZH1、ZH2、ZH3試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基承載力極限值均為280kPa。

(3)復(fù)合地基承載力特征值的確定

根據(jù)各試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基平板靜載試驗(yàn)P—s曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)分析，ZH1、ZH2、ZH3試驗(yàn)點(diǎn)的P—s曲線未有明顯比例界限，按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ 79—2002)附錄A規(guī)定，取s/b=0.01對(duì)應(yīng)的承載力為各試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值，即ZH1、ZH2、ZH3試驗(yàn)點(diǎn)復(fù)合地基承載力特征值分別為153kPa、146kPa、153kPa。

考慮到地基土的不均勻性，并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果及當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn)，綜合確定干振碎石樁復(fù)合地基承載力特征值建議采用140kPa。

5.5 復(fù)合地基變形模量

復(fù)合地基變形模量E0，根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算確定復(fù)合地基變形模量。

式中： E0為復(fù)合地基變形模量，mPa； I0為剛性承壓板的形狀系數(shù)，圓形承壓板取0.785；μ為土的泊松比，粉土取0.35；d為承壓板

直徑和邊長(zhǎng)，m；p為p～S曲線線性段的壓力，kPa；s為與p對(duì)應(yīng)的沉降，mm。

根據(jù)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算的復(fù)合地基的變形模量見表4。

表4 干振碎石樁復(fù)合地基變形模量

復(fù)合地基變形模量最大值為10.54MPa，最小值為10.06MPa，平均值為10.38MPa。極差小于平均值的30%。復(fù)合地基變形模量可采用10.38MPa。

6 結(jié)論及建議

根據(jù)本試樁工程干振碎石樁復(fù)合地基處理試驗(yàn)結(jié)果，主要得出以下一些主要的結(jié)論和建議，為地基處理方案的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，并指導(dǎo)地基處理工程的施工。

(1)干振碎石樁設(shè)計(jì)參數(shù)

干振碎石樁地基處理試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)參數(shù)為：

布樁方式：正方形；樁間距：s=1.3m；樁徑：d=0.5m；樁土面積置換率：m=0.116；樁長(zhǎng)：有效樁長(zhǎng)不小于14.0m。

(2)干振碎石樁的施工

根據(jù)本次干振碎石樁施工試驗(yàn)結(jié)果，采用干振碎石樁進(jìn)行地基處理是可行的。

根據(jù)干振碎石樁施工試驗(yàn)結(jié)果，每樁作業(yè)時(shí)間為30～40min，每樁反插次數(shù)為13～15次左右，每樁實(shí)際投料量為3.5～3.6m3，充盈系數(shù)為1.274～1.31左右，密實(shí)電流為75～80A左右，建議在施工時(shí)充盈系數(shù)為1.2～1.3。

(3)干振碎石樁復(fù)合地基承載力

干振碎石樁復(fù)合地基承載力特征值建議采用140kPa。

(4)干振碎石樁復(fù)合地基變形模量

根據(jù)單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果確定的復(fù)合地基變形模量為：E0＝10.38MPa 。

(5)干振碎石樁地基處理效果

根據(jù)鉆孔標(biāo)貫試驗(yàn)，液化判定分析結(jié)果，干振碎石樁處理后地基土液化地層的液化現(xiàn)象消除。

從地基土處理前后主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)對(duì)比分析可以看出，處理后地基土主要的力學(xué)和變形指標(biāo)比處理前有較大幅度的提高。

(6)干振碎石樁的檢測(cè)

干振碎石樁地基處理結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行施工質(zhì)量效果檢測(cè)，檢測(cè)方法可采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)、鉆探、超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、取土室內(nèi)試驗(yàn)等方法對(duì)樁身質(zhì)量和復(fù)合地基承載力進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)休止時(shí)間和檢測(cè)數(shù)量應(yīng)滿足相關(guān)國(guó)家和行業(yè)技術(shù)規(guī)范、規(guī)程的要求，并滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]王保田，張福海，王炳奇．碎石樁復(fù)合地基及其在水利工程中的應(yīng)用[J]．水利水電科技進(jìn)展，2001，21(4)．

[2]張忠坤．干振碎石樁復(fù)合地基的應(yīng)用實(shí)例分析[J]．水利水電科技進(jìn)展，1997，17(3)．

[3]史佩鑫，鞠子?。畼痘皬?fù)合地基靜荷載試驗(yàn)曲線的計(jì)算機(jī)擬合[J]．水利水電科技進(jìn)展，1996，16(6)．

[4]施景裕，王飛．樁基與土共同受力的設(shè)計(jì)理論在龍山閘的應(yīng)用[J]．水利水電科技進(jìn)展，2001，21(3)．

[5]宋玉君，朱凱舟．碎石樁處理軟土路基的效果及影響因素分析[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2006，33(12)．

[6]鄭俊，劉興．碎石樁復(fù)合地基檢測(cè)分析[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(11)．

[7]曹厚明．重型動(dòng)力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在振動(dòng)擠密碎石樁復(fù)合地基檢測(cè)中的應(yīng)用[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2004，31(2)．

Construction and Prototype Test of Dry Vibrated Gravel Pile in Power Plant Shandong

LI Ji-lin, ZHAND Xu-hu
(1. Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Ltd., Jinan 250100, China;
2. Environmental Geological Exploration Institute in Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China)

Shandong, a one million—unit power plant project site area is located in thenorthern coastal areas of Shandong Province, the upper part of the foundation inbefore the plant engineering properties poor, low bearing capacity of foundation, a large deformation, and the saturated silt and sand venuesearthquake intensity ⅶ degree may have a slight liquefaction phenomenon, not as the natural foundation ofthe building (structure) of the bearing stratum, and are therefore required to carry outground treatment, according to the site geotechnical conditions, the proposed dry vibration compacted gravelpile composite foundation of the design and specificationrequirements,the need for a composite of the foundation of the original test. This paper describes the composite foundation of the original test construction process, testing methods and test results.

dry vibration gravel pile; composite foundation; prototype test.

TU4

B

1671-9913(2012)02-0015-05

2012-02-20

李吉林(1977- )，男，安徽安慶人，高級(jí)工程師，從事巖土工程工作。