振冲碎石桩在厚层饱和砂土液化地基中的应用

李继超，桑有明（中冶成都勘察研究总院有限公司，四川成都610023）

振冲碎石桩在厚层饱和砂土液化地基中的应用

李继超*，桑有明
（中冶成都勘察研究总院有限公司，四川成都610023）

针对某场站工程中厚层饱和砂土液化地基，采用大功率的振冲机械设备辅以相应的工程措施进行复合地基处理。施工结束后，采用载荷试验、超重型动力触探试验、标准贯入试验、沉降观测等方法，对桩体及复合地基的承载性能、液化处理效果、沉降等进行分析和评价。试验结果表明，振冲碎石桩对厚层饱和砂土液化处理效果较好，承载力和沉降均满足工程要求。同时也为类似工程中的施工参数选取、检测方法设计、施工注意事项等提供宝贵经验。

饱和砂土；液化；振冲碎石桩；复合地基

振冲碎石桩通过对软弱地基进行置换及挤密，可提高地基变形模量和承载力，改善地基不均一性，减少不均匀沉降，同时软弱地层经过预震后抗震效果增强，碎石桩体形成排水通道加速了孔隙水压力的消散，从而可有效防止地基液化[1]。该法因设备简单、施工方便、经济快捷等优点而得到广泛应用，但一般地基处理深度不大。目前，大深度振冲碎石桩法在水电水利、电力系统已进行了相关的试验研究。李进元[2]采用ZCQ-132A振冲器，最大成桩长31m，通过试验资料分析探讨了振冲碎石桩的处理效果，成功解决了某水电站软弱地基的承载力、液化和稳定性问题；杨生彬等[3]采用75kW振冲器，成桩长23m，通过大量的试验检测圆满处理了某电厂厚20m的饱和砂土液化问题。本文主要针对某场站工程中厚层饱和砂土液化地基，采用大功率的振冲机械设备辅以相应的工程措施，通过对施工后检测试验数据和沉降观测数据的科学分析，综合评价复合地基承载性能、液化处理效果和沉降，并对施工过程中遇到的相关问题进行总结。

该工程位于云南省瑞丽市一级河流阶地上，地形平坦开阔，总占地面积约14×104m2。根据岩土工程勘察成果，场区地基土主要为第四系冲洪积成因的粘性土和砂类土，层位分布复杂，层厚及深度变化较大，岩性主要由浅灰色粉砂、褐黄—青灰色粘土、青灰色中粗砂组成，砾砂、圆砾和卵石以透镜体形式分布于中粗砂层中。主要土层分布及其物理力学指标见表1。

表1 主要土层物理力学性质指标

该场区地下水类型为潜水，稳定的地下水位埋深为0.5～1.4m，地下水位年变幅为0.5～1.0m。由于地下水埋藏较浅，使得中粗砂、粉砂和砾砂层处于饱和状态，根据岩土工程勘察成果，场地地表下20.0m深度内的饱和砂土液化指数IlE范围为6.09～52.59，其中IlE＞18的单孔占整个判别标贯孔的96.8%，属于严重液化地基，不能作为主要建(构)筑物天然地基，需采用人工地基，消除饱和砂土层的液化性。

2 处理方法

目前，用于消除地基液化沉陷的措施主要有桩基、深基础、加密法（振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯等）、换填法等[4]。结合场地地层情况，本工程采用振冲碎石桩对20m深度范围内的饱和砂土液化地基进行处理。施工主要技术参数如表2所示。

表2 施工主要技术参数

桩体施工工艺流程[5]：场地清平，振冲设备装配→布设桩位→振冲器、吊车及辅助设备就位→打开水压气压阀门、开启振冲器→振冲成孔至设计深度，清孔→往孔中填料→喷水振动至密实电流，待留振时间达到10～15s后，提升振冲器至一定高度→再往孔中填料→再进行下一级振冲，直至形成振冲桩桩体。

施工结束后，按照规范[6-7]和设计要求对桩间土及桩体的承载性能进行检测，同时判定饱和砂土液化地基处理效果。试验方法主要采用原位测试手段，包括载荷试验检测单桩及复合地基的承载性能，超重型动力触探试验检测桩体密实度，以及标准贯入试验检测桩间土挤密效果并进行饱和砂土液化判别等。

