水工建筑物液化砂土地基处理方法浅析

2016-08-18张晓斐胥维纤

地下水 2016年4期

关键词：橡胶坝砂土船闸

张晓斐，苗　磊，胥维纤

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710000)

水工建筑物液化砂土地基处理方法浅析

张晓斐，苗磊，胥维纤

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710000)

在水工建筑中经常遇到地基液化问题，对液化砂土地基处理进行探讨，以西安某处水工建筑物为例，采用不同方法对地基液化处理的设计、施工及相关检测等进行讨论，结果表明，振冲碎石桩处理液化性砂土地基是可行的，对液化深度较浅的砂层液化处理建议采用换填法。

振冲碎石桩；强夯；换填；砂土液化；地基

处理地基液化问题常用方法有换填法、振冲挤密碎石桩、强夯[1]等方式处理，对于大面积处理较深的可液化土而言，强夯法和振冲碎石桩法是首选的处理手段。

振冲法是在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，使松散碎石土、砂土、粉土、人工填土等土层振密；或在碎石土、砂土、粉土、黏性土、人工填土、淤泥土等土层中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成桩，和原地基土组成复合地基。

强夯法是通过一般8-30t的重锤(最重可达200 t)和8～20 m的落距，对地基土施加很大的冲击能，一般能量为500～8 000 kn·m，在地基土中所出现的冲击波和动应力，可以提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。

换填法是当液化层厚度不大时将基础底面以下处理范围内的土层部分或全部挖去，然后分层换填砂、碎石或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压实至要求的密度为止。

1　工程概况

工程区位于关中盆地中部，渭河流经盆地偏南部位，沣河在渭河一级阶地上建造了河槽，工程涉及沣河河槽、漫滩及渭河一级阶地，工作区内沣河漫滩沿沣河展布，高程约392～398 m。工程设计建筑物主要是沿河道修建橡胶坝蓄水工程，在橡胶坝一端设调节闸及通航船闸。

工程地处于河床及两侧漫滩,因其特殊的工程条件，依据相关要求采用标准贯入试验击数进行地基土液化判定，判定正常运用(橡胶坝蓄水后，地基土含水率饱和)条件时场地土的液化性，试验结果显示：在正常运用时，各液化土层的液化指数4.9

2　地基处理方法选择及设计

基础地层勘察结果表明工程区液化地层底界起伏较大，但随着钻孔的加密呈现出一定的规律性：由于拟建工程地基横跨一级阶地及河漫滩、河槽等不同地貌单元，地层时代不同，冲积物密实度不同，造成液化土层分布深度差异，总体来说，一级阶地下(此区域主要布置调节闸、船闸工程)液化土层深度3.3～5.2 m，液化砂层底标高为376.05～377.1 m；河漫滩地带(主要布置橡胶坝右半段工程)，液化土分布深度在9.2 m，分布标高在372.9 m。根据地质勘察资料，船闸、调节闸及橡胶坝区域根据基础地层地质、液化深度等变化，可分别采用不同的基础处理方案。船闸基础处理既要解决地基液化问题，还要提高地基的承载力；调节闸和橡胶坝区域地基承载力满足要求，只需解决地基液化问题。

2.1地基处理方案的选择

1)船闸区域处理方案

船闸区域地层液化底标高为376.05～377.1 m，基础处理标高为376.00 m，船闸基础底高程为379.6～380.1 m，需处理深度为3.6～4.1 m。

船闸区域地基处理段较长，处理区域较近范围内无村庄，无重要构造物，采用强夯法是比较理想的地基处理方法，强夯处理方式可以消除地震液化的影响，然后在强夯完后的地基土上采用CFG桩进行处理，提高船闸基底土的承载力。碎石换填法是将船闸区域中的船闸闸室、上下游闸首、引航道采用碎石进行换填，将液化砂土层换填为碎石，置换底标高为376.0 m，相对密度不小于0.75，试验结果须满足Cu≥5， Cv=1～3，确保碎石级配良好，换填后要求地基承载力不小于300 kPa。

