柱錘沖擴碎石樁在可液化地基處理中的應用

張 波 吳文杰 陳金祥

(北京愛地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，北京 100144)

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柱錘沖擴碎石樁在可液化地基處理中的應用

張 波 吳文杰 陳金祥

(北京愛地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，北京 100144)

論述了柱錘沖擴碎石樁復合地基的加固機理，結(jié)合某工程的地質(zhì)條件及抗震設(shè)計條件，介紹了采用碎石樁進行地基處理的設(shè)計參數(shù)與施工技術(shù)，并提出了樁基質(zhì)量檢測方法，指出碎石樁是一種造價低、施工效率高、社會效益好的地基處理方法。

碎石樁，地基，質(zhì)量檢測，加固機理

0 引言

我國是一個地震多發(fā)的國家，以前的多次強烈地震，其中就有相當大的比例是由于地基液化而引起工程結(jié)構(gòu)的破壞。無粘性土的液化既有內(nèi)部因素的原因，同時也與外界因素(水位、動荷等)有關(guān)，所以，對某一場地土而言，如果可以改變其內(nèi)在條件，如應力狀態(tài)、密實度、排水通道等，就有可能取得比較理想的抗液化效果。

根據(jù)飽和無粘性土發(fā)生液化的原因，相應地出現(xiàn)了多種可液化土層的處理措施，比如壓密、換土、樁基、加固化劑、碎石樁和設(shè)地下圍護墻等。其中，碎石樁可在多方面改善液化土的性質(zhì)，同時具有施工方便、成本低廉、加固效果好等優(yōu)點，是可液化地基土一種理想的處理方法。

1 碎石樁復合地基的加固機理

碎石樁加固可液化地基，主要是為了提高地基承載力，減小變形以及增強地基土的抗液化性。其加固機理主要有以下四個方面。

1.1 擠密作用

成樁過程中，碎石樁的樁管會對周圍的砂土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管體積的土擠向其周圍土層，土顆粒會相應地重新排列，土體孔隙比變小，密實度變大。

1.2 排水減壓作用

碎石樁在加固地基時，樁孔內(nèi)會充填反濾性好的粗顆粒(碎石、礫石、卵石)，在地基中形成一條人工豎向的排水通道，其滲透性能良好，可以有效地消散和防止超孔隙水壓力變大，從而防止液化的產(chǎn)生，加快地基的排水和固結(jié)。

1.3 預振作用

在碎石樁成孔和成樁時，振動錘會強烈振動，使周圍的土體產(chǎn)生較大的動應變，土體被擠密，密度變大，土體的這種預振作用可以大大改善地基土的抗液化能力。

1.4 減震作用

對于加固后的可液化砂基，地震剪應力由樁間土和碎石樁共同承擔，而碎石樁的剪切模量比同截面樁間土的剪切模量要大很多，因此，在地震力作用時，剪應力主要集中在樁上，減小了樁間土的剪應力，從而降低了地震烈度。

2 工程及地質(zhì)概況

2.1 工程概況

擬建內(nèi)蒙古某礦業(yè)球團廠復合地基工程場地位于烏拉特前旗黑柳子鄉(xiāng)開發(fā)區(qū)，場地地形較平坦，部分為耕地，施工條件一般。場地標高為絕對標高，±0.00相當于絕對標高1 009.30 m。由于天然地基承載力不能滿足要求，且部分建筑地基有輕微～中等液化，需進行地基處理，建筑荷載較小的單獨采用振動沉管碎石樁復合地基，要求處理后的地基承載力特征值fspk≥150 kPa～160 kPa。

2.2 地層巖性

按自上而下順序，依次將場地各層地基土的巖性特征描述如下：

2.3 水文地質(zhì)條件

該場地地下水類型屬于潛水，穩(wěn)定水位埋藏于自然地表下2.5 m～3.9 m之間。地下水化學類型屬“HCO3-Cl-K+Na”型水，該水對混凝土無腐蝕性，對混凝土中的鋼筋有弱腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。

2.4 抗震設(shè)計條件及場地評價

擬建場區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度。設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g。

地基土為中軟土，場地類別為Ⅲ類。擬建場地處于抗震不利地段。

場地內(nèi)飽和粉土粘粒含量不小于10，為不液化層。對第④層粉砂采用標準貫入試驗判別法判別，場地內(nèi)飽和粉砂為液化土層，液化等級為輕微，局部中等液化。

3 設(shè)計參數(shù)及施工

3.1 參數(shù)設(shè)計

根據(jù)該場地工程地質(zhì)條件，碎石樁采用柱錘夯擴成孔，從原地面開始施工，樁長8 m～10 m，樁徑500 mm，基礎(chǔ)外設(shè)2排保護樁，碎石粒徑不大于50 mm，含泥量不大于3%，有機質(zhì)含量不大于5%，復合地基承載力特征值不小于150 kPa～160 kPa，基礎(chǔ)地面下設(shè)置200 mm厚褥墊層，材料為級配碎石，要求夯填度不大于0.90，褥墊層寬出基礎(chǔ)500 mm。

