山东某电厂干振碎石桩施工及其原体试验

李吉林，张旭虎

(1. 山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250100；

2. 河北省环境地质勘查院，河北 石家庄 050021)

山东某电厂干振碎石桩施工及其原体试验

李吉林，张旭虎

(1. 山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250100；

2. 河北省环境地质勘查院，河北 石家庄 050021)

山东某百万机组电厂工程场区位于山东省北部沿海区域，厂前区上部地基土工程性质较差，地基承载力较低，变形较大，且场地内的饱和粉土及砂土在地震影响烈度达Ⅶ度时将可能产生轻微液化现象，不能作为建(构)筑物的天然地基持力层，因此需进行地基处理，根据现场岩土条件，拟采用干振挤密碎石桩复合地基处理，按设计及规范要求，需进行复合地基原体试验。本文主要介绍复合地基原体试验施工过程、检测方法及试验成果等。

干振碎石桩；复合地基；原体试验。

1 工程概况

山东某百万机组电厂工程场区位于山东省北部沿海区域，厂前区上部地基土工程性质较差，地基承载力较低，变形较大，且场地内的饱和粉土及砂土在地震影响烈度达Ⅶ度时将可能产生轻微液化现象，不能作为建(构)筑物的天然地基持力层，因此需进行地基处理，根据现场岩土条件，拟采用干振挤密碎石桩复合地基处理，需进行复合地基原体试验。本工程假定±0.000标高相当于绝对高程4.000m。

根据设计要求，本次试桩工程布置干振挤密碎石桩计64根。试验项目包括复合地基载荷试验、桩间土标准贯入试验、桩体超重型动力触探试验、采取土样并进行室内土工试验等。

2 地质条件

2.1 地形地貌

拟建场地地貌成因类型为海积平原，地貌类型为滨海低地。场地地势开阔，原始地形平坦，经人工整治后，场地大部分为养虾池。地面高程0.57m～3.77m。

2.2 地层结构

拟建场址区勘测深度内揭露地层主要为第四系人工填土、第四系全新统海积层、第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统冲洪积层，岩性为素填土、粉土、粉质粘土、粘土和粉砂。

3 干振碎石桩的设计与施工

3.1 干振碎石桩方案的设计

3.1.1 试桩场地选择

试验场地位置，着重考虑试验区处理深度范围内地层的代表性及地下水位标高，确定在宿舍区域进行试验，采取试验桩与工程桩相结合的原则。

3.1.2 试验机具的选择

综合考虑地基土的物理力学性质、建筑物对地基承载力的要求和制桩深度等因素，选用60kW振动桩锤及与其相匹配的辅助设备。

3.1.3 试验方案设计参数

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)的有关规定，按以下设计参数进行试验：

布桩方式：正方形；桩间距：s=1.3m；桩径：d=0.5m；桩土面积置换率：m=0.116；桩长：有效桩长不小于14.0m。护桩排数：2～3排。试验桩数：64根。

3.2 干振碎石桩的施工

干振碎石桩的施工按《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)及《电力工程地基处理技术规程》(DL/T5024—2005)第11章的有关要求执行。

3.2.1 桩体材料

干振碎石桩桩体材料采用碎石，碎石粒径不大于50mm，含泥量不大于5%。

3.2.2 成桩

(1)干振碎石桩施工利用电动振动打桩机，采用振动沉管成桩法进行施工；采用活瓣桩靴，桩尖采用平底型。

(2)成桩施工顺序应从中间向外围或隔排施工，先软土地段后硬土地段，先长边后短边进行施工。

(3)管中填料的振密压实按下列标准进行控制：

①深度控制。控制管中填料振实后的高度与松填高度的比值为0.5。

②密实电流控制。控制加压振密时的电流，达到比空载电流大15A～20A为止。

(4)保证干振桩填料的连续性，以保证桩身连续避免出现断桩现象。

(5)布设桩位及施工过程中桩位偏差不大于100mm，桩孔倾斜度不大于1%。

(6)施工完毕满足休止期后，将表层的松散层挖除，进行载荷试验工作。

3.2.3 施工结果

根据干振碎石桩施工试验结果，每桩作业时间为30～40min，每桩反插次数为13～15次左右，每桩实际投料量为3.5～3.6m3，充盈系数为1.274～1.31左右，密实电流为75～80A左右。