以上方案均能很好解决地基土液化和承载力不足等问题，各个方案的施工工艺均比较成熟。但强夯方案需要经过现场试验来确定施工参数，且施工时会产生较大噪音，试验历时较长，可能会对工期造成一定影响，而振冲碎石桩桩长不宜短于4 m[4]，相比较而言，换填方案施工速度快，工期较短。

2)调节闸及橡胶坝处理方案

调节闸与橡胶坝区域场地砂土层普遍存在液化，地基土承载力能满足设计要求，所以该段区域仅需消除地基处理深度范围内土层的液化问题，液化深度从现有地面至底标高4.2～9.2 m,液化底标高为376.7～372.9 m。

考虑调节闸与橡胶坝区域场地液化深度较深，且建筑物位于主河槽内，施工时受地下水位的干扰，采用碎石换填法开挖深度较深且投资较大，强夯方案需要经过现场试验来确定施工参数，且施工时会产生较大噪音，试验历时较长，可能会对工期造成一定影响，相比较而言，采用振冲碎石桩方案消除液化效果较好，建议采用振冲碎石桩法进行处理。

2.2振冲碎石桩计算

振冲碎石桩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，在设计时需考虑桩位的布置形式和桩径大小，并确定合理的桩间距。

由于本工程基础拟采用条形基础且属于可液化地基，所以加固范围在基础处边缘应扩大2～4排桩，桩径根据土质情况和成桩设备等因素来确定，当采用75 kW振冲器成桩时，碎石桩的桩径为0.7～1.0 m，本工程采用0.80 m的桩径，工程当中采用的桩体材料为级配碎石，材料粒径为20～50 mm，且含泥量不得大于5%。根据振冲碎石桩的设计要求，桩顶均较设计桩顶超打0.50 m，在桩体施工完成准备施工上部结构时统一将超打碎石桩削至设计桩顶高程。桩距根据下列公式确定：

式中：e0为天然孔隙比；e1为处理后要求的孔隙比；d为桩的直径；L为桩间距。由上式计算出桩距为2 000 mm。

地基挤密后要求达到的孔隙比e1由工程对地基承载力要求或下式求得：e1=emax-Dr(emax-emin)。式中emax和emin分别为砂土的最大和最小孔隙比，Dr为地基挤密后要求砂土达到的相对密度，本次可取0.70～0.85，本次取0.75。

振冲施工结束后，在规定时间内对已实施的振冲桩进行检测。要求：碎石桩与地基土形成的复合地基要求内摩擦角φ>19.8°，挤密后砂层相对密度应在0.8以上，单桩承载力标准值不小于265 kPa，复合地基承载力标准值不小于150 kPa。

3　施工及施工后的检测

1)施工

施工中振冲设备采用先采用了75 kW振冲器，根据试桩结果将振冲器调整为130 kw，在施工过程中避免对周围建筑物基础产生振动．在振冲挤密法施工过程中质量检验的关键是填料量、密实电流和留振时间，这三者实际上是相互联系和保证的．留振时间是指振冲器在地基中某地深度处停下振动的时间，水量的大小是保证地基中的砂土充分饱和．砂土只要在饱和状态下受到振动便会产生液化，足够的留振时间是让地基中的砂土完全液化和保证有足够大的液化区砂土经过液化在振冲停止后，颗粒便会慢慢重新排列，这时的孔隙比将较原来的孔隙比为小，密实度相应增大，这样就可达到加固的目的。

2)施工后检测

施工结束后，于2014年3月分别采用静载试验法、标准贯入试验法、动力触探试验对桩体承载力、桩间土密实度、桩体密实程度进行了检测，进行检测，经检测荷载试验结果表明，振冲碎石桩单桩承载力及复合承载力均能满足设计要求，标准贯入试验结果表明，经振冲碎石桩处理后，处理深度范围内桩间土呈中密-密实状态，液化效应已消除；重型动力触探试验结果表明，桩身填料基本处于中密状态；碎石换填部分承载力可以满足设计要求。