預(yù)制樁的加密作用對消除粉土液化的應(yīng)用分析

張國堂 郝敬賓 胡德省

(江蘇省第二地質(zhì)工程勘察院，江蘇 徐州 221004)

預(yù)制樁的加密作用對消除粉土液化的應(yīng)用分析

張國堂 郝敬賓 胡德省

(江蘇省第二地質(zhì)工程勘察院，江蘇 徐州 221004)

基于預(yù)制樁的加密效應(yīng)機(jī)理，結(jié)合具體工程實(shí)例，通過預(yù)制樁施工前后靜力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的對比分析，研究了打入式預(yù)制樁的加密作用，結(jié)果表明預(yù)制樁施工后有效改善了粉土的物理力學(xué)性能，減小了土層液化。

預(yù)制樁，對比試驗(yàn)，加密作用，土層液化

0 引言

預(yù)制樁基礎(chǔ)在高層建筑、橋梁及港口等建設(shè)中已被廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為基礎(chǔ)工程中一種重要的形式。在粉土(砂土)地區(qū)，預(yù)制樁施工后，因粉土的加密效應(yīng)會使樁體周圍的土體受到強(qiáng)烈的擠壓，使得一定深度的土體變密實(shí)。對于粉土、砂土地層，打入式預(yù)制樁及其他擠土樁，在一定樁距及樁數(shù)的前提下，應(yīng)考慮打樁對其加密作用及樁身對液化土變形限制的有利影響[1]。

1 加密效應(yīng)機(jī)理

當(dāng)樁打入土中時(shí)，樁的沉入使周圍土體向外擠出，其體積被樁充填。樁身和樁端周圍一定范圍內(nèi)的土?xí)l(fā)生不同程度的擾動和重塑。樁間土受排土打入樁擠壓后向壓力較小的方向移動。上覆壓力較小的淺層土向上隆起，其體積增大，應(yīng)力釋放比原狀土更為松散，因而其樁周摩阻力較小。隨著深度的增加，上覆土壓力也越來越大，最后足以抵御擠壓產(chǎn)生的上頂力，其樁周摩阻力也相應(yīng)增大。在樁端發(fā)生的土體移動是以樁端為中心的球形徑向移動[2]。由于樁的打入，土體受到急速的擠壓，在樁周圍產(chǎn)生很高的超孔隙壓力[3]。

據(jù)分析研究[2]，打樁過程中樁周圍土體自樁周向外依次形成四個(gè)區(qū)域(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ區(qū))。Ⅰ區(qū)緊靠樁身，受到擠壓力最大，形成極高的超孔隙水壓力使得土體產(chǎn)生許多水平或豎向裂縫，同時(shí)土骨架受到激烈的擠壓，土體結(jié)構(gòu)完全破壞。隨著休止時(shí)間的增長，土體發(fā)生固結(jié)，超孔隙壓力逐漸消散，Ⅰ區(qū)土體的抗剪強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，達(dá)到甚至超過其原來的強(qiáng)度。Ⅱ區(qū)在Ⅰ區(qū)的外面，受沉樁擠壓的影響嚴(yán)重，土體發(fā)生較大的位移和塑性變形及較高的超孔隙壓力。Ⅲ區(qū)土體的壓縮變形是彈性的，超孔隙壓力較小甚至可忽略不計(jì)；Ⅳ區(qū)為非擾動區(qū)，屬原狀土。

2 工程實(shí)例

2.1 場地工程地質(zhì)條件

擬建住宅樓高33層，下設(shè)2層地下室，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)、樁筏基礎(chǔ)，樁基型式采用PHC- 600型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁間距2.4 m，共設(shè)計(jì)119根樁，采用錘擊式沉樁(見圖1)。

根據(jù)勘察報(bào)告，場地位于抗震設(shè)防烈度為7度區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。場地內(nèi)④層粉土為中密，平均厚度5.5 m，屬液化土層，場地液化指數(shù)9.74～25.58，平均15.2，地基液化等級為中等。

2.2 預(yù)制樁施工前后對比

本次樁間土的檢測采用雙橋靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)兩種方法。本次檢測布置雙橋靜力觸探孔7個(gè)，鉆探孔16個(gè)，在④層粉土中進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)58次。預(yù)制樁施工前后靜力觸探試驗(yàn)和標(biāo)貫試驗(yàn)對比結(jié)果詳見表1和表2。

