粉喷桩复合地基在某挡墙砂土液化地基处理中的应用

黄伟斌，张奕泽

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 310014)

粉喷桩复合地基在某挡墙砂土液化地基处理中的应用

黄伟斌，张奕泽

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州 310014)

首先，依托泉港南山片区水利项目设计，以挡墙砂土液化地基为研究对象，设计粉喷桩抗液化方案。接着，通过标准贯入试验对试验区原状地基和粉喷桩处理后地基进行液化判别。最后，总结试验结果，确定粉喷桩加固该工程挡墙砂土液化地基处理的可行性。

砂土液化;粉喷桩;地基处理;标准贯入试验

1 项目背景

泉港南山片区水利项目地处泉州市泉港区。因城市发展需求，现将该区域转为工业用地。由于上游有施厝溪、南埔溪、林柄溪、下凉尾溪等从不同方向汇入该该区域，排洪能力不能满足要求，需修建符合相关标准的防洪排涝系统，防止园区受淹。该项工程防洪标准为100 a一遇，一期工程由南线、北线排洪渠和滞洪区等建筑物组成，主要建筑物采用1级。

根据地质勘察报告，在7度地震烈度条件下:中砂②12、中砂②61主要为轻微、中等液化土层，个别地段属严重液化土层，中砂②12液化指数平均值为8.75、中砂②61液化指数平均值为5.55、钻孔液化指数平均值为10.22，综合判定中砂②12、中砂②61液化等级为中等液化，场地液化等属中等液化。按国标《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，对抗震设防类别为乙类的轻微液化土层，应部分消除液化沉陷或对基础和上部结构处理，对中等液化土层，应全部消除液化沉陷，或应部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理。因此，该项工程砂土液化地基需采取一定的抗液化处理措施。

2 初拟基础处理方案

2.1 粉喷桩

该方案适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土，以及无流动地下水的饱和砂土等地基，通过水泥土搅拌形成的水泥土加固体，提高砂土地基土内聚力C和内摩擦角φ，消除砂土地基液化的影响。该项工程布置按工程类比法取桩径60 cm，桩间距150 cm× 150 cm，梅花型布置，粉喷桩每米综合单价92元左右，总投资需979万元。

该方案施工时能精确控制桩底和桩顶标高，由于该项工程大部分液化砂土均处于淤泥土层之下，粉质粘土之上，属于软弱夹层类型。粉喷桩能精确控制水泥土搅拌土层和搅拌竖向范围，且该方案快速、高强、无噪音和无污染，最大限度地利用了原土，且施工设备相对轻便，对施工场地要求低，施工质量便于控制，优势显著。

2.2 振冲桩

振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基，桩体材料采用碎石、卵石、矿渣或其他性能稳定的硬质材料，形成复合地基，消除地基液化影响。

该方案施工时先将振冲器徐徐沉入土中，直到达到设计深度。造孔后边提升振冲器边冲水至孔口，再放至孔底，重复两三次扩大孔径后再开始填料制桩。该方案无法控制砂土地基竖向处理范围，只适用于地基为单一的砂土层。而且由于碎石桩的成孔依赖于高压水的冲排，其实质上即采用碎石置换相同体积的土体，只是在振动器振动时才能达到挤密土体作用，而一般振动器只有90～100cm长，横向振动范围并不大，因此挤密效果并不强，且碎石与土体的置换率较大，碎石用量大，产生的泥浆很多，使施工前期准备变的更加复杂。因此，此方案对于该项工程堤防基础液化处理并不适用。

2.3 振动成管砂石桩

由于典型的太行山地质构造，受储水层含水量的限制，和顺县境内泉水出漏量较小，联村集中供水工程不易采用泉水作为供水水源，而单村供水水源采用较多。主要优点：（1）当地的水资源达到充分利用，有效控制了地下水的开采量，使所属区域的地下水得到充分涵养。（2）山泉水水质优良是很好的饮用水水源。（3）水源建设形式简单，投资费用较小，多数山泉水所处地形较高属于高地泉，水借重力流向高位水塔，后期运行费用低。

该方法适用于挤迷密松散砂土、粉土、粘性土、素填土和杂填土等地基。利用常规的沉管灌注桩所用沉管设备，灌入经人工级配的砂石料，边振动边灌到砂土地基里面，达到挤密土体的效果，从而消除液化效果。砂桩桩径可采用30～80 cm，此次比选取桩径60 cm，桩间距150 cm×150 cm，梅花型布置，振动成管砂石桩每米综合单价125元左右，总投资需1 330万元。

由于土体中被“强制”灌入适量的砂石料，使土体密实度大幅度提高，砂石料的采用改善了土体的排水能力达到抗震效果，但由于施工后期土体越来越密实，可能使土体局部出现上隆现象，对附近建筑物有一定的影响。另外，振动成管砂石桩单价相对水泥搅拌粉喷桩增加约30%，投资增加较大。

经综合比选，该项设计采用粉喷桩进行堤防基础液化处理。桩径60 cm，桩间距150 cm×150 cm，梅花型布置，桩底标高为中砂层底部高程，桩顶标高为中砂层顶部高程。