3 处理效果分析

图1 单桩荷载试验Q-S曲线

图2 复合地基荷载试验Q-S曲线

从曲线形态方面分析，图1、图2中Q-S曲线平缓，无明显陡降段，加载至预加荷载值时，单桩累计沉降量为21.44mm，卸载回弹量为4.8mm；复合地基累计沉降量为24.05mm，卸载回弹量为3.7mm，累计沉降量均小于40mm，单桩和复合地基的受力情况基本一致，且均未达到极限状态，满足规范要求。荷载试验数据表明，计算得单桩承载力特征值不小于450kPa，复合地基承载力特征值不小于250kPa，均满足设计要求，在表2的

3.1 载荷试验成果分析

待地基中超静孔隙水压力消散后，按规范和设计要求选取总桩数的0.5%进行单桩和复合地基竖向抗压载荷试验。该工程设计要求，单桩承载力特征值不小于450kPa，复合地基承载力特征值不小于250kPa，置换率为0.28，单桩载荷试验承压板面积为0.785m2，复合地基载荷试验承压板面积为2.8m2。图1、图2分别给出了场地具有代表性的单桩、复合地基荷载试验Q-S曲线图。技术参数指导下，单桩和复合地基的受力性能较好。

3.2 桩体超重型动力触探试验成果分析

为检测桩体的密实程度，在施工现场按规范和设计要求选取总桩数的2%进行超重型动力触探试验，试验点位于桩体中心部位。图3所示为按规范[8]要求划分密实程度后，场地具有代表性的修正后锤击数N120与贯入深度h的关系曲线。

由图3可知，桩身总体质量较好，桩体密实程度从上至下逐渐变好，0～1.0m处密实程度较差，呈稍密状态，1.0～4.0m处呈中密状态，桩体中、下部呈密实或很密状。究其原因，桩体上部侧向约束小，振冲器激振力损耗大，经振冲施工扰动后，强度恢复慢。另外，施工过程中振冲器的单次提升高度、填料方式、密实电流和留振时间的控制对桩体和复合地基施工质量影响较大。

3.3 液化治理效果评价

图3 桩体超重型动力触探试验N120-h曲线

为评价施工后场地液化效果，在施工现场按规范和设计要求选取总桩数的2%进行桩间土标准贯入试验，试验点位于等边三角形中心。表3所示为场地具有代表性点位地基处理后饱和砂土液化评价表。

表3 地基处理后饱和砂土液化评价表

表3评价结果表明，经地基处理后，各地层液化指数IlE均为0，液化评价结果为不液化，饱和砂土液化现象均已成功消除。对比处理前后标贯击数，地基处理后标贯击数较地基处理前标贯击数有明显提高，在0～14m范围内标贯击数提高了7～21击；在14～20m范围内标贯击数提高了0～4击，地基处理后标贯击数均大于临界标贯击数。究其原因，影响场地液化治理效果的因素主要包括3个方面：（1）布桩方式和桩位间距，采用等边三角形布桩比正方形（或矩形）布桩效果要好，桩位间距取小值比取大值效果要好；（2）施工过程中振冲器单次提升高度过大易形成桩体夹层，夹层周围地层受振效果较差，密实电流较低、留振时间较短，振冲器振动辐射范围变小，周围地层受振效果较差；（3）地层侧向约束作用小，振冲施工对地基挤密效果和置换作用明显。

3.4 沉降观测成果分析

构筑物施工完成后，模拟构筑物的后期荷载分阶段加压，进行沉降观测。图4所示为部分具有代表性观测点的沉降观测曲线。

由图4可知，加荷前观测点的沉降值为1～3mm，加荷后观测点沉降逐渐增大，加荷至最大荷载并稳压2天后观测点沉降最大，最大值为25～31mm，卸荷后曲线回弹，回弹值为13～20mm，且观测点间的差异沉降为0～6mm。观测数据表明，加荷后复合地基沉降均匀，基础沉降和差异沉降小，均满足规范和设计要求。

