擠密砂樁在地基處理中的應(yīng)用研究

□諶永強(qiáng)（河南省水利第二工程局）

擠密砂樁在地基處理中的應(yīng)用研究

□諶永強(qiáng)（河南省水利第二工程局）

擠密砂樁常適用于松散砂土、粉土等地基條件，為研究分析擠密砂樁在軟土地基及砂層地基的適用性，在信陽(yáng)某一工地設(shè)立軟土及砂層土質(zhì)實(shí)驗(yàn)區(qū)，布置不同形式的擠密砂樁試驗(yàn)方案，對(duì)加固前后的地基進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以分析擠密砂樁的適用性及樁體的合理布置。通過(guò)試驗(yàn)分析可知，對(duì)軟土進(jìn)行地基處理后，地基的承載力有所增加；對(duì)砂層地基進(jìn)行處理后，地震液化問(wèn)題得到一定的改善。結(jié)合處理效果與經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，選擇出合適的試驗(yàn)方案，為今后擠密砂樁在此種地基條件的適用提供一定的參考。

軟土地基；砂層地基；擠密砂樁；地基承載力；地震液化

0 引言

軟土地基及砂層土質(zhì)地基是建筑工程中較常見(jiàn)的地基形式。軟土地基含水率高、強(qiáng)度低、壓縮性較高，故地基承載力較差且易產(chǎn)生較大的沉降。砂層土質(zhì)地基穩(wěn)定性較差，在地震作用下易產(chǎn)生液化。由于軟土地基及砂層土質(zhì)地基具有上述特性，為了使工程質(zhì)量安全達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)地基進(jìn)行加固處理。常用的軟土地基處理方法有∶排水固結(jié)法、強(qiáng)夯法、置換法、深層攪拌法、高壓噴射注漿法等，砂層地基處理方法有∶強(qiáng)夯法、深層攪拌法以及振沖法。本次試驗(yàn)為了研究分析擠密砂樁在軟土地基及砂層地基的適用性問(wèn)題，通過(guò)在試驗(yàn)區(qū)典型地基上布置不同的試驗(yàn)方案并對(duì)試驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并考慮經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)度要求，選出合適的試驗(yàn)方案。試驗(yàn)結(jié)果可為今后擠密砂樁更大范圍的應(yīng)用提供一定的參考。

1 試驗(yàn)概述

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地

本次試驗(yàn)場(chǎng)地選在河南省信陽(yáng)市某一工地施工范圍內(nèi)，施工范圍內(nèi)有兩部分典型性地基，分別定義為第一階地和第二階地。第二階地上覆第四系上更新統(tǒng)（Q3）地層，厚度13～18.70 m，具有二元結(jié)構(gòu)；下部由礫石層和砂層組成，厚度1.50～8 m；砂層為灰黃或灰白色，由下往上顆粒由粗變細(xì)（以粗砂為主，上部近中細(xì)砂，最厚可達(dá)5 m，下部為含礫粗砂），從北向南逐漸增厚。第一階地上覆上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)地層，具二元結(jié)構(gòu)，總厚度11～16 m；下部透水層由礫石層（Q3）和砂層（Q1 4）組成，厚度6～12 m；砂層、礫石層遍布于整個(gè)階地下部，為灰黃或灰白色，由上往下顆粒由細(xì)變粗，上部為中細(xì)砂，下部為粗砂、礫質(zhì)粗砂。上部由低液限粘土組成，多呈黃色，厚2～9 m。該區(qū)地下水主要表現(xiàn)為潛水，水位高程73～76 m。

1.2 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告可知，在壩基第二階地存在Q4極軟土層，排水固結(jié)條件差，在壩基第一階地液化等級(jí)為中等～嚴(yán)重液化深度7～10 m。故需對(duì)此范圍內(nèi)的地基進(jìn)行地基處理，用于固結(jié)排水作用以及地震液化處理。