3 粉喷桩现场抗液化试验

3.1 试验方案

该项试验采用桩径60 cm的柱形粉喷桩，梅花形布置，分别按桩距1.0 m、1.5 m、2.0 m分为三个试验段，每段各10 m，对复合地基处理液化的效果进行监测，确定粉喷桩最终设计参数。试验段为北线排洪渠KB2+600.00～KB2+630.00试验区和西部滞洪区K(X1)0+732.55～K(X1)0+762.55试验区。试验区桩间距布置示意图如图1所示。

图1 试验区桩间距布置示意图

3.2 粉喷桩钻孔取芯检验

在试验方案指定的区域按桩间距的不同分别各取6根桩钻孔取芯，所检测桩的位置由施工单位及监理单位随机制定。采用工程钻机对水泥搅拌桩进行钻孔取样，可直观地检验桩体强度和搅拌的均匀性。取出后当场检验桩芯的连续性、均匀性和硬度，并用锯、刀割成试块做无侧限抗压强度试验。通过对验段钻孔所得芯样判断，取芯率均达到80%以上，芯样完整性较好，连续性较好，未出现芯样不均匀的现象，表明区域内中砂层有利于粉喷桩成桩，成桩效果良好。钻孔所得芯样用锯、刀割成分上中下三份试样分别进行无侧限抗压试验，根据所得数据可知，粉喷桩芯样的强度测试值均大于1.5 MPa，说明实验区粉喷桩强度达到设计要求。

3.3 处理后各方案地基液化判别

在试验方案制定的区域按桩间距的不同分别各取6个点钻孔进行标准贯入试验，检验点由施工单位及监理单位随机指定。采用工程钻机先钻至预定深度，安装好标准贯入设备并放到钻孔底部，用质量63.5 kg的穿心锤以76 cm的落距，将标准规格的贯入器，自钻孔底部预打15 cm后，记录再打入30 cm的锤击数，即为标准贯入试验锤击数。试验所得数据分析结果如表1和表2所列。实测h-N值关系对比曲线图见图2和图3所示。

3.3.1 北线试验段桩间土标准贯入试验结果

3.3.1.1 桩间土挤密效果明显

根据表1中数据来看，BG1、BG2孔、BG3、BG4孔和BG5、BG6孔试验孔距分别为1.0 m、1.5 m和2.0 m，对比原状地基标准试验临近钻孔数据，可知在6.0 m左右深度，原状地基和处理后地基的标贯试验实际锤击数Ni平均值分别为10.33和15.6，后者的Ni值比前者提高约51%，尤其是桩间距为1.0 m钻孔，Ni平均值达到18.0击。而桩间距为2.0 m钻孔Ni平均值为13.5击，较原状地基提高约30%，比较桩间距1.0 m及1.5 m钻孔，土体密实程度改善较小。

3.3.1.2 消除饱和砂土液化

根据对试验段饱和中砂层6个标贯试验点统计结果:桩间距1.0 m钻孔和桩间距1.5m钻孔被判定为不液化，而桩间距2.0 m的两个钻孔均被判定为轻微液化。故结论为:采用粉喷桩桩间距1.0 m和桩间距1.5 m处理方案的地基可消除其液化可能，而采取桩间距2.0 m处理方案的地基仍具有轻微液化的可能。

3.3.2 西部试验段桩间土标准贯入试验结果

3.3.2.1 桩间土挤密效果明显

根据表 2中数据来看，XG1、XG2孔、XG3、XG4孔和XG5、XG6孔试验孔距分别为1.0 m、1.5 m和2.0 m，对比原状地基标准试验临近钻孔数据，可知在8.0 m左右深度，原状地基和处理后地基的标贯试验实际锤击数Ni平均值分别为13.75和17.83，后者的Ni值比前者提高约30%，桩间距1.0 m和1.5 m的钻孔，Ni平均值达到18.25击，挤密效果良好。

表1 北部排洪渠处理后标准贯入液化判别结果(抗震设防烈度Ⅶ度)一览表

表2 西部滞洪区处理后标准贯入液化判别结果(抗震设防烈度Ⅶ度)一览表

图2 北线排洪渠实测h-N值关系对比曲线图

图3 西部滞洪区实测h-N值关系对比曲线图

3.3.2.2 消除饱和砂土液化

根据对试验段饱和中砂层6个标贯试验点统计结果:桩间距1.0 m钻孔和桩间距1.5 m钻孔被判定为不液化，而桩间距2.0 m的两个钻孔中有一个被判定为轻微液化。故结论为:采用粉喷桩桩间距1.0 m和桩间距1.5 m处理方案的地基可消除其液化可能，而采取桩间距2.0 m处理方案的地基仍具有轻微液化的可能。

4 结果分析

通过对两区域试验段的桩间土标准贯入试验，以及对试验结果的对比分析，试验区段中砂层有利于粉喷桩成桩，桩体连续、完整。处理后地基标准贯入试验结果显示，粉体喷射搅拌法处理的砂土地基液化可能性大大降低。桩间距为1.0 m和1.5 m的设计方案能有效地消除地基的液化可能性，2.0 m的设计方案能减轻其液化可能性。考虑到工程成本，该项工程加固时可采用1.5 m做为桩间距，与初步设计所定的桩间距相同。综上所述，使用粉喷桩处理该项工程可液化地基以提高堤防整体稳定性是可行且有效的。

TU413

A

1009-7716(2015)04-0171-04

2015-01-04

黄伟斌(1985-)，男，浙江长兴人，工程师，从事水利水电工程管理工作。