3.2 施工組織

1)施工工藝：根據(jù)該場地工程地質(zhì)條件，碎石樁采用柱錘夯擴成孔，從原地面開始施工，具體施工程序如下：平場地→放樁位線→鉆機就位→調(diào)整鉆機→鉆機成孔→驗孔→灌注碎石→夯擴成樁。

2)質(zhì)量標準。

a.主控項目：樁身碎石粒徑不大于50 mm，原材料滿足設(shè)計要求。樁徑誤差不大于±20 mm，灌碎石量不小于95%，地基強度：碎石樁體達中密狀態(tài)，處理范圍內(nèi)樁間土消除液化。

b.一般項目：碎石料的含泥量不大于3%；碎石料的有機質(zhì)含量為不大于5%；樁位不大于200 mm；砂樁標高為±150 mm；垂直度不大于1.5%；樁長為±100 mm。

3.3 質(zhì)量保證措施

1)施工準備。a.在施工前，必須與設(shè)計單位、建設(shè)單位以及監(jiān)理單位進行施工圖交底、施工安全交底和技術(shù)交底。相關(guān)技術(shù)人員需對鉆機的機長做好相應的技術(shù)交底，對鉆機機長使用的施工圖紙上不同樁頂?shù)臉烁?、不同樁長的樁號，可以采用不同顏色進行標記。b.應和建設(shè)單位溝通，確保正常開工所需要的各項審批、驗證手續(xù)齊全。c.在測量前，全站儀、水準儀應按規(guī)定送交計量檢驗部門檢驗其精度；用于施工的相關(guān)機械設(shè)備應檢修保養(yǎng)完畢，并保證其機械性能狀態(tài)良好。d.樁位的定位引點和水準點應設(shè)置在不受施工影響處；在測量定點時，需要按相關(guān)圖紙控制軸線位置，其誤差不大于20 mm，借助軸線控制點，使用經(jīng)緯儀和鋼尺確定放樁及基礎(chǔ)位置，偏差需符合規(guī)范要求。

2)樁位放線。施工前需要先由測量人員復核測量基線水準點的準確性，確保準確后按設(shè)計要求放樁位線，由專人驗線并做好樁位預檢記錄；監(jiān)理復核后用專用器具在樁位打300 mm～500 mm深的孔，灌入白灰并放入筷子作為樁位標記。

3)技術(shù)措施。a.鉆機就位時，首先調(diào)整好鉆機水平，保證鉆機的平穩(wěn)和牢固，鉆桿要保持垂直，并由專人檢查鉆機對樁位的偏差以及垂直度偏差，檢查符合要求后可開鉆。b.首先應保證施工面干燥無水。c.碎石樁應間隔跳打，并宜由外側(cè)向中間推進。d.碎石樁采用柱錘夯擴成孔，施工應根據(jù)下沉和擠密情況，控制填碎石量、提升高度和夯擴次數(shù)。e.進行詳細的觀測與記錄。f.對樁體密實度采用動力觸探試驗進行檢測，對樁間土可采用標準貫入試驗檢測密實度。g.樁檢測驗收合格后方可進入下一道工序。h.施工完成后，要進行一次全面檢測，并提交檢測報告。

4 工程質(zhì)量檢測

1)復合地基承載力檢測。試驗結(jié)果表明地基處理受檢的碎石樁單樁復合地基豎向抗壓承載力特征值滿足設(shè)計要求。

2)碎石樁樁體檢測。對本工程碎石樁按2%隨機抽檢，樁體密實度達到中密狀態(tài)。

3)樁間土檢測。為評價碎石樁處理效果，對樁間土液化情況進行判別，本工程對樁間土在處理深度內(nèi)用標準貫入試驗進行檢驗，檢驗點數(shù)按碎石樁總數(shù)的2%。砂土標準貫入實測錘擊數(shù)均大于液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值，場地土的液化已消除。

5 結(jié)語

1)采用碎石樁加固可液化地基，可以有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高以及砂土液化的產(chǎn)生，提高地基抗液化能力。

2)碎石樁設(shè)備簡單、施工方便、成本低。通過碎石樁的振動、擠密、置換作用，地基土含水率和孔隙比有所減小，地基承載力得到提升，是處理可液化地基的一種有效方法。

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[5] 郭孝平.碎石擠密樁處理液化土層[J].西部探礦工程，2004(6):20-22.

The application of column hammer gravel pile in liquefiable foundation treatment

Zhang Bo Wu Wenjie Chen Jinxiang

(BeijingAidiGeologicalSurveyandFoundationEngineeringCompany,Beijing100144,China)

This paper discussed the reinforcement mechanism of column hammer impact expanding gravel pile composite foundation, combining with the geological conditions and seismic design condition of an engineering, introduced the design parameters and construction technology using gravel pile made foundation treatment, and put forward the pile foundation quality detection method, pointed out that the gravel pile was a kind of low cost, high construction efficiency, good social benefits of foundation treatment method.

gravel pile, foundation, quality inspection, reinforcement mechanism

1009-6825(2016)26-0087-03

2016-07-06

張 波(1983- )，男，工程師，注冊巖土工程師，一級建造師; 吳文杰(1976- )，男，工程師; 陳金祥(1990- )，男，助理工程師

TU472.35

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