锤击沉管夯扩砂石桩在砂土地基防液化加固处理中的应用

陈相彪，刘 伟

（1.河北省保定市水利水电勘测设计院，河北 保定 071000；2.河北省保定市江河水利咨询监理有限公司,河北 保定 071000）

0 引言

砂土液化是饱和的粉、细砂土在振动作用下因孔隙水压力上升，其抗剪强度丧失，突然破坏而呈现液态的现象。从已发生的唐山大地震、大阪地震、旧金山地震等近代灾害性地震来看，砂土液化给人类带来了巨大的损失，因此现在越来越重视砂土的液化问题[1]。砂土液化造成高大建筑物倾斜，局部或整体下沉，后果极为严重。根据已有经验表明，影响砂土液化最主要的因素为；土颗粒粒径、砂土密度，上覆土层厚度、地面震动强度和地面震动的持续时间及地下水的埋藏深度[2]。目前，一般采用直接或间接测试砂土的密度的办法来判定砂土发生液化的可能性。工程中多采用加密法措施，如振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等，来增加砂土密实度以防止砂土液化的发生。

本文基于河北省保定市北部某穿南拒马河倒虹吸项目，对液化等级中等-严重的地基土采用锤击沉管夯扩砂石桩法进行了地基处理，并通过标准贯入试验方法对处理后的地基土进行了检测，结果表明，液化性明显减弱，满足设计要求，研究成果可为其他类似工程设计、施工等提供有益的参考经验。

1 工程地质特征

河北省保定市北部某穿南拒马河倒虹吸工程区地貌单元为太行山东麓山前冲洪积平原。穿越处河道宽约350 m，由于采砂河床及滩地原地貌改变较大，地形复杂，河床低于两岸5 m～9 m，两岸边坡陡峭。场地内地层主要为第四系全新统冲洪积和冲积成因类型的粉细砂、卵石层。

①粉细砂：主要分布于河滩地，厚度6 m～10 m，河床表层亦有分布，厚度一般小于2 m，修正后标准贯入试验锤击数标准值为9.7；

②卵石：位于砂层下部，厚度大于18 m，中密～密实，修正后动力触探试验锤击数标准值为22.1。

勘探深度内地下水的类型为潜水，主要接受大气降水入渗补给。南拒马河为季节性行洪河道，年内大部分时间河床干枯。勘测期间，河道地下水位埋深约10.5 m，高程16.37 m～19.09 m，高于设计管底0.5 m～3.0 m。

场地地震动峰值加速度0.15 g，相应地震烈度为7度，该场地为液化场地，液化等级为中等-严重。场地土类型为中硬土，场地类别为Ⅱ类，该场地为抗震不利地段。

根据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008），经地震砂土液化的初步判别、复判和钻孔液化指数计算，场地内具液化性的地基土层为粉细砂层[3～4]。据复判结果（表1），拒马河及两岸桩号13＋899～17＋639段附近砂土大部分存在液化的可能性。其中钻孔LGZK28～30（主要位于倒虹吸穿越段）液化指数分别为33.03、36.47、30.52，液化等级均为严重。

表1 地基土地震液化复判成果

2 锤击沉管夯扩砂石桩设计与施工简介

2.1 锤击沉管夯扩砂石桩设计

参考地质勘察资料，地基土液化处理总长度为250 m，桩号为 15＋115～15＋245 和 15＋570～15＋690，深度穿透砂土层至卵石层界面。锤击沉管夯扩桩成桩孔径不小于600 mm，孔中心间距2 m，等边三角形布置[5]。桩体材料可用含泥量不大于5%的级配良好的砂卵石，最大粒径不大于50 mm。桩布置见图1～图 2。

图1 桩孔平面布置图

图2 桩孔平面布置图

2.2 施工方案

锤击沉管夯扩桩施工机械采用重锤冲击式夯扩打桩机，锤重3.5 t，锤高4.5 m，导管长度8 m，导管直径 426 mm，夯扩机最大落锤高度12 m，最小落锤高度3 m。施工顺序简述如下：

（1）根据设计桩位布置图确定桩孔位置，接着调平机架检查导管的垂直度，将桩机移至布置孔位，使导管对准孔心，将重锤做自由落体锤击土体，形成桩孔，成孔深度至设计桩底以上1.0 m～1.5 m。

（2）将重锤提出桩孔，通过导管填料口将砂石料填入桩孔，每次填料0.5 m3～1.5 m3。当桩孔填满砂石料后，将导管缓慢提出桩孔，导管上提速度1 m/min～2 m/min。

（3）用重锤夯击桩孔中的砂石料，当重锤夯击3～5击后，开始人工向桩孔内填砂石料，当再次填满后，继续夯击。

（4）此后，一边是重锤在桩孔顶面夯击，一边向桩孔中填料，重锤夯击5～8击后，桩孔内夯填的砂石料接近设计地表，至此完成了1根夯扩砂石桩。

（5）现场依次顺序由两侧向中间施工，重复上述步骤，直至完成全部夯扩桩。

3 地基处理效果检测

3.1 桩间土检测

对处理后的地基采用标准贯入试验进行检验，桩间土质量的检测位置位于等边三角形中心，检验深度不小于地基处理深度，检测数量不少于总桩孔数的3%[5～6]。

根据标准贯入试验锤击数判定液化情况，粘粒含量则通过室内试验筛析法确定。液化判别依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）P.0.4条，符合N

标准贯入锤击数校正击数计算公式[2]：

液化判别标准贯入锤击数临界值计算公式[2]：

每个液化点液化指数计算公式为[3]：

第一遍打桩后，布置桩间土液化判别检测孔20个，其中12个检测孔存在液化情况，液化指数为2.23～5.10，综合判定为，桩间土部分区域还存在轻微液化，典型存在液化情况的检测孔标准贯入试验液化判别成果见2。

表2 第一遍打桩后典型存在液化情况的检测孔标准贯入试验液化判别成果

3.2 桩体材料检测

根据设计要求，桩体材料选用含泥量不大于5%的级配良好的砂砾石，最大粒径不大于50 mm。由于场地附近河道内砂卵石埋藏浅，储量丰富，可就地取材。对填料的检测是采用现场取样，室内土工试验的方法。经检测施工所用的填料为天然沉积的砂卵石，人工筛除粒径大于50 mm的大颗粒，剩余填料粒径大于2 mm的颗粒占总重的68%以上，其中以20 mm～40 mm粒径相对较多，占总重的55%以上。砂卵石填料较为纯净，不含耕土、淤泥质土、杂物及有机质等，其粘粒含量可忽略不计。

4 结语

（1）通过工程实例检验，锤击沉管夯扩砂石桩兼有振动、挤密、置换、夯实等多种加固效果，处理地基土液化效果明显。

（2）锤击沉管夯扩砂石桩处理地基土液化具有一定的优势，桩体材料可就地取材，不受地下水腐蚀性限制，施工进度快，成本低，质量易控制。

（3）本工程设计主要消除地基土液化，对地基承载力要求低，文中未涉及对施工后的复合地基承载力效果的检测，类似工程可进行进一步研究。