擠密砂石樁加固液化地基現(xiàn)場試驗研究

姜 暑 芳

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

液化現(xiàn)象是土體在動力荷載作用下最主要的震害之一。飽和砂土是否發(fā)生液化和發(fā)生液化的程度，取決于一系列因素的綜合影響，因此，飽和砂土的液化判別一直是土動力特性研究中的一個主要問題。正確評價砂土地基液化的可能性及其危害程度具有十分重要的現(xiàn)實意義。

采用擠密砂石樁法加固地基除具有置換作用和擠密作用進(jìn)而提高地基承載力和減少沉降外，同時還能起到排水通道作用，能夠加速地基土的固結(jié)，有效消散震動引起的超孔隙水壓力，從而使液化現(xiàn)象大為減輕。筆者以南水北調(diào)中線潮河段2標(biāo)為研究背景，判定采用擠密砂石樁處理后的地基液化狀態(tài)，為施工提供依據(jù)，對保證南水北調(diào)工程總干渠的運行安全具有重要的價值和意義。

2 液化的判別

2.1 影響地基液化的主要因素

影響地基液化的因素很多，需要根據(jù)多項指標(biāo)綜合分析，才能準(zhǔn)確判別場地土是否發(fā)生液化現(xiàn)象。

(1)地質(zhì)年代。

地質(zhì)年代的新老是體現(xiàn)土層沉積的時間長短。地質(zhì)年代老的沉積土層經(jīng)過長時間的固結(jié)作用并經(jīng)歷過大的地震影響，土就密實，膠結(jié)就愈緊密，抗液化能力就強，反之，則差。

(2)土中的黏粒含量。

實踐證明：當(dāng)粉土的黏粒(粒徑≤0.005 mm)含量超過某一界限值時，粉土就不會發(fā)生液化。這是由于土的粘聚力增大，抗液化能力加強。當(dāng)黏粒含量超過表1所列數(shù)值時就不會發(fā)生液化現(xiàn)象。

表1 粉土非液化黏粒含量界限值表

(3)上覆層非液化土層厚度和地下水位深度。

當(dāng)砂土和粉土的上覆層非液化土層厚度超過表2所列的界限值duj時，未發(fā)現(xiàn)土層液化現(xiàn)象；當(dāng)?shù)叵滤徊恍∮诒?所列的界限值dwj時，未發(fā)現(xiàn)土層液化現(xiàn)象。

表2 土層不考慮液化時的覆蓋厚度、地下水位界限值表

(4)土的密實程度。

實踐證明：相對密度小于50%的砂土普遍發(fā)生液化現(xiàn)象，而相對密度大于70%的土層則沒有發(fā)生液化現(xiàn)象。

(5)土層的埋深。

理論分析和土工試驗表明：土的側(cè)壓力愈大，土層愈不易發(fā)生液化，側(cè)壓力的大小反應(yīng)土層埋深的大小。土層液化的深度很少超過15 m，更多發(fā)生在淺于10～15 m埋深的土層。

(6)地震烈度與震級。

地震烈度愈高的地區(qū)，地面運動強度愈大，持續(xù)的時間愈長，土層就愈容易發(fā)生液化，一般在6度或以下的地區(qū)很少發(fā)現(xiàn)砂土液化，而7度以上的地區(qū)則相對普遍。

2.2 液化的初判

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，初判應(yīng)排除不會發(fā)生地震液化的土層。對初判可能發(fā)生液化的土層應(yīng)進(jìn)行復(fù)判。土的地震液化初判應(yīng)符合下列規(guī)定。

(2)當(dāng)土的粒徑小于5 mm、顆粒含量的質(zhì)量百分率小于或等于30%時，可判為不液化。

(3)當(dāng)土的粒徑小于5 mm、顆粒含量的質(zhì)量百分率大于30%的土，其中粒徑小于0.005 mm的顆粒含量質(zhì)量百分率(ρc)的相應(yīng)地震動峰值加速度為0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g和0.4 g時分別不小于16%、17%、18%、19%和20%時，可判為不液化。

(4)工程正常運用后，對于地下水位以上的非飽和土可判為不液化。

2.3 液化的復(fù)判

根據(jù)初步判別結(jié)果，需要進(jìn)一步進(jìn)行液化判別，可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進(jìn)行綜合分析、計算判別，對于符合公式(1)要求的土應(yīng)判為液化。

N

(1)

式中N為工程運用時，標(biāo)準(zhǔn)貫入點在當(dāng)時地面以下ds(m)深度處的標(biāo)注貫入錘擊數(shù)；Ncr為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度和地下水位在試驗面以下的深度(不同于工程正常運用時)，實測標(biāo)注貫入的錘擊數(shù)應(yīng)按式(2)修正，并應(yīng)以修正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N作為復(fù)判依據(jù)。

(2)

液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值應(yīng)根據(jù)式(3)計算，式(3)只適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入點地面以下15 m以內(nèi)的深度；對于大于15 m的深度內(nèi)有飽和砂或飽和黏性土需要進(jìn)行地震液化判別時，可采用其他方法判定。

心肌肌鈣蛋白的分析問題:心肌損傷后cTn釋放入血液循環(huán)需要一定時間，cTn水平到達(dá)峰值后逐漸下落。在癥狀發(fā)作初期，cTn檢查結(jié)果與樣本采集時間密切相關(guān)。因此，不能因cTn變化較小而判定為心肌梗死。同時，許多并發(fā)癥也可導(dǎo)致患者基線cTn數(shù)值(特別是hs-cTn數(shù)值)上升，需引起注意。此外，圍術(shù)期不同時間cTn的變化情況可用于鑒別急、慢性事件。

