二元桩复合地基在处理粉土液化地基中应用

谢庆红 于小娟

(中海油山东化学工程有限责任公司，山东济南 250101)

在地震、动力荷载等作用下饱和粉土、砂土容易发生地基液化现象，引起地面喷水冒砂、地基软化、承载力下降、基础沉陷，从而造成建筑物下陷或倒塌。GB 50011-2010建筑抗震设计规范规定，地面下存在饱和砂土和饱和粉土时，除6度外，应进行液化判别。存在液化土层的地基，应根据建筑的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施［1］，液化土层经处理后方可作为地基持力层。处理液化地基土问题是工程设计中经常遇到的问题。

1 工程概况

山西省清徐县某化工项目，含5项主装置，5项公用工程装置，2个仓库及外管架。其中7项装置为乙类抗震设防，5项为丙类抗震设防。主装置和公用工程装置为框架结构，8度抗震设防，基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组。

根据详勘资料，场地地基土上部为粉土，下部为粉质粘土，自上而下可划分为8层，土层力学性状如表1所示。实测潜水位埋深为地表下0.70 m～1.00 m，工程范围内影响水位变化的主要因素为垂直入渗，地下水位季节性变化幅度约1.00 m。

表1 场地各土层力学性状表

根据GB 50011-2010建筑抗震设计规范计算液化判别标准贯入锤击数临界值和液化指数，该场地液化等级为中等～严重，液化土层为第①，②，③层粉土，液化深度约为地面以下15 m。本工程基础埋深为地面以下1.50 m～2.50 m，持力层为第①层，天然地基承载力特征值为80 kPa，为可液化土层，不能满足设计要求。该工程不能采用天然地基，对丙类抗震设防装置应全部或部分消除液化，对乙类抗震设防装置应全部消除液化。

2 CFG桩+碎石桩复合地基设计

2.1 液化地基处理方案

地下水位较高的砂土、粉土更容易发生地基土液化，处理地基土液化常用方法有:1)强夯法:通过强夯改善土性，适用于处理液化土层较薄地基。2)换填法:将液化土层全部挖除，换填其他非液化材料来消除地基土的液化，适用于液化土层较浅地基。3)砂石桩:通过挤密、加强竖向排水能力来提高地基的抗液化能力，适用于液化土层深度中等，地基承载力较低的地基处理。4)复合地基:采用CFG等强度较高的桩体与原地基形成承载力较高的复合地基来处理地基土液化问题，适用于液化深度较深、地基承载力不足的地基。5)深基础法:基础穿透液化土层，基底埋入液化深度以下稳定土层中。在设计过程中，要依据实际工程具体情况采用合理的抗液化措施。

2.2 设计方案确定

以项目主装置为例，由于本工程液化土层约为15 m，强夯法、换填法只适用于处理液化土层较浅的地基，不适用本工程要求。鉴于化工装置的特点，地面设备基础较多，且紧邻厂房有外管架，如果采用桩基础，地面设备基础及外管架均应另行单独处理，施工混杂，加之主装置上部结构荷载不是特别大，采用灌注桩不是最佳选择。根据工程具体情况，综合考虑费用及施工两方面原因，本工程主装置采用碎石桩+CFG桩二元复合地基来处理场地地基土液化问题。采用碎石桩通过对地基的挤密、排水等作用来消除地基土液化，但其复合承载力不能满足要求，在碎石桩中间再布置CFG桩，来进一步提高地基承载力。

2.3 设计成果

主装置基础为独立基础，根据上部结构荷载及柱下独立基础尺寸按GB 50007-2011建筑地基基础设计规范［2］来设计、计算碎石桩和CFG桩的桩径、桩长、桩间距。采用正方形布置的直径为500 mm，桩长为15 m，桩间距为1 500 mm的碎石桩，全部消除地基土液化;在独立基础区域的碎石桩中间布置长度为18 m的CFG桩(桩体强度6.5 MPa)，形成碎石桩+CFG桩二元复合地基，如图1所示。按JGJ 79-2012建筑地基处理规范［3］计算单桩承载力特征值为425 kN，复合地基承载力为250 kPa，能满足工程要求。

3 CFG桩+碎石桩处理粉土液化地基效果

3.1 复合地基承载力

对二元桩试桩进行复合地基承载力静载试验，试验结果见表2。荷载试验结果表明3个试验点的沉降量比较小，P—S曲线比较平缓，无明显陡降段，复合地基承载力能满足设计要求。

表2 二元桩复合地基承载力静载试验结果汇总表

图1 碎石桩+CFG桩复合地基平面布置图（局部）

3.2 消除液化效果

对施工完的碎石桩+CFG桩复合地基进行标准贯入试验，标准贯入锤击数值均大于按照GB 50011-2010建筑抗震设计规范计算的液化判别标准贯人锤击数临界值，该场地范围内地基土液化已经完全消除，处理效果良好。

3.3 综合效益分析

以一个主装置为例，如采用钻孔灌注桩，第①，②，③层粉土的液化折减系数为0，选用直径1 000 mm钻孔灌注桩，设计桩长为40 m，单桩承载力特征值2 000 kN，桩数量210根，厂房桩基费用大约630万元，还没有考虑设备基础及厂房附近外管架的地基处理。如果采用碎石桩+CFG桩二元复合地基，碎石桩数量为2 100根，CFG桩为630根，总造价约535万元，经济效果明显。采用碎石桩处理液化地基时，要求在基础边缘以外的处理宽度，应超过基础底面下处理深度的1/2且不小于基础宽度的1/5。碎石桩实际处理范围已经达到厂房轴线外侧8 m～9 m，这个范围已经在厂房外管架区域内，所以也同时处理了部分外管架基础和设备基础，这样，外管架地基处理仅补充3排～4排碎石桩即可满足要求，设备基础、外管架的地基处理费用也大大降低。

4 结语

工程实践证明，CFG桩+碎石桩二元复合地基利用碎石桩消除地基土液化，利用CFG桩进一步提高地基承载力，适用于该化工厂厂区对消除地基土液化和对地基承载力差异化需求的要求，是处理液化土层较厚地基的有效方法，它造价低，施工工艺简单，在实际应用中具有明显的综合效益，可作为相关工程项目参考。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［2］GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范［S］.

［3］JGJ 79-2012，建筑地基处理规范［S］.