振沖碎石樁法地基處理在榆林莊閘改建工程中的應用

趙志江 孫宇臣 姚旭初 劉光華

（北京市水利規(guī)劃設計研究院 北京 100048)

1 引言

振沖碎石樁是通過對軟弱地基進行置換及擠密形成復合地基。經過長期深入研究和工程實踐，工程技術人員對振沖碎石樁在改良地基強度、防止砂土液化等方面形成廣泛共識。振沖碎石樁通過對軟弱地基進行置換及擠密，可提高地基變形模量和承載力，改善地基不均一性，減少不均勻沉降，同時軟弱地層經過激振后，碎石樁加速了孔隙水壓力的消散，從而可有效防止地基液化。

本文結合榆林莊閘改建工程實踐，通過使用大功率機械設備并采取工程措施，闡述了振沖碎石樁法有效解決地基砂土液化問題、承載力問題，并對復合地基如何解決施工中遇到的問題進行了總結。

2 工程區(qū)域概況

榆林莊閘位于北運河與涼水河交匯口下游300m處，在北京市通州區(qū)榆林莊村東北側約1km處，屬北運河水系主河道北運河上的灌溉蓄水建筑物。2002年北京市水務局組織專家對該閘進行了安全鑒定，根據(jù)鑒定結果榆林莊閘被評定為四類病險閘，應報廢重建。本工程確定的工程總體布置為：拆除東、西舊閘及交通橋，挖除上游中心島67m，將上游挖除部分回填下游中心島，在原有交通橋位置新建公路橋，在原址下游50m處建新閘。新建西閘共7孔，閘孔凈寬為10m，閘室總寬 85.00m，水閘順水流向總長 252m。東閘共5孔，閘孔凈寬為10m，閘室總寬為61.80m，水閘順水流向總長252m。門頂高程為16.8m。

工程區(qū)地處北京市東南部北運河沖洪積平原上，第四系地層沉積厚度大。河道兩岸地形較平坦開闊，東岸地形稍高，地面高程約18.9m；西岸稍低，地面高程約15.7m。自兩河交匯處至閘所南圍墻河床高程12.7～12.1m，東支河床寬約60m，西支河床寬約90m。

根據(jù)設計榆林莊新閘底板高程 11.70m，基礎底面高程 9.20～10.00m左右，主要持力層為②細砂，下伏地層為③中細砂。

②細砂上部多為黃色、灰色或灰白色，下部為灰色，飽和，上部松散下部稍密至中密，含云母、有機質。局部粒徑較粗達到中砂，分布連續(xù)穩(wěn)定，局部夾有粉黏、黏粉透鏡體。閘室底板以下分布厚度一般為 5～7m，底高程 3.5～6m。東閘擋墻底部分布厚度一般為1～4m，西閘擋墻底部分布厚度4～6m。

③中砂黃灰色至灰色，飽和，中密至密實，含云母、有機質，分布連續(xù)。閘室底板以下分布厚度一般為4～7m，底高程為-3～1m。

④粉質黏土為褐黃色，可塑，含云母、氧化鐵、有機質，少量姜石。分布不連續(xù)，主要分布東閘閘室及上游部分，。一般厚度為 4～5m，底高程為-4～-3m。

⑤中細砂上部為灰黃色，下部為灰色，飽和，密實，大部含土質，局部純凈。區(qū)內分布廣泛，一般厚度7～10m，揭露底高程-11m。

⑥粉質黏土為棕黃色至深灰色，局部為灰黑色，稍濕至濕，土質較均勻，大部呈硬塑狀態(tài)，少量可塑及軟塑。局部夾有灰綠色及褐黃色斑塊，含姜石，姜石大小1～3mm。局部含粉砂粒，呈灰白色。空間分布上具有上游厚下游薄的特點。

3 天然地基主要工程地質問題分析

工程區(qū)地層巖性由人工填土和第四系沖洪積砂土、粉質黏土、黏土和含淤泥質土等組成。根據(jù)土層的分布特點和物理力學特征，結合閘基設計底高程，閘基地質結構為砂土均一結構。

3.1 地基地震液化問題分析

工程區(qū)位于地震基本烈度8度區(qū)，根據(jù)規(guī)范結合工程區(qū)水位高程資料和工程運行特征，綜合判定在8度地震條件下，場地飽和狀態(tài)②細砂存在地震液化問題。閘基基礎座落于②細砂。該層上部呈松散狀態(tài)，下部稍密至中密，存在地震液化問題，綜合判定主要液化土體為②細砂，東閘液化底高程為4m左右，西閘液化底高程為6m左右。振沖加密深度不低于上述高程。