表1 預(yù)制樁施工前后靜力觸探試驗(yàn)錐尖對比結(jié)果表

表2 預(yù)制樁施工前后標(biāo)貫擊數(shù)對比結(jié)果表

2.3 預(yù)制樁加密效應(yīng)分析

通過打樁前后靜力觸探試驗(yàn)錐尖阻力對比結(jié)果，施工后qc平均值增加55%，qc標(biāo)準(zhǔn)值增加46.3%，增加幅度較大，且土層較差時(shí)(qc最小值)增加幅度較大。根據(jù)標(biāo)貫擊數(shù)對比試驗(yàn)結(jié)果表明，施工后N平均值增加152.7%，N標(biāo)準(zhǔn)值增加149.3%，增加幅度較大。

通過上述對比試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)打入式預(yù)制樁樁距為2.5倍～4倍樁徑且樁數(shù)不少于5×5時(shí)，預(yù)制樁對樁周土有加密作用，且對松散的粉土加密效果較好。

2.4 預(yù)制樁基礎(chǔ)對消除液化的影響分析

預(yù)制樁施工后采用靜力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)兩種手段對④層粉土重新進(jìn)行液化判別，具體分析結(jié)果如下。

2.4.1 靜力觸探試驗(yàn)

通過對比打樁前、后靜力觸探曲線的變化可分析出，預(yù)制樁的施工對④層粉土層的擠密作用，使得打樁前后錐尖和側(cè)摩阻力變化。

根據(jù)靜力觸探試驗(yàn)對④層飽和粉土進(jìn)行液化判別[4]，判別結(jié)果詳見表3。

表3 靜力觸探液化判別成果表

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)按現(xiàn)行規(guī)范對④層粉土進(jìn)行液化判別，經(jīng)計(jì)算，除Z33號孔個(gè)別點(diǎn)液化外，其余鉆孔均不液化(代表性鉆孔液化判別成果見表4)。

表4 代表性鉆孔液化判別成果表

從表4中可以看出，擬建住宅樓采用打入式預(yù)制樁基礎(chǔ)對周圍土體產(chǎn)生加密作用，使得靜力觸探的錐尖阻力和標(biāo)貫擊數(shù)都有明顯的增加，加密效果非常明顯。通過打樁后液化判別結(jié)果，該辦公樓基礎(chǔ)范圍內(nèi)④層粉土受加密作用的影響，液化基本消除。

3 結(jié)語

在粉土地區(qū)，打入式預(yù)制樁沉樁后對土體具有加密效應(yīng)，通過雙橋靜力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行對比分析，說明加密效應(yīng)非常明顯，有效的改善了粉土的物理力學(xué)性能，基本消除了粉土的液化。

由于預(yù)制樁的加密作用范圍有限，因此，布樁時(shí)除考慮經(jīng)濟(jì)因素外，尚應(yīng)結(jié)合地層條件選擇合適的樁間距，且保證有不少于5×5排的樁數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮預(yù)制樁的加密作用及樁身對液化土變形限制的有利影響。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 劉佳東，成建強(qiáng)，曹勝敏.預(yù)制樁在砂土地區(qū)的擠密效應(yīng)的分析[J].港工技術(shù),2014,51(1)：67- 68.

[3] 王育興，孫 鈞.打樁施工隊(duì)周圍土性及孔隙水壓力的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23(1):154.

[4] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007:598.

On consolidation effect of precast piles on eradicating silt liquefaction

Zhang Guotang Hao Jingbin Hu Dexing

(JiangsuNo.2GeologicalEngineeringSurveyInstitute,Xuzhou221004,China)

Based on the consolidation effect mechanism for the precast pile, the paper undertakes the comparative analysis of static penetration test and standard penetration test before and after the precast pile, researches the consolidation effect of driven precast pile, and proves by the result that the precast pile construction can improve the physical dynamic performance of silt and reduces the soil layer liquefaction.

precast pile, comparative test, consolidation effect, soil layer liquefaction

1009-6825(2015)07- 0058- 02

2014-12-22

張國堂(1981- )，男，工程碩士，工程師； 郝敬賓(1979- )，男，工程師

TU473.13

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