西朱莊生態(tài)蓄水工程地基液化處理方法

王娟娟

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

西朱莊生態(tài)蓄水工程地處山西省應(yīng)縣西朱莊村以北1.0 km的桑干河干流上，距離應(yīng)縣縣城5.5 km。工程區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震動(dòng)峰值加速度值為0.20 g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。本工程主要建筑物包括：蓄水閘、啟閉機(jī)設(shè)備室、生態(tài)護(hù)岸、管理站、交通道路和高灌站改造等。蓄水閘為開敞式蓄水閘，總寬402.0 m，包括左岸224.0 m蓄水閘段、中間100.0 m寬的景觀平臺(tái)和右岸78.0 m蓄水閘段。工程等別為Ⅴ等，主要建筑物蓄水閘、啟閉機(jī)房級(jí)別為5級(jí)。

2 工程地質(zhì)

2.1 地質(zhì)概況

閘址內(nèi)發(fā)育地層為全新統(tǒng)沖積物（Q4al）及第四系下更新統(tǒng)湖積物（Q1l）。

第四系全新統(tǒng)沖積物（Q4al），分布于河床、河漫灘。從上往下地層巖性依次為：①為含砂低液限粉土、低液限粉土，厚度1.0～4.3 m；②為級(jí)配不良砂、粉土質(zhì)砂，厚度0.4～1.2 m；③為低液限粘土，厚度0～7.2 m，由右岸向左岸逐漸殲滅。其下部為低液限粉土，厚度0～2.5 m，由左岸向右岸厚度越來越薄，在桑干河主河床處尖滅；④為含細(xì)粒土砂、粉土質(zhì)砂，厚度0～6.0 m，由左岸向右岸逐漸尖滅。

第四系下更新統(tǒng)湖積物（Q1l），主要分布于河床及兩岸下部，巖性為低（高）液限粘土，厚度大于10 m。

2.2 場地液化評(píng)價(jià)

工程區(qū)抗震基本烈度為Ⅷ度，閘址處的含砂低液限粉土、級(jí)配不良砂、粉土質(zhì)砂等，應(yīng)評(píng)價(jià)場地液化問題。依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄P土的液化判別進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.1 初判

依據(jù)初判條件，閘基全新統(tǒng)沖積物低液限粉（粘）土層，粘粒含量1.5%～24.9%，大多小于18%，初判為可能液化土；粉土質(zhì)砂、級(jí)配不良砂層，粘粒含量0～17.0%，粘粒含量小于18%，初判為可液化土層。下部下更新統(tǒng)洪積低（高）液限粘土粘粒含量16.7%～59.3%，初判為不液化土。

2.2.2 復(fù)判

采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)法，對(duì)表層低液限粉土及含細(xì)粒土砂層進(jìn)行復(fù)判，符合下式要求的土應(yīng)判為液化土：N＜Ncr（標(biāo)貫錘擊數(shù)N，標(biāo)貫錘擊數(shù)臨界值Ncr）。根據(jù)現(xiàn)場7個(gè)鉆孔標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判別分析，閘基表層低液限粉土和含細(xì)粒土砂、級(jí)配不良砂層，在地震Ⅷ度時(shí)存在液化問題，液化土層厚度為8 m左右（至Q1l低液限粘土頂面）。因此，需要對(duì)液化地基進(jìn)行處理，滿足閘基穩(wěn)定要求。

3 液化地基處理方案比選

3.1 換填法

換填法是將基礎(chǔ)底面下的軟弱土層挖去，以強(qiáng)度較高、性能穩(wěn)定碎石、卵石、素土、粉煤灰及礦渣等材料分層填充，同時(shí)，分層碾壓或夯實(shí)達(dá)到要求的密實(shí)度，改善地基應(yīng)力分布，減少沉降量。

換填法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、膨脹土、濕陷性黃土、雜填土等不良地質(zhì)基礎(chǔ)的淺層處理。換填的厚度一般不宜大于3 m。

3.2 強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是反復(fù)將重錘提到高處，使其自由落下，給地基沖擊、振動(dòng)能量，將地基土夯實(shí)，從而提高地基的承載力，又降低其壓縮性，改善地基性能。同時(shí)，還能改善其抗振動(dòng)液化的能力，所以，強(qiáng)夯法常用于處理可液化砂土地基，如砂土、碎石土、低飽和度的粉土、黏性土、濕陷性黃土、素填土及雜填土等地基。

強(qiáng)夯法的優(yōu)點(diǎn)有加固效果顯著、適用土類廣、設(shè)備簡單、施工方便、節(jié)省勞力、施工期短、節(jié)約材料、施工費(fèi)用低等。但強(qiáng)夯法對(duì)飽和度高的粉土、黏性土的液化處理效果不顯著。