20世紀(jì)50年代，擠密砂樁在國(guó)內(nèi)外已得到較廣泛的應(yīng)用，且對(duì)地基加固處理效果較為顯著。但是此方法主要用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基，對(duì)于在軟土地基及砂層地基上的應(yīng)用，還有待進(jìn)行深入的研究。

本次試驗(yàn)將擠密砂樁分別應(yīng)用在軟土地基及砂層地基上，分別設(shè)置不同的擠密砂樁直徑、樁間距、施工方法，通過(guò)測(cè)試試驗(yàn)前后的參數(shù)，對(duì)比分析擠密砂樁對(duì)地基處理的效果，選用最合適的參數(shù)進(jìn)行地基加固，為以后的地基處理提供一定的依據(jù)。

1.3 試驗(yàn)方案

在施工區(qū)典型性地基范圍內(nèi)分別選取一部分作為試驗(yàn)區(qū)，分別為1#試驗(yàn)區(qū)和2#試驗(yàn)區(qū)。

1#試驗(yàn)區(qū)為軟土地基，分別布置方案一：樁徑0.80 m、間距3.00 m；方案二：樁徑0.50 m、間距1.50 m；方案三：樁徑0.50 m、間距2.00 m；方案四：樁徑0.50 m、間距2.50 m的砂樁，施工方法采用振沖法和振動(dòng)沉管法兩種。樁徑0.80 m砂樁采用振沖法，樁徑0.50 m砂樁采用振動(dòng)沉管法。

為了分析擠密砂樁密實(shí)度，試驗(yàn)后在1#試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)抽取不同樁徑、不同樁間距的9根擠密砂樁樁體進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，樁體編號(hào)及位置如表1所示。

2#試驗(yàn)區(qū)為砂層地基，分別布置方案一：樁徑0.80 m、間距3.00 m；方案二：樁徑0.50 m、間距1.50 m；方案三：樁徑0.50 m、間距2.00 m的砂樁，施工方法采用振沖法和振動(dòng)沉管法兩種。樁徑0.80 m砂樁采用振沖法，樁徑0.50 m砂樁采用振動(dòng)沉管法。

表1 1#試驗(yàn)區(qū)重型動(dòng)力探測(cè)探點(diǎn)位置表

在2#試驗(yàn)區(qū)3種方案區(qū)域加固前與加固后各布置4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)貫入原位試驗(yàn)孔，以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，用于測(cè)試砂層液化狀態(tài)。

2 1#試驗(yàn)區(qū)結(jié)果分析

1#試驗(yàn)區(qū)選取的9個(gè)樁點(diǎn)進(jìn)行樁體重型動(dòng)力觸探檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

振沖法是采用邊振邊沖聯(lián)合方式將振搗器沉入地基中，然后填入粗砂，振搗加固，達(dá)到密實(shí)度要求后再提升振搗器，反復(fù)進(jìn)行上述步驟，直至形成一個(gè)擠密樁體。從表2可以看出，采用振沖法施工的8號(hào)9號(hào)實(shí)驗(yàn)孔整體呈現(xiàn)為松散狀，這是因?yàn)闃扼w材料粒徑較細(xì)，當(dāng)受到高壓水的反沖作用時(shí)砂顆粒呈懸浮狀態(tài)，因此不能形成擠密的樁體。

從表2可以看出，采用振動(dòng)沉管法施工的1#到7#試驗(yàn)樁樁體密實(shí)度均優(yōu)于8#～9#試驗(yàn)樁；樁徑0.50 m，間距1.50 m的擠密砂樁2.00 m以下都達(dá)到了稍密的狀態(tài)，樁徑0.50 m，間距2.00 m的擠密砂樁2.50 m以下基本達(dá)到稍密的狀態(tài)，樁徑0.50 m，間距2.50 m的擠密砂樁3.00 m以下出現(xiàn)稍密的狀態(tài)，但整體密實(shí)度較差。由上述分析可知，樁間距越小，出現(xiàn)稍密狀態(tài)的深度越小，整體密實(shí)度越好。采用振動(dòng)沉管法施工的擠密砂樁，間距越小，其密實(shí)度越好，但是從經(jīng)濟(jì)角度考慮，此次試驗(yàn)最佳方案為采用振動(dòng)沉管法施工，樁徑0.50 m，樁間距2.00 m。

