西朱庄生态蓄水工程地基液化处理方法

王娟娟

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

西朱庄生态蓄水工程地处山西省应县西朱庄村以北1.0 km的桑干河干流上，距离应县县城5.5 km。工程区地震动反应谱特征周期为0.40 s，地震动峰值加速度值为0.20 g，相应地震基本烈度为Ⅷ度。本工程主要建筑物包括：蓄水闸、启闭机设备室、生态护岸、管理站、交通道路和高灌站改造等。蓄水闸为开敞式蓄水闸，总宽402.0 m，包括左岸224.0 m蓄水闸段、中间100.0 m宽的景观平台和右岸78.0 m蓄水闸段。工程等别为Ⅴ等，主要建筑物蓄水闸、启闭机房级别为5级。

2 工程地质

2.1 地质概况

闸址内发育地层为全新统冲积物（Q4al）及第四系下更新统湖积物（Q1l）。

第四系全新统冲积物（Q4al），分布于河床、河漫滩。从上往下地层岩性依次为：①为含砂低液限粉土、低液限粉土，厚度1.0～4.3 m；②为级配不良砂、粉土质砂，厚度0.4～1.2 m；③为低液限粘土，厚度0～7.2 m，由右岸向左岸逐渐歼灭。其下部为低液限粉土，厚度0～2.5 m，由左岸向右岸厚度越来越薄，在桑干河主河床处尖灭；④为含细粒土砂、粉土质砂，厚度0～6.0 m，由左岸向右岸逐渐尖灭。

第四系下更新统湖积物（Q1l），主要分布于河床及两岸下部，岩性为低（高）液限粘土，厚度大于10 m。

2.2 场地液化评价

工程区抗震基本烈度为Ⅷ度，闸址处的含砂低液限粉土、级配不良砂、粉土质砂等，应评价场地液化问题。依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487-2008）附录P土的液化判别进行评价。

2.2.1 初判

依据初判条件，闸基全新统冲积物低液限粉（粘）土层，粘粒含量1.5%～24.9%，大多小于18%，初判为可能液化土；粉土质砂、级配不良砂层，粘粒含量0～17.0%，粘粒含量小于18%，初判为可液化土层。下部下更新统洪积低（高）液限粘土粘粒含量16.7%～59.3%，初判为不液化土。

2.2.2 复判

采用标准贯入锤击数法，对表层低液限粉土及含细粒土砂层进行复判，符合下式要求的土应判为液化土：N＜Ncr（标贯锤击数N，标贯锤击数临界值Ncr）。根据现场7个钻孔标贯试验结果进行判别分析，闸基表层低液限粉土和含细粒土砂、级配不良砂层，在地震Ⅷ度时存在液化问题，液化土层厚度为8 m左右（至Q1l低液限粘土顶面）。因此，需要对液化地基进行处理，满足闸基稳定要求。

3 液化地基处理方案比选

3.1 换填法

换填法是将基础底面下的软弱土层挖去，以强度较高、性能稳定碎石、卵石、素土、粉煤灰及矿渣等材料分层填充，同时，分层碾压或夯实达到要求的密实度，改善地基应力分布，减少沉降量。

换填法适用于淤泥、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、杂填土等不良地质基础的浅层处理。换填的厚度一般不宜大于3 m。

3.2 强夯法

强夯法是反复将重锤提到高处，使其自由落下，给地基冲击、振动能量，将地基土夯实，从而提高地基的承载力，又降低其压缩性，改善地基性能。同时，还能改善其抗振动液化的能力，所以，强夯法常用于处理可液化砂土地基，如砂土、碎石土、低饱和度的粉土、黏性土、湿陷性黄土、素填土及杂填土等地基。

强夯法的优点有加固效果显著、适用土类广、设备简单、施工方便、节省劳力、施工期短、节约材料、施工费用低等。但强夯法对饱和度高的粉土、黏性土的液化处理效果不显著。

3.3 围封法

围封法是在建筑基础周边制作连续墙，将基础范围内易液化的土体围封起来，使液化土体在遭遇地震时，由于围墙的作用不被扰动，从而达到减少液化指数、降低液化的可能。围封法适用于各种类型的软弱土。

3.4 振冲碎石桩

振冲碎石桩是利用振冲器边振边冲，在软弱地基中成孔后，再填入碎石形成大直径的桩体，桩体和周边土形成复合地基，提高地基的承载力，减少地基的沉降量、提高土体的抗剪强度。

振冲碎石桩适用于处理松散砂土、粉土、粉质黏土、素填土等地基，以及用于处理可液化地基。振冲碎石桩的有效处理深度可达15 m。

3.5 方案比选

本工程液化土层厚度较大（4.8～7.4 m），采用换填法处理液化基础不够经济。闸址处河床地下水位较高（990.39～991.94 m），河道常年流水，基础土饱和度高，强夯法液化处理效果不可靠。

围封法存在以下不利因素：一是围封法只能解决液化扩散的传递问题，围封区内的土体仍存在液化问题，只要围封结构局部出现破坏，结构不连续，就会造成地基失稳。二是闸室基础下围封结构的外围连续墙会造成闸基渗水集聚无法排出，加大闸底板扬压力，危及闸基稳定。三是从地下连续墙施工方法考虑，若采用高压旋喷法，由于液化范围大，基础处理费用高；若采用水泥土搅拌法，则费用低，但本工程地下水位较高，且呈流动状态，固化剂在尚未硬结时易被地下水冲蚀破坏，加固效果受到影响，施工质量难以控制。

振冲碎石桩不仅使桩间土密实度增加，而且在地基中形成良好的竖向排水通道，可有效消散孔隙水压力，防止超孔隙水压力的升高而使砂土产生液化。另外，在施工过程中，地基土获得强烈的预震，对增强砂土抗液化能力极为有利。

考虑上述因素，本工程地基液化处理，推荐采用振冲碎石桩。

4 地基抗液化处理设计

依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）中的要求，初步确定振冲碎石桩处理范围为基础外缘，扩大宽度不应小于基底可液化土层厚度的1/2，且不应小于5.0 m。结合建筑物布置，闸室基础上下游、右岸向外扩大5.0 m，左岸外扩至启闭机房基础以外。

拟定碎石桩桩径0.8 m，桩端伸入不液化土层顶部0.5 m，等边三角形布孔，处理深度6.8～8.5 m，具体施工参数通过现场试验确定。桩顶和闸室基础之间铺设300 mm厚的级配碎石垫层和100 mm厚C 15混凝土垫层。桩距计算采用《复合地基技术规范》（GB/T 50783）。

式中：S——中桩间距，m；

d——桩体直径，0.8 m；

ζ——挤密砂石桩桩间距修正系数，1.1；

e0——地基处理前土体的孔隙比；

e1——地基挤密后要求达到的土体孔隙比；

Dr1——地基挤密后要求达到的相对密度；

emax——砂土最大孔隙比；

emin——砂土的最小孔隙比；

根据计算结果，桩间距取2.5 m。

5 结语

地震作用下的砂壤土液化是河道建筑物地基失效的主要形式，在水闸基础遇到砂壤土场地时，对液化地基采取合理的抗液化处理措施是必要的。地基液化处理方法应针对地基承载力的不足或者对沉降变形的不适应性，根据地基实际地质情况、建筑物结构特点、施工条件及运用要求，经技术或经济比较后确定。