松散砂土地区地基处理方法的选择与应用

罗亚（天津青年职业学院 天津 300191）

我国宁夏中北部、内蒙古西部、新疆等沙漠边缘地区，广泛分布着风积粉细砂等松散砂土地基。这种砂土地基一般是在风力搬运条件下形成的，成层时间较短。颗粒级配中粒径大于0.075 mm的颗粒占全重的比例一般在50%～85%之间，处于松散或稍密状态。一般地基承载力特征值不大于120 kPa。如果当地地下水位较高，处于饱和状态的砂土在静载作用下虽然具有较高的强度，但在机器振动、车辆荷载，特别是地震力的反复作用下，可能产生较大的震陷变形。地基会因砂土液化而丧失承载能力。

对于这种砂土地基，工业或民用建筑地基处理主要应考虑的问题是提高承载能力和消除地基土液化。

1 地基处理方法的选择

砂土地基常用的地基处理方法有以下几种：

1.1 强夯法

强夯法是采用重量为10～40 t的重锤从高处自由落下，地基土体在强夯的冲击力和振动力作用下密实，从而提高其承载力，降低其压缩性。该方法的优点是加固效果显著，施工期短，费用低等。但由于强夯施工会产生较大的震动和噪声，可能对相邻建筑物产生影响，因此一般不能用于现有建筑物邻近处施工或居民区附近施工，应用范围受到一定限制。

1.2 旋喷桩

旋喷桩是一种利用水泥、石灰等固化材料将土体固结，形成坚硬的拌和桩体，与桩间土体共同作用形成复合地基的处理方法。施工工艺是利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置，通过高压喷射水泥浆冲切土体，喷嘴在喷射的同时旋转和提升，水泥浆固化后与土体形成圆柱状水泥土加固体，与桩间土共同作用，形成复合地基。这种处理方法的主要优点是；不需事先成孔，而是边喷射边提升，避免了塌孔和缩颈现象，成桩质量较好；施工过程中基本无振动和噪音。但由于施工工艺控制和施工机具要求较高，造价相对也较高。

1.3 振冲碎石桩

振冲碎石桩是利用振动沉管工艺在沙土中打入钢管，通过强力振动使砂土结构受到破坏，颗粒重新排列，孔隙减少，从而对桩间土产生挤密作用。同时在桩孔内填入碎石起到置换作用。由于桩间砂土密实度增加，提高了桩间土的抗剪强度和抗液化性能，置换的碎石桩体强度又远大于桩间土强度，不但使复合地基承载能力明显提高，在地震力作用下抗液化的能力也显著增强。碎石桩还起到了很好的排水通道作用，有利于超孔隙水压力的消散，能够使复合地基更快稳定固结。这种地基处理方法又根据沉管施工时是否采用水冲而分为干振碎石桩法和振冲碎石桩法。其中利用水冲辅助成桩的振冲碎石桩法应用较广。

相比较而言，这几种地基处理方法各有优缺点，适用范围也有所不同。强夯法由于夯击影响深度有限，一般适用于砂土厚度不大（2～8 m），对施工振动和噪声不敏感的工程中。旋喷桩由于水泥土加固体强度较高，属于刚性桩复合地基，一般用于对地基承载力要求较高的工程中。而振冲碎石桩由于填入碎石仅起到置换作用，属于柔性桩复合地基，承载力提高有限，但对消除砂土液化效果明显，因此大量应用于较高抗震烈度地区一般工业与民用建筑的地基处理中。

2 工程实例

某工业建筑筛分车间位于陕西内蒙交界的沙漠边缘地带，地基表层风积粉细砂厚度达到6 m，由于靠近河床含水率较高，下部为中等风化泥岩层。当地抗震设防烈度8度，且车间内布置了大量振动设备。地质报告提出表层砂土液化等级为中等，要求对该层砂土进行消除液化的地基处理。同时由于该层土较松散，承载能力低（fak=120 kPa），不能满足建筑物地基承载力的要求，因此决定采用振冲碎石桩法进行地基处理。

根据规范要求，振冲碎石桩的布置要求消除地基液化时，在基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的1/2。确定处理宽度为基础外缘外扩3 m，即厂房内整片处理，厂房外围轴线基础外扩3 m。结合当地施工条件，采用55 kW振冲器，桩体直径0.9 m，等边三角形布置，间距1.8 m，桩长穿透粉细砂层，填料采用30～100 mm碎石。

初步设计时采用规范推荐公式预估复合地基承载力特征值：

其中m为桩土面积置换率，采用规范公式计算m=0.227。

fsk为处理后桩间土承载力特征值，按当地经验取fsk=160 kPa。

fpk为桩体承载力特征值，宜通过单桩载荷试验确定，在初步设计阶段，按经验取值fpk=300 kPa。

经计算可得：fspk=191.8 kPa。

大面积施工前，先选取局部进行实验性施工，按设计要求共施工试验桩10根，并进行单桩载荷试验和桩间土标准贯入试验。桩体承载力特征值超过320 kPa，桩间土各深度标准贯入锤击数均提高1.5倍以上，超过了规范规定的液化判别标准贯入锤击数临界值，满足抗液化要求。

复合地基施工完成后，又进行了复合地基载荷试验，加荷达到400 kPa时未发生复合地基破坏，复合地基承载力特征值满足设计要求。

3 结论

在松散砂土地区，如抗震设防烈度在7度及以上，且砂土含水率较高的情况下，地基处理的要求主要是消除液化趋势，同时通过对砂土的振密作用提高承载力。

振冲碎石桩振密效果与土质关系密切，对粉土及含粉粒较多的粉质砂，振冲挤密的效果较差，因此施工前应做好试桩，确定成桩效果及承载力。施工时桩体碎石密实度对复合地基承载力影响也很大，要求施工时严格控制填料量和挤压夯实质量。并应通过载荷试验确定最终复合地基承载力特征值。

根据规范规定，振冲碎石桩施工验收后，应在桩顶和基础底之间铺设砂石褥垫层，以起到调节桩土应力比和调节沉降的目的。

大量的工程实践表明，振冲碎石桩是一种既对砂土振密效果好，消除液化效果明显，又施工简便成本较低的砂土地区地基处理方法。■

[1]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范（JG J 79-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社.

[2]地基处理手册编写委员会.地基处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.