图4 沉降观测曲线

4 施工注意事项

除按表2所示技术参数控制质量外，施工过程中还应注意如下几点：（1）成孔前振冲器应对准点位，成孔时应保持振冲器直立，严禁倾斜、串孔；（2）深孔振冲桩在复杂地层中成孔时，如成孔时间过长或出现“抱孔”时，应及时拔出振冲器或引孔拔出振冲器，在不影响相邻桩位成孔前提下，偏移适当距离继续成孔或换用更高型号振冲器成孔[9]；（3）在成孔及振冲密实过程中少部分沉积在孔口的泥浆和悬浮砂粒，不仅抬升了孔口高度，而且在桩顶形成软弱层。该软弱层物理力学性质指标差异很大，不能直接作为建（构）筑物地基基础使用，应进行开挖或置换处理；（4）泥浆池容量和使用功能应满足施工要求，泥浆池周边应设置安全警示标记，沉淀后的清水可循环利用，定期对池中沉淀物进行清理、转运，严禁污染环境。

5 结语

本文通过振冲碎石法在该工程中的成功应用，可以得到以下结论：

（1）采用大功率的振冲机械设备辅以相应的工程措施对复杂地质条件下厚层饱和砂土液化地基进行地基处理是可行的。

（2）振冲碎石桩对砂土层等软弱地基挤密效果与置换作用明显，可有效解决软弱地基砂土液化问题、承载力问题。该工程处理后复合地基液化消除，承载力和沉降均满足设计要求。

（3）结合工程特点，采用合适的工程技术参数，施工中严格控制振冲器的单次提升高度、密实电流、留振时间等参数，确保施工质量。

（4）桩顶表面软弱层物理力学性质指标差异很大，不能直接作为建（构）筑物地基基础使用，应进行开挖或置换处理。

[1]徐至钧，叶观宝，高彦斌.振冲法和砂石桩法加固地基[M].北京：机械工业出版社，2005：1-2.

[2]李进元.振冲碎石桩法地基处理在阴坪水电站中的应用[J].岩石力学与工程学报，2013,32（S1）:2968-2976.

[3]杨生彬，刘志伟，李灿.大厚度饱和砂土液化治理试验研究[J].岩土力学，2009,30（S2）:430-433.

[4]中国建筑科学研究院.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[5]张蓓，杨晓杰，刘洋，等.大直径碎石桩软土成桩工艺研究[J].施工技术，2012,41(373):109-112.

[6]浙江大学建筑工程学院，浙江中南建设集团有限公司.GB/T 50783-2012复合地基技术规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[7]中国建筑科学研究院.JGJ 79-2012建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[8]建设部综合勘察研究设计院.GB50021-2001（2009年版）岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[9]李继超，桑有明.大厚度饱和砂土液化地区振冲桩施工工艺试验研究[J].岩土工程技术，2013,27（5）：259-262.

Application of Vibro Replacement Stone Column in Liquefaction Foundation of Thick-layer Saturated Sand

LI Ji-chao,SANG You-ming
(Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute Co.,Ltd.of Metallurgy Construction in China,Chengdu Sichuan 610023, China)

Aimed at the liquefaction foundation of thick-layer saturated sand in a certain station project,the method of powerful vibro engineering machinery and equipment combined with appropriate measures is used in composite foundation treatment.After construction,a lot of in-situ tests including plate loading test,ultra-heavy dynamic penetration test,standard penetration test,settlement observation,etc.,are used to analyze and evaluate the bearing capacity of piles and composite foundation,the controlling effects of liquefaction,subsidence.Test results indicate that vibro replacement stone column is very well in treatment of liquefaction of thick-layer saturated sand,bearing capacity and settlement are to meet project requirements.At the same time,it provides valuable experience for the similar engineering in construction parameter section,detection method designed,construction considerations etc.

saturated sand；liquefaction；vibro replacement stone column；composite foundation

TV553

B

1004-5716(2015)08-0001-04

2014-08-08

2014-08-12

李继超（1982-），男（汉族），湖北仙桃人，工程师，现从事岩土工程方向研究工作。