碎石桩与砂桩在处理地震液化地层中的应用

李延刚 赵荣亮 杨 冲

(北京振冲工程股份有限公司，北京 100102)

1 工程概况

1.1 工程简介

根据该工程初步设计报告、工程地质勘察报告及招标设计报告的成果，新蟒河倒虹吸基坑开挖范围内的地层岩性主要为第四系全新统冲洪积层，按地层岩性从上至下可分为壤土(砂壤土)、粉砂、细砂、中砂及粘土夹层。壤土、砂壤土:松散，厚1.5 m～2.0 m;粉砂:松散 ～ 稍密，厚 1.05 m ～3.2 m;细砂:松散 ～ 稍密，厚2.30 m ～7.90 m;中砂:中密，揭露总厚17.0 m ～24.5 m。该层中分布有粉砂(厚0.9 m～4.5 m)、细砂(厚2 m～60 m)和粘土壤土夹层(厚1.6m～7.7m)。地下水位较高，地基土存在砂土震动液化问题。且浅表层砂壤土(壤土)、粉细砂承载能力较低，渠基需采取加固处理。所在区地震烈度为7°。

该工程桩径φ800区域采用DZ90型振动锤沉管砂桩桩机设备进行施工。成桩材料分别为:1)材料粒径要求5 mm～20 mm级配的碎石;2)中粗砂混合料，砂料的细度模数2.8以上，地面标高即为设计标高。不同的成桩材料，在相同的施工参数、施工顺序等条件下进行了对比试验。

1.2 试验参数选定

1)试验设备类型选择。φ800 mm桩径的成桩设备选择:DZ90型振动锤，套管直径459 mm，配活瓣桩尖。

2)试验材料选择。a.材料粒径要求5 mm～20 mm级配的碎石;b.中粗砂混合料，砂料的细度模数2.8以上。

3)施工工艺参数的选择，见表1。同一桩径的碎石桩、砂桩采用了同一种施工参数，以便更有对比性。

表1 施工参数选择统计表

2 试验检测数据统计、对比

2.1 标准贯入试验

处理前标贯击数统计表见表2。处理后砂桩、碎石桩标贯击数统计表见表3，表4。

表2 处理前标贯击数统计表

表3 砂桩复合地基处理后标贯击数统计表

表4 碎石桩复合地基处理后标贯击数统计表

在浅层地层，由于上覆力作用小的原因，在沉管桩振动作用影响下，表层土结构破坏，部分土体位置抬高，表层相对原状土物理性质较差，这也是复合地基对于保护桩头所要求的依据所在。后期可通过堆载进场材料及施工过程中增加上覆力的方法得以改善。

在砂桩、碎石桩试验前后，在场地进行了标准贯入试验。处理后砂土标准贯入试验击数为18.0击～30.0击，为中密～密实状态，相对处理前均得到了提高，主要因为振动沉管施工过程中的振密作用。采用垂直振动的激振力沉管时，桩管四周的土体受到挤压，同时桩管的振动能量以波的形式在土体中传播，引起桩周围土的振动，在挤压和振动作用下，土的结构逐渐破坏，随着土结构的破坏，土颗粒重新进行排列，向具有低势能的位置移动，从而使较松散状态变为密实状态。该场地经过挤密碎石桩、砂桩处理后，物理力学性质指标均得到了改善。

由数据可以看出挤密碎石桩处理后效果更明显，土体结构强度也较高，抗液化能力较强。因为碎石桩较砂桩排水通道作用明显，这样就加速了挤压和振动作用产生的超孔隙水压力的消散，降低孔隙水压力上升的幅度，降低了孔隙水压力对土体抗剪能力的破坏，进一步提高了桩间土的抗液化能力。

2.2 单桩复合承载力试验

地基处理后复合地基承载力见表5，表6。

表5 挤密砂桩复合地基承载力特征值一览表

根据复合地基载荷试验，经碎石桩处理后，桩径0.8 m的复合地基承载力特征值为157 kPa。与挤密砂桩处理后的复合地基承载力相比，挤密碎石桩对周围土体加固作用较明显，处理后的复合地基承载力高于砂桩处理后复合地基承载力。

表6 挤密碎石桩复合地基承载力特征值一览表

3 结论与建议

1)从抗液化角度考虑，砂层地基处理、挤密砂桩、挤密碎石桩均起到了建筑结构物要求的处理效果。

2)在该地层条件下，采用挤密砂桩和挤密碎石桩，填料量均能满足在1.05以上，但受到孔体周围地层的影响及垂直激振力作用，充盈系数均不超过1.3。但不同区域的填料量及充盈系数不同，充分体现了复合地基对不同地层的调节能力及处理特点。

3)与砂桩复合地基相比，由于碎石桩的加强体对周围土体的挤密作用及自身排水作用明显，周围土体结构强度较大，孔隙水压力迅速消散，碎石桩处理后的复合地基效果更好。

［1］ 王凤魁.振动沉管挤密碎石桩的加固效果与机理［J］.地基处理，1995，20(1):8-9.

［2］ 罗琪先.桩基工程检测手册［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］ 刘景政.地基处理与实例分析［M］.北京:中国建筑出版社，1998.

［4］ 吕清泉.砂桩在西南线软弱地基处理中的应用［J］.路基工程，2003，15(2):23-24.