十字翼共振法在宿遷地區(qū)的應(yīng)用研究

唐風(fēng)華 杜廣印 夏涵

摘 ?要：宿遷地區(qū)位于廢黃河流域，大量分布近代沉積的粉砂、粉土，在地震作用下極易產(chǎn)生液化。十字翼共振法作為一種有效的砂土液化地基處理方法，近年來得到了很好地推廣和應(yīng)用。文章以宿遷金鷹天地和宿新高速為背景，通過對(duì)共振法加固后的砂土液化場(chǎng)地進(jìn)行靜力觸探測(cè)試、標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試，最后得到十字翼共振法在處理徐宿地區(qū)可液化地基具有較好的適用性。共振法進(jìn)行地基處理后，錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力和標(biāo)貫擊數(shù)都得到了提高，尤其是砂土層的錐尖阻力增大幅度為1.84倍，側(cè)壁摩阻力增大幅度為1.47倍，標(biāo)貫擊數(shù)最大增幅為2.65倍。結(jié)果表明，通過十字翼共振法處理后的砂土可液化地基的抗液化效果得到了明顯的改善。

關(guān)鍵詞：十字翼振桿;共振法;靜力觸探;標(biāo)準(zhǔn)貫入;液化地基

中圖分類號(hào)：TU472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）13-0175-03

Abstract： Suqian area is located in the Abandoned Yellow River basin， where a large number of silt and silt deposited in recent years are easily liquefied under the action of an earthquake. As an effective method of sand liquefaction foundation treatment， the resonant compaction method has been widely used in recent years. This paper， taking Suqian Jinying and Suxin expressway as the background， carries out CPT and SPT on the sandy soil liquefaction site strengthened， and finally obtains that the resonance compaction method has good applicability in dealing with the liquefaction foundation in Xushu area. After the foundation treatment by the resonance compaction method， the tip resistance， sidewall friction resistance and the number of SPT blow count are all improved， especially in the sand layer， the increased range of tip resistance is 1.84 times， the increasing range of sidewall friction resistance is 1.47 times， and the maximum increase range of standard penetration attacks is 2.65 times. The results show that the anti-liquefaction effect of the liquefiable sand foundation treated by the resonance method is obviously improved.

Keywords： vibratory probe; resonant method; CPT; SPT; liquefiable ground

1 概述

宿遷地區(qū)是江蘇主要地震危險(xiǎn)區(qū)之一，區(qū)內(nèi)廣泛分布廢黃河泛濫沉積物，一般以粉土、粉細(xì)砂為主，而且埋藏較淺，地下水位又較高，地基土的天然承載力較低，在地震作用下非常容易產(chǎn)生液化現(xiàn)象。傳統(tǒng)的砂土液化地基處理一般采用強(qiáng)夯法[1]、水泥土攪拌樁法[2]、碎石樁法[3]和換填法[4]。

強(qiáng)夯法加固深度有限（≤10m），加固效果會(huì)隨著深度的增加快速衰減;施工時(shí)需要有一套重錘、起重機(jī)等強(qiáng)夯施工機(jī)具，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的環(huán)境振動(dòng)和噪聲。水泥土攪拌樁法由于水泥固化速率慢，不能用于含石塊的雜填土，當(dāng)用于處理的泥炭土或地下水具有侵蝕性時(shí)，宜通過試驗(yàn)確定其適用程度。碎石樁處理范圍有限，需要大量礫石、碎石類填料，造價(jià)高，其成樁質(zhì)量難以保證。換填法需要運(yùn)輸大量填料，造價(jià)較高。

共振法是一種優(yōu)良的消除液化的方法，憑借其施工簡(jiǎn)單方便、加固效果顯著和工程造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，已在國(guó)外粉砂土地基的加固和抗液化處理方面取得了很好的應(yīng)用[5-9]。共振法主要是通過兩個(gè)方面來增加抗液化效果的，一是通過振動(dòng)桿的強(qiáng)力反復(fù)振動(dòng)，使振桿周圍的土層結(jié)構(gòu)破壞并暫時(shí)性地發(fā)生破壞，并在之后重新排列，使土層孔隙變小，密度增加;二是振動(dòng)桿貫入過程中會(huì)側(cè)向擠壓土體，使土體變得密實(shí)，并最終依靠?jī)煞矫娴墓餐饔脤?shí)現(xiàn)加固目的。相較于傳統(tǒng)的振動(dòng)密實(shí)法，土層和振桿的共振所引起的振動(dòng)放大效應(yīng)可以有效提高振動(dòng)能量從振桿傳遞到周圍土層的效率，且振桿和土的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幅度很小，對(duì)周圍的影響也更小。近年來，共振法在我國(guó)發(fā)展十分迅速，已經(jīng)擁有了一套完整的勘察-施工-評(píng)價(jià)體系并越來越多地被應(yīng)用于地基土的抗液化處理[10]。

本文依托宿遷金鷹天地及宿新高速可液化地基處理工程，采用十字翼共振法進(jìn)行地基處理。通過在地基處理前和地基處理后，采用靜力觸探測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試進(jìn)行加固效果評(píng)價(jià)和抗液化評(píng)價(jià)。

2 工程實(shí)例及處理方法

2.1 工程概況

宿遷金鷹天地廣場(chǎng)暨宿遷金鷹國(guó)際購物中心地位于宿遷市宿城區(qū)，位于古黃河西側(cè)。該場(chǎng)地地勢(shì)從東至西呈遞減的趨勢(shì)，高程為23.2～27.8m，地貌為黃河泛濫沖積平原，第四系覆蓋高度大于60m。工程地質(zhì)條件如表1所示。

