锦屏3＃营地液化地基振冲碎石桩加固处理技术

蒋学林，李武，吴火兵

锦屏3＃营地液化地基振冲碎石桩加固处理技术

蒋学林，李武，吴火兵

（二滩水电开发公司锦屏建设管理局，四川西昌615012）

在锦屏水电站3＃营地基础加固中，应用振冲碎石桩法加固深厚粉细砂层地基，有效提高地基承载力，明显消除了地基土的可液化性，减少基础沉降量和不均匀沉降，满足修建多层建筑的设计要求。通过该工程实例简要介绍了振冲碎石桩加固地基的设计及施工方案、施工工艺、质量控制以及质量检测结果，实践表明采用振冲碎石桩加固可液化地基具有快速、方便、可靠的特点。

振冲碎石桩；液化地基；设计；施工；检测

1 工程概况

1．1工程基本概况

锦屏一级水电站位于四川省凉山州盐源县与木里县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅砻江下游从卡拉至河口河段水电规划梯级开发的龙头水库电站。3＃营地为水电站建设期间的主要承包商营地，总建筑面积约14万m2，营地选址在雅砻江右岸三坪上。拟建场地地形基本平坦，坡度约1～3°，距锦屏一级水电站坝址区约4 km。场地东、南、北三面环山，平面上呈“Y”字形，雅砻江从场地西侧二坪子前沿由南向北流过，场地与河面高差约380 m。

1．2工程地质概况

建筑场地内覆盖层主要为冰川、冰水堆积物、崩坡积物、洪积堆积物和湖相沉积物，下伏基岩为（T2 -3Z）互层状大理岩与绿片岩、钙质绿片岩，厚约20～70 m，岩石颜色较杂，以灰至深灰色为主，互层状结构。至上而下各土层特性分述如下。

第1层：耕植土（Q4ml）：主要成分为粉土、粉细砂，灰～灰白色，夹少量碎石、卵石，松散、稍湿，含植物根系，厚度0．4～0．6 m。

第2层：粉土（Q4dl＋el）：浅灰色～灰褐色，含少量圆砾，稍湿～湿，松散，局部地段含少量粘粒，韧性较好，厚度在3～5 m，该层与粉细砂层呈互层。

第3层粉细砂（Q4pl＋al）：灰色，含少量的圆砾，湿，松散到稍密，该层上部一般主要为粉细砂，下部一般含有少量粘粒，钻探揭示该层厚度一般在7～15 m，最厚达18．5 m，埋深一般在10 m以下。

第4层：圆砾（Q4pl＋al）：粒径一般在0．5～2 cm，成分主要为大理岩、砂岩，含少量玄武岩等，椭圆状，含量一般在50%～70%左右，充填物主要为粉细砂，该层厚度一般在1～3 m。

第5层：碎石土（Q3pl＋al）：粒径一般在3～6 cm，最大达到15 cm，成分主要为大理岩，局部含砂岩，次棱角～棱角状，含量一般在50%～85%，充填物为粉细砂，粒径一般在2～4 cm。

2 地基处理目的

根据砂层、粉土层厚度和埋深将营地共分为4个区，即Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ区，其中Ⅰ区上覆碎石土厚度在10 m以上，Ⅱ区上覆碎石土层厚度为7～10 m，Ⅲ区上覆碎石土层厚度为5～7 m，Ⅳ区上覆碎石土层厚度小于5 m。场地内Ⅲ，Ⅳ区存在深厚粉细砂层，层深度30 m未揭穿，通过计算分析该层属于可液化土层。锦屏工程场地地震基本列度为Ⅶ度，相应的基础水平峰值加速度为0．15 g。本营地建筑物设防类别均为丙类。根据《建筑抗震设计规范》（50011-2001）的规定，必须对要利用的可液化土层区进行处理，达到以下目的：

（1）消除地基土的液化可能性；

（2）提高地基土的承载力；

（3）减少地基的不均匀沉降。

3 地基处理方案选择

根据本工程地基处理的目的和要求，设计单位对桩基础法、换填法、振冲置换法（振冲碎石桩法）等进行了经济、技术比较。针对本工程工期紧，交通极不方便，大型设备无法进入施工区的情况，决定采用振冲碎石桩法，其施工设备简单，进场容易，施工进度快，能够满足设计和工程进度要求，是比较经济适用的施工方法。

4 振冲碎石桩加固地基设计

4．1设计技术要求

设计要求地基处理后达到：

（1）全部或部分消除场地饱和粉细砂层的液化沉陷；

（2）地基承载力特征值fak≥180 kPa。

4．2振冲碎石桩的设计

4．2．1振冲碎石桩加固地基原理

振冲碎石桩加固砂层的原理：一方面依靠振冲器的强力震动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少，密度增加；另一方面依靠振冲器的水平振动力，使加固填料把砂层挤压加密。