表2 樁體重型動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果表

3 2#試驗(yàn)區(qū)結(jié)果分析

2#試驗(yàn)區(qū)3種方案各選取4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行加固前和加固后的貫入試驗(yàn)，三個(gè)方案結(jié)果如表3所示。

地震液化是指少粘性土受地震力作用后，土體強(qiáng)度迅速降低，使土體像液體一樣流動(dòng)或噴出地面，成為液化地基。對(duì)于此類(lèi)土，可通過(guò)置換土質(zhì)，或者對(duì)土質(zhì)進(jìn)行加密的方法進(jìn)行處理，而通常是采用土質(zhì)加密的方法進(jìn)行處理。由于2#試驗(yàn)區(qū)存在地下承壓水，極易出現(xiàn)地震液化問(wèn)題，因此必須對(duì)砂層地基進(jìn)行加固。從表3可以看出，采用振沖法施工的方案一，加固前后貫擊數(shù)變化不大且有些部位還有所減小，這是因?yàn)樯巴恋牧鲃?dòng)性較大，采用振沖法施工沒(méi)有達(dá)到防止地震液化的要求。采用振動(dòng)沉管法施工的地基，加固后貫擊數(shù)與原狀土的標(biāo)貫擊數(shù)相比較有了大幅度的提高，且通過(guò)對(duì)比分析可以看出，間距1.50 m和間距2.00 m加固后貫擊數(shù)基本一致，考慮到經(jīng)濟(jì)因素的情況下，方案三優(yōu)于方案二。雖然加固后的地基條件有所改善，但是經(jīng)過(guò)分析計(jì)算以及修正處理，有一部分?jǐn)D密砂樁樁間土尚未全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求消除砂層地震液化的效果。

表3 2#試驗(yàn)區(qū)結(jié)果數(shù)據(jù)表

表3 2#試驗(yàn)區(qū)結(jié)果數(shù)據(jù)表（續(xù)）

4 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)在典型的軟土地基及砂層地基上進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，對(duì)擠密砂樁在軟土地基及砂層地基適用性有了一些初步的了解。擠密砂樁對(duì)于軟土地基加固及砂層土質(zhì)防地震液化都有一定的作用，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，1#試驗(yàn)區(qū)相對(duì)最佳試驗(yàn)方案三：樁徑0.50 m，樁間距2.00 m；2#試驗(yàn)區(qū)相對(duì)最佳試驗(yàn)方案三：樁徑0.50 m，樁間距2.00 m。此次試驗(yàn)為以后擠密砂樁更大范圍的應(yīng)用提供了一定的參考。但在試驗(yàn)的同時(shí)也出現(xiàn)了一定的問(wèn)題：軟土地基加固后擠密砂樁上下密實(shí)度差別較大，部分出現(xiàn)不密實(shí)；砂層地基加固后部分未達(dá)到防止地震液化的要求；這為今后更深一步的研究提供了方向。

［1］王廣月，王盛桂，付志前.地基基礎(chǔ)工程［M］.北京：水利水電出版社，2010.

［2］丁士昭，商麗萍.建筑工程施工管理與實(shí)務(wù)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］樓曉明，于志強(qiáng)，徐士龍.振沖法的現(xiàn)狀綜述［J］，土木工程與管理學(xué)報(bào)，2012，29（3）：61-66.

［4］牛瑞利.砂土地震液化及其防治［J］，山西建筑，2005，31（24）∶114-115.

編輯：左英勇

TU471.8

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1673-8853（2017）06-0064-03

2017-04-03