宿新高速是宿遷至新沂高速公路是江蘇高速公路網(wǎng)規(guī)劃“五縱九橫五聯(lián)”中“聯(lián)一”的重要組成部分。路線起點(diǎn)接寧宿徐高速公路宿遷南樞紐，經(jīng)宿遷宿城區(qū)、宿豫區(qū)和徐州新沂市，終點(diǎn)接京滬高速公路，其中宿遷段38公里。經(jīng)過勘察得知，該路段主要以粉土和砂質(zhì)粉土為主（表2）。

2.2 共振法加固

十字翼共振桿如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，振桿長(zhǎng)度根據(jù)加固深度選擇16m。振桿中部有均勻分布的通孔，不但減少了振桿質(zhì)量，而且有利于能量傳遞和孔隙水壓力的消散。振桿底部有尖刺齒，振桿側(cè)壁有凸型半圓齒，有利于振桿的貫入和拔出。

工程加固開始前需確定四個(gè)重要參數(shù)：

振點(diǎn)間距，留振時(shí)間，振桿運(yùn)動(dòng)模式（沉入，懸停和拔出）和密實(shí)實(shí)施順序。

根據(jù)試振結(jié)果確定主要施工工藝指標(biāo)：（1）振點(diǎn)間距

根據(jù)場(chǎng)地情況取1.8m。振點(diǎn)按三角形布置;（2）留振時(shí)間

30s;（3）振桿運(yùn)動(dòng)模式選擇在30Hz;（4）密實(shí)實(shí)施順序采用兩次間隔振動(dòng)加固，第一遍施工時(shí)采用隔點(diǎn)施工（即在整個(gè)施工布點(diǎn)中間隔一個(gè)點(diǎn)施工一次），第一遍施工結(jié)束后間隔幾天讓土重新固結(jié)以后開始在第一遍振點(diǎn)間的中間點(diǎn)進(jìn)行第二遍施工。如圖2所示。

2.3 靜力觸探測(cè)試

靜力觸探試驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)手搖機(jī)械式雙橋靜力觸探的CPT設(shè)備，其探頭規(guī)格為：錐角為60°，圓錐直徑為43.7mm，錐底截面積為15cm2，側(cè)壁摩擦筒的表面積為300cm2，側(cè)壁摩擦筒的長(zhǎng)度為218.5mm，測(cè)試深度間隔為10cm。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試

液化判別根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTGTB02-01-2008）中關(guān)于地基的液化規(guī)定進(jìn)行。測(cè)試過程嚴(yán)格按照《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001，2009版）進(jìn)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果

從圖3可以看出采用十字翼共振法加固后的地基，采用CPT測(cè)試的錐尖阻力和側(cè)摩阻力都有不同程度的提高。其中，4.0～11.0m的土層的處理效果是最明顯的，試驗(yàn)后的錐尖阻力隨深度總體趨勢(shì)是在增加的，增加幅度為1.84倍，側(cè)壁摩阻力與錐尖阻力趨勢(shì)是相同，增加幅度為1.47倍?？梢钥闯鲈诒韺油?xí)兴档?到達(dá)粘粒含量較大的土層時(shí)錐尖阻力或是側(cè)壁摩阻力大小相同或是略微有所降低，這是由于粘粒含量的增加所造成的。液化土層的試驗(yàn)結(jié)果是說明幅度有明顯的增加，液化基本消除。由圖4中可以看出在7.5m以上的土層錐尖阻力或是側(cè)壁摩阻力有所減少這是由于在檢測(cè)前幾天下雨之后沒有能及時(shí)排水，后來挖的排水溝在這個(gè)區(qū)的前后邊界處所以會(huì)造成一定的影響，但是排水完成之后這種影響就會(huì)消失。

在進(jìn)行排水之后，進(jìn)行了另外5個(gè)孔的CPT實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。由圖可以看出在進(jìn)行排水之后，工后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本都是要比工前數(shù)據(jù)要大，而且進(jìn)行排水之后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也說明排水之后的數(shù)據(jù)同樣大于排水之前的數(shù)據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試結(jié)果如圖5所示，采用共振法加固后，標(biāo)貫擊數(shù)有了明顯的提高。根據(jù)結(jié)果計(jì)算得到，標(biāo)貫擊數(shù)增長(zhǎng)都超過了1倍，其中最大增幅為2.65倍。根據(jù)判液化的公式或是外文文獻(xiàn)中的理論：當(dāng)標(biāo)貫基數(shù)大于20這個(gè)值以上我們就可以認(rèn)為該土是不液化的。從圖5中可以看出每層土的增加趨勢(shì)。

4 結(jié)論

本文采用十字翼共振法對(duì)宿遷地區(qū)可液化地基進(jìn)行處理，處理前后分別對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果分析后得到如下結(jié)論：

（1）十字翼共振法處理可液化地基具有較好的適用性。通過共振法處理后的地基抗液化效果得到了明顯的改善。

（2）通過靜力觸探測(cè)試，共振法進(jìn)行地基處理后，錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力都得到了提高，尤其是砂土層的錐尖阻力增大幅度可以達(dá)到1.84倍，側(cè)壁摩阻力增大幅度可以達(dá)到1.47倍。

（3）通過標(biāo)準(zhǔn)貫測(cè)試，共振法進(jìn)行地基處理后，標(biāo)貫擊數(shù)有了明顯增長(zhǎng)，其中最大增幅為2.65倍。

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