(3)

式中N0為液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值，按表3采用。鄭州地區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g；dd為當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入點在地面以下5 m以內(nèi)的深度時，應(yīng)采用5 m計算；ρc為土的黏粒含量百分率，當(dāng)其小于3%或為砂土?xí)r均采用3%。

表3 標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值表

3 試驗點概況

潮河2標(biāo)渠段長度為4.4 km，渠坡由黃土狀輕壤土、粉(細(xì))砂、砂壤土等構(gòu)成，擠密砂石樁加固區(qū)域縱剖面如圖1所示，圖中陰影區(qū)域為加固區(qū)段起訖里程。

圖1 潮河2標(biāo)擠密砂石樁加固區(qū)縱剖面圖

4 試驗方法

4.1 試驗設(shè)備

現(xiàn)場對采用擠密砂石樁處理后的地基進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，用以判定地基土的液化狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗設(shè)備由標(biāo)準(zhǔn)貫入器、觸探桿及穿心錘組成，其規(guī)格見表5。

表5 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗設(shè)備規(guī)格表

4.2 試驗要點

(1)在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗前，使用回轉(zhuǎn)鉆頭鉆孔至試驗標(biāo)高以上15 cm處，避免對目標(biāo)土層發(fā)生擾動作用，并量測深度尺寸。

(2)采用自動脫鉤的自由落錘法進(jìn)行錘擊，并減少導(dǎo)向桿與錘間的摩阻力，避免錘擊偏心和側(cè)向晃動，保持貫入器、探桿、導(dǎo)向桿連接后的垂直度。

(3)以每分鐘不小于30擊的速度將貫入器打入試驗土層中，先打入15 cm不計擊數(shù)，繼續(xù)貫入土中30 cm，記錄錘擊數(shù)N；若地層比較密實、貫入擊數(shù)較大時，也可記錄貫入深度小于30 cm的擊數(shù)，這時，需按式(5)換算成貫入深度為30 cm的錘擊數(shù)N。

N=30n/Δs

(5)

式中n為所選取的任意貫入數(shù)的錘擊數(shù)；Δs為對應(yīng)錘擊數(shù)n的灌入量。

(4)拔出貫入器，取出貫入器中的土樣進(jìn)行鑒別、制樣，隨后進(jìn)行室內(nèi)試驗。

(5)標(biāo)注貫入深度應(yīng)穿透液化土層，在完成1次標(biāo)貫試驗后鉆探到下一個標(biāo)高處，重復(fù)上述步驟，每1 m進(jìn)行1次標(biāo)貫試驗。

5 試驗成果分析

判定擠密砂石樁地基處理后的液化狀態(tài)，我們在現(xiàn)場共選擇了兩個試驗區(qū)域。

(1)試驗Ⅰ區(qū)。

本試驗區(qū)共布置了40個擠密砂石試驗樁，分兩組進(jìn)行試驗(其中間排距2 m、樁長10 m布置了20根；間排距1.8 m、樁長10 m布置了20根)，具體布置情況見圖2。

現(xiàn)場試驗樁(共40根)長度為9.8～10.2 m。充盈系數(shù)為1.17～1.38，平均充盈系數(shù)為1.22。在規(guī)定的間隔消散期過后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，取樣點均位于3個擠密砂石樁的中間位置，以檢驗其是否滿足消除地震液化的要求。

圖2 現(xiàn)場試驗樁布置圖

(2)試驗Ⅱ區(qū)。

本試驗區(qū)共布置了18個擠密砂石樁試驗樁，分兩組進(jìn)行試驗(其中間排距2 m、樁長13 m，布置了9根，間排距1.8 m、樁長13 m布置了9根)，具體布置情況見圖3。

圖3 現(xiàn)場試驗樁布置圖

現(xiàn)場試驗樁(共18根)長度為11.8～13.01 m。充盈系數(shù)范圍為1.34～1.46，平均充盈系數(shù)為1.4。在規(guī)定的間隔消散期過后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，取樣點均位于3根擠密砂石樁位的中心點，以檢驗其是否滿足消除地震液化的要求?，F(xiàn)場取樣試驗結(jié)果見表6、7。

通過在以上兩組試驗區(qū)進(jìn)行的現(xiàn)場試驗及對試驗前后取樣結(jié)果進(jìn)行的分析，表明：

試驗Ⅰ區(qū)試驗前共檢測33組，其中9組液化，24組不液化；試驗區(qū)施工完成后，檢測28組，其中0組液化，28組不液化。

試驗Ⅱ區(qū)試驗前共檢測36組，其中12組液化，3組不液化；試驗區(qū)施工完成后，共檢測42組，其中1組液化，41組不液化。

表6 試驗結(jié)果表(樁間距2 m)

表7 試驗結(jié)果表(樁間距1.8 m)

6 結(jié) 語

土的地震液化判別是巖土工程勘察中的重要工作內(nèi)容之一，其結(jié)果直接影響工程的經(jīng)濟(jì)性、安全性、穩(wěn)定性等。南水北調(diào)工程潮河段擠密砂石樁地基處理要求地基處理應(yīng)消除地震液化并保證原有地基的完整性，以保證澆筑后的渠道邊坡及底板的運行安全。筆者對采用擠密砂石樁處理后的地基進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，結(jié)果表明：擠密砂石樁能達(dá)到消除地基液化的目的，具有良好的加固效果，作為一種經(jīng)濟(jì)、有效的地基液化處理方法，值得推廣應(yīng)用。