強夯碎石樁法在液化細砂層中的施工與檢測

【摘 要】強夯碎石樁法是處理軟弱地基土—特別是軟松散的粉細砂土層的有效施工方法。本文通過具體的施工和檢測實例，介紹該施工法在改變細砂狀態、提高細砂強度、消除細砂液化等方面的效果和作用。

【關鍵詞】強夯碎石樁；復合地基；試驗檢測；承載力標準值；變形；液化

1 前言

在社會和經濟發展規模不斷擴展的今天，城市的功能與規模也隨著不斷擴大，許多基礎施工或建設項目因受多種因素制約，不得不在巖土工程條件差的建筑場地上進行施工建議，因此，使用合理而科學的方法克服或消除不利巖土工程條件對建設項目帶來和造成的危害，保證建設工程正常施工和安全使用，成為巖土工作者面臨的課題。針對各種不利巖土工程條件，抓住其中的主要不利因素，選擇既科學安全又經濟適用的施工方法，完全可以降低或消除不利地質條件對工程帶來的危害。

2 工程概況

海警某支隊綜合辦公樓，擬建在某漁港碼頭內，樓距海岸線直線距離僅100m左右。該樓為弧形建筑物，框架結構，正面主樓7層，兩側6層，半地下室1層，東西后樓4層，縱向柱距7.20m，橫向柱距8.70m，筏板基礎。場地工程地質概況如下：

地面單元為海積坡地，后經人工回填改造成陸地，西部為海，東部為剝蝕低丘，地勢北高南低，相對高差2.46m。地層自上而下為：

2.1 素填土：灰——褐色，干——稍濕，松散，由碎石、粉土構成，厚度0.70—3.70m。

2.2 含淤泥細砂：第四系海洋沉積物，灰——黑色，飽和，松散，含少量貝殼碎片，層厚2.40—4.30m，標準貫入試驗確定fk=70kPa，為液化層，液化勢中等——嚴重。

2.3 頁巖與灰巖互層：頁巖承載力標準值fk=300kPa，灰巖承載力標準值fk=1500kPa，埋深4.50—5.80m。

地下水：埋深2—2.50m，與海水相連系，水位隨潮汐而變化。

該樓基礎原設計為人工挖孔樁，施工開挖2m后由于地下水位高，且與海水潮汐相連系，降水困難而無法下挖施工，后欲改設計為打入式預制樁，又因顧慮上伏覆蓋層較薄，且為新近沉積的含泥細砂，砂層松散，強度低，僅為70kPa，又存在嚴重液化的問題，難以保障樁身的水平穩定性。

根據場地的地質和水文條件，結合施工地處漁港碼頭的環境條件，采用干式作業強夯碎石樁法對場地的細砂層進行加固處理，使之成為復合地基，且使施工后的場地復合地基承載力標準值達到設計所需要的fk=180kPa的設計要求。

3 強夯碎石樁的設計與施工

依據場地地質條件，結合主體上部結構和設計的要求，強夯碎石樁設計為每柱下均布設一根強夯碎石樁，柱間插點，樁點間距為2.80—4.20m，布樁形式為矩形，碎石置換率m≥0.30，按照fspk=mfpk+(1-m)fsk公式計算，方能使復合地基承載力標準值達到設計180kPa的要求。

強夯碎石樁施工機具采用500kN履帶吊車，夯錘采用130kN仿錘形柱錘，錘底面積1.0㎡，錘高2m，腰部最大直徑1.20m，夯錘落距18m，單擊夯擊能不小于2000kN#8226;m，每樁施工時先用柱錘夯出深2m，直徑約為1.50m的樁孔，用級配碎石將樁孔填滿后，再將柱錘對準樁位夯擊，循環如此，直到最后兩擊柱錘的貫入度均小于5㎝為止，每樁平均夯擊20擊，造出的碎石樁樁長為3.80—4.50m，直徑均不小于2m，碎石樁施工結束后，對全場進行滿夯，滿夯單擊能量為1000kN#8226;m，每點2點。

正式施工前，先在場地西南角選擇一塊面積為14.40×11.70m的試夯區，布設樁點25個進行試夯。試夯中觀測記錄貫入度，并對樁點繪制出擊數—夯沉量曲線，用以確定強夯施工工藝參數。試夯后立即用重型動力觸探對碎石樁樁身和樁間土進行初步原位測試，測試結果表明試夯達到預期的施工設計，加固處理后的復合地基的強度能滿足設計要求。