振冲碎石桩加固可液化砂层地基的主要机理是挤密作用、排水减压作用、砂基预振效应。

4．2．2桩位布置设计

依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）确定处理范围及深度。

主要参数：

（1）基础参数。基础类型为条形基础，基础埋深为1．5 m，基础宽度为1．8 m，基础覆土容重为20 kN／m3，竖向荷载为280．0 k N／m。

（2）土层参数（表1）。土层层数为3，地下水埋深为1 m，压缩层深度为7．4 m，沉降经验系数为0．4，地基承载力修正公式：

式中：ηb为基础宽度地基承载力修正系数；ηd为基础深度地基承载力修正系数。

承载力修正基准深度do：0．500 m

表1 土层参数表Table 1 Soil stratum parameters

（3）设计参数。桩布置形式：等腰三角形，桩距1．8 m，排距1．5 m；护桩桩距2．1 m，排距1．5 m。

桩径d：1 000 mm。

桩长：基础底面以下7．0 m，施工桩长8．8 m。

桩体承载力特征值：400．0 kPa。

垫层厚度：300 mm。

垫层超出桩外侧的距离：300 mm。

基础边缘外桩的排数（横向）：3。

基础边缘外桩的排数（竖向）：3。

4．2．3地基承载力

经计算，地基承载力fa＝204．5 kPa，大于附加压力Pz和自重压力Pcz之和123．6 kPa，复合地基承载力满足要求。

4．2．4沉降计算

经计算，总沉降量S＝51．16 mm。

5 液化分析判断

处理前对该场地进行振冲试验，确定振冲参数；处理后检测地基处理深度、承载力、标贯击数等是否满足要求。即处理后基底下7 m深度内无可液化层，视为满足设计要求。对9 m以下（加上埋深）的砂土层可通过标贯击数进一步判断处理效果。

6 振冲施工

锦屏水电站3＃营地采用振冲碎石桩加固地基的建筑物有宿舍、办公楼等15栋，振冲碎石桩8 863根，总进尺79 603．5 m，碎石垫层4 602．4 m3，工程于2005年10月8日开工，2006年1月11日全面完工。

6．1施工技术参数

工程采用BJ-75 kW振冲器施工，依据工程设计技术要求和试桩结果，确定施工技术参数为：制桩电压为380 V，波动超过20%不得施工，振密电流7 080 A，留振时间8～10 s，造孔水压0．4～0．6 MPa，制桩水压0．4～0．2 MPa，加密段长度40～50 cm。

6．2施工程序

工程采用强迫造孔连续填料加密的施工方法，振冲桩的施工程序和方法如下。

（1）施工准备。包括清理场地、测量放样、碎石料准备、接通水电等。

（2）施工机具就位，起吊振冲器对准桩位。

（3）造孔。开工高压水泵，启动动力箱子，待振冲器运行正常之后，使振冲器缓缓贯入土中，直至设计标高以上30 cm，造孔速度不大于1～2 m／min。

（4）清孔。当振冲造孔达到设计高程时开始清孔，将振冲器提出孔口，再较快从原空位贯入，使桩孔畅通，为有利于填料加密，将振冲器提升1～2次。

（5）填料加密。采用装载机喂料为主，人工喂料为辅，按照规定的振密电流和留振时间完成一段施工，然后将振冲器提上进行下一段次加密。

（6）重复上一步骤，自下而上，直至加密到设计要求桩顶标高，为满足场地施工和安全方面要求，该标高以上要求用碎石料填至孔口。

6．3施工质量控制

振冲碎石桩质量控制关键是密实电流的大小、留振时间、填料量等参数。工程采用系统控制加密电流及留振动时间，以减少人为因素造成的偏差。在振冲桩施工过程中，容易出现振冲碎石桩桩位偏移、导管倾斜、桩径不足等质量问题，针对不同的问题提出不同的预防控制措施。

（1）桩位偏移。严格桩位测量放样和检查复核，保证桩位符合设计要求。

（2）导管倾斜。为保证导管不倾斜，振冲器的下降速率应严格控制。

（3）桩径。及时调整参数，加大加密电流和水压，保证填料量。

（4）填料的质量。本工程所用填料为硬质、抗风化的大理岩，粒径30～100 mm，含泥量小于5%，并储备一定的石料用量，保证振冲桩连续施工。

（5）桩长。振冲器导管每隔1 m焊一长钢筋，每隔0．5 m焊一短钢筋，作为深度标志，以控制桩长和加密段长度。

（6）根据规范要求对振冲桩的桩体密实度进行跟踪检测，同步进行了大量的重动力触探测试，取得的实测数据见表2。

表2 超重型触探测试成果Table 2 Overpower penetration test data

7 振冲碎石桩加固效果

7．1振冲桩复合地基检测

按照规范和设计要求，项目业主委托第三方对振冲桩复合地基进行了检测。检测方法为：在桩体中心进行动力触探试验，对桩体密实度进行评定；对桩间土进行标准贯入试验，评定桩间土的液化程度；对单桩进行复合地基荷载试验。现以管理2＃楼为例进行分析。