4 地基处理试验方案及方法

为了检测地基处理方案对地基土的处理效果，根据干振碎石桩试验方案，采用复合地基载荷试验、桩体超重型动力触探试验、桩间土取土标贯试验以及室内土工试验等方法对地基土进行检测，确定桩体施工质量、处理后地基土承载力特征值、桩间土液化是否消除及地基处理前后地基土的主要物理力学性质指标对比变化等。

干振碎石桩试验区布置3个复合地基载荷试验，3个桩间土取土标贯试验孔，3个桩体超重型动力触探试验孔。

4.1 单桩复合地基载荷试验

单桩复合地基载荷试验按《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)附录A的有关要求执行。

通过试验确定地基处理后的单桩复合地基承载力特征值fspk、变形模量E0。

4.2 超重型动力触探试验

超重型动力触探试验按《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)要求进行。

4.3 钻探与取样

地下水位以上土层采用回转螺旋钻探，回次进尺控制在1m以内且不超过螺旋叶片长度，地下水位以下采用泥浆护壁回转岩芯管钻探，回次进尺控制在1.50m～2.00m以内，且不超过岩芯管净空长度，采取全芯。不扰动土试样使用固定活塞式薄壁取土器，镀锌铁皮作衬管，用重锤少击法采取，经现场外观检查为Ⅰ级不扰动样者，及时包装密封，扰动土试样从标贯器中采取。

4.4 标准贯入试验

检验地基处理效果和施工质量，判定处理后的地基土的地震液化现象是否消除。

标准贯入试验与钻探配合进行，使用的设备符合《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)的要求，采用自动脱钩式自由落锤法，在保证孔底清洁的前提下进行试验。贯入器打入土中15cm后，开始记录每打入10cm的锤击数，累计打入30cm的锤击数为标准贯入试验锤击数。当锤击数已达50击，而贯入深度未达30cm时，记录50击的实际贯入深度。

4.5 室内试验

确定地基处理后地基土的有关物理力学指标。

室内土工试验严格按《土工试验方法标准》(GB/T50123—1999)的有关要求进行操作和资料整理。

5 原体试验结果

5.1 桩体检测

干振碎石桩施工完成后，随机抽取了3根桩体进行了连续超重型动力触探试验，检测干振碎石桩施工效果，根据试验结果，桩长满足设计要求，桩体密实度大部分为稍密～密实。

5.2 地基处理前后地基土主要物理力学指标比较

主要物理力学指标对比结果见表1。

表1 干振碎石桩处理前后地基土主要物理力学指标比较

从上表可以看出，采用干振碎石桩处理后，压缩系数：②粉土降低36%、②—1粉质粘土降低3.2%，压缩模量：②粉土提高55.4%、②—1粉质粘土提高18.3%，标准贯入试验：②粉土提高104.9%、②—1粉质粘土提高21.9%，地基土的主要力学和变形指标均比处理前有明显的提高，加固效果明显。

5.3 地基处理后地基土的液化消除效果

本场地地震动峰值加速度为96cm/s2，地震动反应谱特征周期为0.55s。本场地在地震烈度达7度时，将产生地震液化，液化土层为②层粉土，液化等级综合可按轻微液化考虑，最大液化点深度12.30m。

5.4 复合地基载荷试验成果分析

5.4.1 载荷试验成果

载荷试验点ZH1、ZH2、ZH3加荷等级为：35、70、105、140、175、210、245、280kPa八个等级。

载荷试验点在各级荷载作用下的沉降量汇总表见表2。

表2 试验点沉降量汇总

5.4.2 载荷试验成果分析

(1)试验结果

根据试验资料，绘制复合地基载荷试验P—s曲线、s—lgt曲线。并将试验资料主要数据列于表3。

表3 试验资料统计

(2)复合地基承载力极限值的确定

本场地各复合地基试验点在加载范围内沉降稳定，曲线变化均正常，按《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)附录A规定，并结合本场区特点，取最大荷载为各复合地基试验点的极限承载力，即ZH1、ZH2、ZH3试验点复合地基承载力极限值均为280kPa。