3.3 圍封法

圍封法是在建筑基礎(chǔ)周邊制作連續(xù)墻，將基礎(chǔ)范圍內(nèi)易液化的土體圍封起來，使液化土體在遭遇地震時(shí)，由于圍墻的作用不被擾動(dòng)，從而達(dá)到減少液化指數(shù)、降低液化的可能。圍封法適用于各種類型的軟弱土。

3.4 振沖碎石樁

振沖碎石樁是利用振沖器邊振邊沖，在軟弱地基中成孔后，再填入碎石形成大直徑的樁體，樁體和周邊土形成復(fù)合地基，提高地基的承載力，減少地基的沉降量、提高土體的抗剪強(qiáng)度。

振沖碎石樁適用于處理松散砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、素填土等地基，以及用于處理可液化地基。振沖碎石樁的有效處理深度可達(dá)15 m。

3.5 方案比選

本工程液化土層厚度較大（4.8～7.4 m），采用換填法處理液化基礎(chǔ)不夠經(jīng)濟(jì)。閘址處河床地下水位較高（990.39～991.94 m），河道常年流水，基礎(chǔ)土飽和度高，強(qiáng)夯法液化處理效果不可靠。

圍封法存在以下不利因素：一是圍封法只能解決液化擴(kuò)散的傳遞問題，圍封區(qū)內(nèi)的土體仍存在液化問題，只要圍封結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)破壞，結(jié)構(gòu)不連續(xù)，就會(huì)造成地基失穩(wěn)。二是閘室基礎(chǔ)下圍封結(jié)構(gòu)的外圍連續(xù)墻會(huì)造成閘基滲水集聚無法排出，加大閘底板揚(yáng)壓力，危及閘基穩(wěn)定。三是從地下連續(xù)墻施工方法考慮，若采用高壓旋噴法，由于液化范圍大，基礎(chǔ)處理費(fèi)用高；若采用水泥土攪拌法，則費(fèi)用低，但本工程地下水位較高，且呈流動(dòng)狀態(tài)，固化劑在尚未硬結(jié)時(shí)易被地下水沖蝕破壞，加固效果受到影響，施工質(zhì)量難以控制。

振沖碎石樁不僅使樁間土密實(shí)度增加，而且在地基中形成良好的豎向排水通道，可有效消散孔隙水壓力，防止超孔隙水壓力的升高而使砂土產(chǎn)生液化。另外，在施工過程中，地基土獲得強(qiáng)烈的預(yù)震，對(duì)增強(qiáng)砂土抗液化能力極為有利。

考慮上述因素，本工程地基液化處理，推薦采用振沖碎石樁。

4 地基抗液化處理設(shè)計(jì)

依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79-2012）中的要求，初步確定振沖碎石樁處理范圍為基礎(chǔ)外緣，擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基底可液化土層厚度的1/2，且不應(yīng)小于5.0 m。結(jié)合建筑物布置，閘室基礎(chǔ)上下游、右岸向外擴(kuò)大5.0 m，左岸外擴(kuò)至啟閉機(jī)房基礎(chǔ)以外。

擬定碎石樁樁徑0.8 m，樁端伸入不液化土層頂部0.5 m，等邊三角形布孔，處理深度6.8～8.5 m，具體施工參數(shù)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。樁頂和閘室基礎(chǔ)之間鋪設(shè)300 mm厚的級(jí)配碎石墊層和100 mm厚C 15混凝土墊層。樁距計(jì)算采用《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50783）。

式中：S——中樁間距，m；

d——樁體直徑，0.8 m；

ζ——擠密砂石樁樁間距修正系數(shù)，1.1；

e0——地基處理前土體的孔隙比；

e1——地基擠密后要求達(dá)到的土體孔隙比；

Dr1——地基擠密后要求達(dá)到的相對(duì)密度；

emax——砂土最大孔隙比；

emin——砂土的最小孔隙比；

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，樁間距取2.5 m。

5 結(jié)語

地震作用下的砂壤土液化是河道建筑物地基失效的主要形式，在水閘基礎(chǔ)遇到砂壤土場地時(shí)，對(duì)液化地基采取合理的抗液化處理措施是必要的。地基液化處理方法應(yīng)針對(duì)地基承載力的不足或者對(duì)沉降變形的不適應(yīng)性，根據(jù)地基實(shí)際地質(zhì)情況、建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工條件及運(yùn)用要求，經(jīng)技術(shù)或經(jīng)濟(jì)比較后確定。