4 復合地基質量檢測及成果分析

4.1 檢測內容及方法

4.1.1 檢測內容：

（1）強夯碎石樁復合地基承載力標準值fspk，是否達到180kPa；

（2）檢查地基的不均勻狀況；

（3）對建筑的適宜性及細砂液化作出評價。

4.1.2 檢測方法：

（1）做一組原位載荷試驗（3個），用以確定地基表層樁間土承載力標準值和變形模量；

（2）做16孔重型動力觸探試驗，用以檢測建筑范圍內強夯碎石樁復合地基承載力標準值fsk沿深度的分布狀況；

（3）在東西側樓樁間土做兩孔6組標準值貫入試驗，用以鑒別強夯碎石樁法對細砂液化的效果如何。

4.1.3 載荷試驗：

載荷試驗點均在樁間土進行，圓型承壓板直徑b=564㎜，面積0.25㎡，載荷分8級施加，最大荷載加至400kPa。

載荷強度P與壓板下沉變形S的關系曲線。取比例界限之相對載荷強度作為承載力基本值f0，因3個試驗f0相差小于60kPa，所以取三個試驗f0的平均值作為地基表層承載力標準值fsk。

4.1.4 重型動力觸探試驗：

動力觸探試驗點的位置盡量合理地均勻分布，16個試驗點有7個分布在碎石樁樁身中，有9個分布在樁間土。每個試驗點動探也均連續試驗，全部打至底部基巖。

對各動探孔試驗擊數N63.5沿孔深Z的分布狀況進行統計，必要時分層統計整理。得出試驗平均擊數N63.5標準差s和變異系數δ。試驗擊數大于25擊/10㎝者則按25擊/10㎝進行統計。試驗擊數統計成果見表。

根據以上統計數據推算相當于可靠度為0.95（風險率0.05）時的試驗擊數標準值，考慮土的不均勻性，再乘以0.60～0.0的不均勻折減系數，得出各類強夯處理地基的承載力標準值fsk（fsk＞350kPa者取350kPa）。根據變形模量E0與承載力標準值fsk的相關性，由《巖土工程手冊》表5-5-21查出相應不同fsk值的變形模量E0。樁間土細砂的變形模量E0取13MPa，壓縮模量Es取17.5MPa。

4.1.5 標準貫入試驗：

本次試驗做了兩孔12個標準貫入試驗，用以判定強夯碎石樁處理細砂層后的液化狀況，標貫試驗擊數N在17～45擊/30㎝之間，多數擊數在25擊左右，均遠大于液化臨界擊數Ncr=8擊。

4.2 檢測成果分析

4.2.1 復合地基承載力標準值fspk。根據強夯施工結束后基槽開挖的實際情況來看，每根碎石樁的斷面直徑均大于2m，斷面面積不小于3㎡，一根碎石樁按設計控制基底面積為10㎡，碎石樁置換率不小于0.30；樁間土承載力標準值fsk=180kPa；碎石樁承載力標準值fpk=500kPa，則復合地基承載力標準值按下式計算：

fspk=mfpk+(1-m) fsk

得fspk=275kPa，大于180kPa的設計要求。

4.2.2 復合地基的變形驗算。碎石樁復合地基壓縮模量Esp=〔1+m(n-1)〕Es，當應力比n=2.78時，Esp=26.8Mpa。鑒于基底以下受壓層厚度不大（4.50-5.20m），基底壓力P0=180kPa較低，壓縮模量Esp較大，所以復合地基沉降變形較小（10mm以內），而且在施工期內大都完成，基礎傾斜變形大小于允許值0.002。

4.2.3 細砂場地土液化判別。本次標貫試驗擊數N=17-45擊/30cm，而且多數擊數在25擊左右，均大于判別液化臨界擊數Ncr=8擊的數值，所以經過強夯碎石樁處理后的細砂層土質變密實，透水途徑增加，使細砂層在7度烈度地震作用下變為不液化土層。

5 結論

采用強夯碎石樁法對本場地的細砂層進行處理加固后，經多種手段檢測證明，該方法是提高細砂層強度，消除其液化的有效方法，它使得該細砂層狀態得到明顯的改善，完全滿足了設計方和建筑物對場地地基土的需要，因此就此項工程而言可以得出如下結論。

5.1 經強夯碎石樁法加固處理后，場地細砂層由松散變為中—密實，密實度增加，土層強度得到很大提高，其承載力標準值由強夯前的70kPa提高到180kPa。

5.2 強夯碎石樁處理加固細砂后，形成的復合地基的壓縮模量Esp值得到較大提高，基礎的沉降變形量小，基礎傾斜變形也明顯小于允許值0.002，基礎地基變形均在允許范圍之內，且在施工期已大都完成，所以在變形方面是安全的。

5.3 經強夯碎石樁處理的細砂層，細砂土質變密，碎石樁身更成為良好的透水途徑，因此，其抗地震液化的能力大為提高，使細砂由原本液化中等—嚴重，轉變為不液化，徹底消除了細砂層在地震發生時產生液化給建筑物帶來的潛在危害。

在處理和加固建筑場地內的軟弱地基土時有很多適宜的施工方法。針對本實例而言，用強夯碎石樁法對水位高、砂質松散、存在嚴重液化可能的細砂層進行處理加固，應是一種值得推薦的施工方法。該方法能有效地改變細砂狀態，提高細砂強度，消除細砂液化。除此之外，它尚有工程造價低、施工周期短、不污染場地環境等優點。