(3)复合地基承载力特征值的确定

根据各试验点复合地基平板静载试验P—s曲线及相关数据分析，ZH1、ZH2、ZH3试验点的P—s曲线未有明显比例界限，按《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)附录A规定，取s/b=0.01对应的承载力为各试验点复合地基承载力特征值，即ZH1、ZH2、ZH3试验点复合地基承载力特征值分别为153kPa、146kPa、153kPa。

考虑到地基土的不均匀性，并结合试验结果及当地建筑经验，综合确定干振碎石桩复合地基承载力特征值建议采用140kPa。

5.5 复合地基变形模量

复合地基变形模量E0，根据下式进行计算确定复合地基变形模量。

式中： E0为复合地基变形模量，mPa； I0为刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785；μ为土的泊松比，粉土取0.35；d为承压板

直径和边长，m；p为p～S曲线线性段的压力，kPa；s为与p对应的沉降，mm。

根据复合地基载荷试验结果计算的复合地基的变形模量见表4。

表4 干振碎石桩复合地基变形模量

复合地基变形模量最大值为10.54MPa，最小值为10.06MPa，平均值为10.38MPa。极差小于平均值的30%。复合地基变形模量可采用10.38MPa。

6 结论及建议

根据本试桩工程干振碎石桩复合地基处理试验结果，主要得出以下一些主要的结论和建议，为地基处理方案的设计提供依据，并指导地基处理工程的施工。

(1)干振碎石桩设计参数

干振碎石桩地基处理试验方案的设计参数为：

布桩方式：正方形；桩间距：s=1.3m；桩径：d=0.5m；桩土面积置换率：m=0.116；桩长：有效桩长不小于14.0m。

(2)干振碎石桩的施工

根据本次干振碎石桩施工试验结果，采用干振碎石桩进行地基处理是可行的。

根据干振碎石桩施工试验结果，每桩作业时间为30～40min，每桩反插次数为13～15次左右，每桩实际投料量为3.5～3.6m3，充盈系数为1.274～1.31左右，密实电流为75～80A左右，建议在施工时充盈系数为1.2～1.3。

(3)干振碎石桩复合地基承载力

干振碎石桩复合地基承载力特征值建议采用140kPa。

(4)干振碎石桩复合地基变形模量

根据单桩复合地基载荷试验结果确定的复合地基变形模量为：E0＝10.38MPa 。

(5)干振碎石桩地基处理效果

根据钻孔标贯试验，液化判定分析结果，干振碎石桩处理后地基土液化地层的液化现象消除。

从地基土处理前后主要物理力学性质指标对比分析可以看出，处理后地基土主要的力学和变形指标比处理前有较大幅度的提高。

(6)干振碎石桩的检测

干振碎石桩地基处理结束后，应进行施工质量效果检测，检测方法可采用复合地基载荷试验、钻探、超重型动力触探试验、标准贯入试验、取土室内试验等方法对桩身质量和复合地基承载力进行检测。检测休止时间和检测数量应满足相关国家和行业技术规范、规程的要求，并满足设计要求。

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Construction and Prototype Test of Dry Vibrated Gravel Pile in Power Plant Shandong

LI Ji-lin, ZHAND Xu-hu
(1. Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Ltd., Jinan 250100, China;
2. Environmental Geological Exploration Institute in Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China)

Shandong, a one million—unit power plant project site area is located in thenorthern coastal areas of Shandong Province, the upper part of the foundation inbefore the plant engineering properties poor, low bearing capacity of foundation, a large deformation, and the saturated silt and sand venuesearthquake intensity ⅶ degree may have a slight liquefaction phenomenon, not as the natural foundation ofthe building (structure) of the bearing stratum, and are therefore required to carry outground treatment, according to the site geotechnical conditions, the proposed dry vibration compacted gravelpile composite foundation of the design and specificationrequirements,the need for a composite of the foundation of the original test. This paper describes the composite foundation of the original test construction process, testing methods and test results.

dry vibration gravel pile; composite foundation; prototype test.

TU4

B

1671-9913(2012)02-0015-05

2012-02-20

李吉林(1977- )，男，安徽安庆人，高级工程师，从事岩土工程工作。