7．1．1动力触探试验

对管理2＃楼23根碎石桩进行了超重动力触探试验，成果指标统计见表3。

N120最小值为4击，平均值为4．6击。表明水振冲碎石桩身为稍～中密。

表3 N120超重型动力触探试验统计成果Table 3 Statistical data on N120overpower penetration test

7．1．2标准贯入试验

对管理2＃楼进行了3孔共10次的标准贯入试验，其成果指标见下表4。

表4 标准贯入试验成果统计表Table 4 Standard penetration test statistical data

标准贯入原位测试结果最小值为10击，平均值为12．1击。表明水振冲碎石桩间土的标准贯入锤击数不小于液化判别标准贯入锤击数的临界值10击。7．1．3复合地基检测

试验采用慢速维持荷载法，承压板采用1．55 m× 1．55 m方形钢板，试验分8级进行，每级荷载为110 kN，最大压板压力360 kPa，为设计要求承载力的2倍。

选择管理2＃楼的3个测桩进行检测，以220号桩为例，试验数据见图1。

图1 荷载沉降关系曲线Fig．1 Loading-settlement curve

各点的复合地基静载试验全过程正常、连续。试验加至最大荷载时，地基沉降趋于稳定，复合地基承载力特征值取最大加载量的一半，即180 kPa。试点P-S曲线为缓变形，无明显拐点，复合地基承载力特征值按S＝15．5对应的荷载取值，但不超过最大加载量的一半。

经上分析计算，试验成果见表5。

7．2加固效果评价

根据超重动力触探试验、标准贯入试验及复合地基静力载荷试验结果，该场地的振冲碎石桩为稍～中密，消除了原场地内松散状的土层；振冲碎石桩处理深度为基础底面下7．0 m，不小于基底面下液化土设计深度7．0 m，采用振冲碎石桩加固以后，桩间土的标准贯入锤击数大于判别液化的标准贯入锤击数锤击临界值10击，基础边缘以外的处理宽度符合要求。综合判断，该地已经消除地基液化沉陷；振冲碎石桩复合地基承载力大于180 kPa，满足设计要求。

表5 静力载荷试验成果Table 5 Static loadingtest result

8 结语

锦屏水电站3＃营地基础处理的工程实践表明，采用振冲碎石桩加固液化地基具有快速、方便、简单、可靠的优点。

（1）采用振冲挤密法处理后，碎石桩与加密土体形成的复合地基能够满足设计要求；

（2）振冲碎石桩法较为经济，其施工设备简单，碎石料可以就近取材；

（3）施工进度快，满足3＃营地房建工程施工进度的要求；

（4）振冲碎石桩施工技术比较成熟，经第三方检测，一次性合格率100%，施工质量可靠。

［1］中国水电顾问集团成都勘测设计研究院．四川省雅砻江锦屏水电站3＃（三坪）承包商营地岩土工程勘察报告［R］．成都：成都勘测设计研究院，2005．

［2］JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范［S］．

［3］GB50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］．

［4］GB50011-2001，建筑抗震设计规范［S］．

［5］GB50021-2001，岩土工程勘察规范［S］．

［6］GB94-94，建筑桩基技术规范［S］．

（编辑：曾小汉）

Vibro-replacement Stone Column Technique on Liquefied Foundation in No．3 Camp of Jingping Project

JIANG Xue-lin，LI Wu，WU Huo-bin
（EHDC Jinping Construction Management Authority，Xichang 615012，China）

The vibro-replacement stone column technique was successfully applied to the foundation reinforcement in No．3 camp of Jinping Project．After using the technique，the bearing capacity of the foundation was improved，the foundation liquation was eliminated obviously，and the settlement quantity and un-uniformity settlement value were reduced．By an illustration，the purpose，the design and construction scheme，the construction technique，the quality control and quality detection of vibro-replacement stone column were all introduced briefly．It was proved by practice that vibro-replacement stone column technique is characterized by good efficiency，convenient construction and reliable quality．

vibro-replacement stone column；liquefied foundation；design；detection

TU472．3

A

1001-5485（2009）03-0028-04

2008-11-12；

2009-01-16

蒋学林（1973-），男，四川南充人，高级工程师，主要从事岩土工程和地下工程等方面的施工、管理及研究工作，（电话）13684363460（电子信箱）Jiangxuelin＠ehdc．com．cn。