谈振冲碎石桩处理砂土液化地基的应用

摘要：文章结合具体的工程实例， 介绍了振冲碎石桩用于砂土地基抗液化处理的原理，对其施工工艺进行了探讨。经实践证明，其可行性与经济性效果显著。

关键词：振冲碎石桩；复合地基；砂土地基；液化

中图分类号：TU472文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）08-0181-02

一、工程概况

黄河泛流平原中某建筑场地拟建2×300MW热电联产工程，据岩土工程勘察结果，抗震设防烈度为8度，水位埋深1.8m，液化等级中等～严重，持力层为粉细砂，承载力特征值95～100KPa，按国家现行有关规范要求不能作为天然地基，需进行地基处理。设计要求地基处理后，复合地基承载力特征值不小于150KPa，全部或部分消除地基液化沉陷。

二、振冲法加固机理

振冲碎石桩用于砂土地基抗液化处理，以挤密效应、排水减压效应和预振效应为主：

1．挤密效应：依靠振冲器的水平振动力和侧向挤压作用，在外加填料时通过填料使砂层侧向挤压，使砂土的密实度增加，孔隙率减少，干密度和内摩擦角增大，提高承载力，改善砂层的抗液化性能。

2．排水减压效应：当饱和松散砂土受到循环荷载作用时，发生体积收缩并趋于密实。当砂土无排水条件时，体积的快速收缩，导致孔隙水压力的急剧上升和有效应力的降低，而出现液化问题。碎石桩桩孔内充填碎石，形成渗透性良好的竖向排水减压通道，促进孔隙水压力的消散，提高砂土的排水固结能力

3．预振效应：振冲器以高频率、大水平力和激振力沉入土中时，使填料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振，饱和砂层结构颗粒被挤密重新排列，级配改善，孔隙减小，密度增大至紧密状态，土层的稳定性增强，抗震能力提高。

三、施工方法

1．施工设备。本工程采用振冲碎石法施工时，采用ZCQ-75kW的大功率振冲器，配以振冲水压1000KPa、20t汽车吊、装载机及机动翻斗等设备进行施工。

2．设计方案。根据勘察资料和规范要求，本工程设计有效桩长L＝8.5m，桩径为1.1m，正方形布桩，桩距2.5m。

3．施工工艺。（1）就位：施工机具就位，振冲器对准桩位，偏差应小于50mm，开动水泵，待振冲器下端水口出水后，启动振冲器，检查水压、电压和振冲器的空载电流是否正常。（2）成孔：启动起吊机械，检查水压、电压，使振冲器在重力及水压力的作用下以1～2m/min的速度进入地基中，成孔过程中应使振冲器保持垂直状态。当下沉过程中振冲器电流值超过额定电流值时，必须减速或者停止下沉，或者向上起动振冲器，待电流下降后继续下沉。在成孔过程中要记录电流值、成孔速度和返水情况。当孔口不返水时，应加大水量。当振冲器达到设计处理深度以下0.3～0.5m时，尚需在孔底振动20～30s后开始往上提，直到孔口。（3）清孔：成孔后孔内泥浆所占比重较高，填料在孔内的下降速度较慢，甚至造成淤塞。因此成孔后要留一定时间（一般1～2min）进行清孔，以使回水将稠泥浆带出，以降低孔内泥浆密度，易于下料。（4）填料：清孔后将振冲器提出孔口，即可开始填料，填料方式一般有两种：一种是将振冲器提出孔口往孔内填料，然后再放入振冲器振密，每次往孔内倒入0.5m3左右石料，分段填料分段振密，直到制桩结束；另一种是振冲器不提出孔口，只是往上提一些，使振冲器离开原来振密过的地方，然后往下倒料，再放下振冲器进行振密。本工程采用第二种填料方式。（5）振密加固：利用振冲器将填入桩孔的石料不断挤入侧壁土层，同时使桩身填料密实。应保证振密自孔底开始，以每段30～50cm长度逐段自下而上直至孔口。（6）成桩：振密加固到孔口时桩体形成，先关闭振冲器，再关闭水泵，然后移至新孔位。（7）填写施工记录表。

4．施工要点。（1）水压、水量的控制：施工过程中，水量要充足，也不宜过多，以防塌孔。水压应视土的强度而定。（2）密实电流：密实电流限定值应根据现场制桩试验确定，对ZCQ-75kW振冲器，振密过程中密实电流应上升为65A～80A时，方可上提。严禁在超额定电流下作业。（3）填料控制：填料粒径控制在50mm～80mm，含泥量≤10%，采用天然级配。施工过程中进行筛分，并按规范要求进行抽检，填料要分批加入，不能一次过量。每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时应继续加料和振捣，以防止发生断桩或缩颈事故。一般孔底部分填料比其他部分多。（4）桩顶部约1m范围内，由于该处地基土的上履压力小，施工时桩体的密实度很难达到要求。因此将顶部的松散桩体挖除，或用碾压等方法使之密实，随后铺一层300mm～500mm的碎石垫层，并压实。（5）碎石桩的施工允许偏差应符合规定要求：避免桩位超标的方法就是应使振冲器对准振位，控制初始下沉速度，保持振冲器悬重状态下沉。

四、质量检验

在碎石桩施工完毕1～2周，采用标准贯入试验及静载荷试验进行检测。碎石桩加固松散砂性土的效果主要体现在桩间土的密实程度上，对抗液化地基，检测的重点应该是桩间土的液化势评价。

1．标准贯入试验结果。本次检测对桩间土做标准贯入试验，进行处理前后的对比分析。共布置检测孔6个，检测深度15m，单孔检测点距1m，经检测，地基液化指数（单孔）由处理前的12.35～19.12降至0～1.83，地基液化等级由原来的中等～严重液化降至处理后的不液化～轻微液化。地基液化处理结果满足设计要求。检测结果如图1所示：

2．载荷试验结果。本次载荷试验共进行了8组，单桩4组，复合地基4组，载荷试验结果显示：桩体变形模量为29.2MPa，单桩承载力特征值600KPa，桩间土变形模量为17.5MPa，复合地基承载力150KPa，可满足设计要求。

五、结语

地基加固处理和检测结果表明：

1．采用振冲法加固地基施工速度快，施工质量易于控制，技术可靠，机具设备简单，操作技术易于掌握，是一种有效、经济的地基加固方法。

2．采用振冲碎石桩处理砂性土地基形成的复合地基，可有效消除砂性土的地震液化问题，又能大幅度提高承载力，值得研究和推广。

3．振冲挤密碎石桩处理砂性土地基充分利用了原状地基土，并能增大地基变形模量，大幅度减小基础沉降。砂土液化层较厚及对允许沉降量要求较高的情况较下宜优先采用。

参考文献

[1]JG79-2002建筑地基基础处理技术规范[S].

[2]黄生根，等．地基处理与基坑支护工程[S]．中国地质大学出版社，1999．

作者简介：吴增利，男，河南鹤壁人，河南省水文地质工程地质勘察院助理工程师，研究方向：岩土工程。