3.2 地基承載力問題分析

根據(jù)設計榆林莊新閘底板高程 11.70m，基礎底面高程 9.20～10.00m左右，主要持力層為②細砂，稍密至中密，局部松散，標貫擊數(shù)為5～22擊,平均值為14擊，大值平均值為17.5擊，小值平均值為 9.4擊，地基承載力建議值 90～110kPa，地基承載力不能滿足設計要求。局部為淤泥質土，地基承載力建議值 80～100kPa，建議清除。下部③中砂，標貫擊數(shù)為 19～50擊,平均值37擊，小值平均值為29擊，地基承載力建議值140kPa。

④粉黏壓縮模量小值平均值為Espz+200=7.24MPa，地基承載力標準值為140kPa。見表1、表2.

表1 土層物理力學性質指標建議值表

表2 閘基地基土顆粒分析試驗及標貫擊數(shù)統(tǒng)計表

4 施工過程中遇到的問題及分析

現(xiàn)場選用25T汽車吊與北京產ZCQ-100型振沖器進行造孔。振沖樁體材料東閘采用20～70mm的灰?guī)r機碎石，西閘采用 20～80mm的卵石。振沖造孔采用排打法，振沖器以1～2m/min下沉至設計深度，上、下往返 1～2次，適當擴孔并降低孔內泥漿濃度。造孔電流為 50～130A，水壓0.4～0.6MPa，造孔時間 2～8min。完孔清孔 2遍后，將振沖器留在孔內，當密實電流達到90A、水壓 0.3MPa時，振沖器向上提升 1～2m，待下料后，再下放振沖器，加密樁體。如此循環(huán)施工，直到地面以下0.5m，加密時間9～27min。

4.1 施工過程中遇到的問題

在振沖器成孔過程中，振沖器下沉至設計深度時，仍然以較快的速度向下沉降，即在③中砂層中，振沖器仍可以使中砂層產生液化。

由于振沖樁體材料東閘采用 20～70mm的灰?guī)r機碎石，西閘采用 20～80mm的卵石，灰?guī)r機碎石的級配較差，而卵石的級配較好，兩種不同的樁體材料對地基處理的效果不明確。

4.2 問題分析

按照相關規(guī)程消除第四系全新統(tǒng)松散砂層或粉土地震液化問題，振沖器電機動力一般選擇65～75kW既可。95kW以上一般用于人工回填的亂礫石料與雜填土的振沖加密，而現(xiàn)場ZCQ-100型振沖器的實際功率為105kW，按照規(guī)范計算，③中砂天然狀態(tài)下也不會產生液化且承載力也滿足設計要求，最終決定樁體仍然按照原設計長度，不需要延長。

5 地基振沖處理后實際效果

5.1 東閘地基檢測結果

分別對 7個點位進行了復合地基承載力靜載荷試驗，承載力特征值全部達到了 150kPa以上，滿足設計要求。樁體位置圓錐動力觸探平均擊數(shù) 10.7～50擊，所有試驗樁有效樁長范圍內密實度均達到了中密及密實狀態(tài)。樁間土內標準貫入試驗實測擊數(shù) 13～40擊，均大于臨界液化擊數(shù)，所試驗孔均消除了原場地的液化屬性。

5.2 西閘地基檢測結果

分別對 7個點位進行了復合地基承載力靜載荷試驗，承載力特征值全部達到了 150kPa以上，滿足設計要求。樁體位置圓錐動力觸探平均擊數(shù) 10.3～40.3擊，所有試驗樁有效樁長范圍內密實度均達到了中密及密實狀態(tài)。樁間土內標準貫入試驗實測擊數(shù)8～53擊，大于臨界液化擊數(shù)，所試驗孔均消除了原場地的液化屬性。檢測將結果見表3.

表3 東、西閘地基檢測結果對比

通過檢測結果可以看出，碎石和卵石兩種樁體材料對地基處理的效果沒有明顯的不同，均達到設計要求。

6 結論

（1)振沖碎石樁消除第四系全新統(tǒng)松散砂層或粉土地震液化問題時，振沖器應選擇合適的功率。

（2)碎石和卵石兩種樁體材料對地基處理的效果沒有明顯的不同。

1 GB50487—2008水利水電工程地質勘察規(guī)范.北京：中國水利水電出版社，2008.