大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程輸水管道基礎(chǔ)液化質(zhì)土層處理設(shè)計

于蘭芳

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院 沈陽 110006)

趙明哲 楊曉飛

(大連市供水有限公司 116021)

1 工程地質(zhì)單元劃分

遼寧省大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程從鞍山配水站至蓋州市團(tuán)山，線路分布區(qū)地層及地貌情況比較復(fù)雜。為了整體研究管道沿線工程地質(zhì)條件，按地貌成因及形態(tài)、地層結(jié)構(gòu)特征劃分為8個工程地質(zhì)分段，見表1。

表1 工程地質(zhì)分段

2 飽和砂土、粉土的液化分布

該場區(qū)地震基本烈度為7 度，地震動峰值加速度以0.15g 為主，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s。按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 20287—99)和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2001)中有關(guān)規(guī)定對飽和砂土、粉土進(jìn)行液化判別。液化區(qū)段具體分布情況見表2。

表2 液化區(qū)段分布

3 液化土層處理設(shè)計方案

為提高軟弱地基的強(qiáng)度、降低地基的壓縮性，減少基礎(chǔ)的沉降、降低管道沉降，對管道基礎(chǔ)液化土層采用換填墊層法、振沖碎石樁法等加固處理措施。

3.1 換填墊層法

換填墊層法適用于淺層液化層地基(小于等于2m)的處理。處理方法為:將管道基礎(chǔ)兩側(cè)外各2m 寬度范圍內(nèi)液化土層全部挖除，分層回填強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性較好、均勻摻加砂石料的粘土。

對液化土層埋藏較深、層厚較大且液化等級達(dá)到中等級別的區(qū)段，采用換填墊層法時，存在著開挖較深、工程占地較大、砂土料取用對環(huán)境影響嚴(yán)重、工程投資較大等諸多缺點，因此對這樣的區(qū)段采用振沖碎石樁的處理方法。

3.2 振沖碎石樁法

3.2.1 管道底部基礎(chǔ)承載力的計算

上埋式埋管的垂直土荷載按下式計算:

式中 Gy——上埋式管道上總的垂直土荷載，tf/m;

D0——管外徑，m;

CE——上埋式埋管的荷載系數(shù)，見表3;

γs——土的單位重度，t/m3。

表3 CE取值表

當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m 或埋置深度大于0.5m 時，對靜荷試驗或其他原位測試、經(jīng)驗值等方法確定的地基承載力特征值，按下式進(jìn)行修正:

式中 fa——修正后的地基承載力特征值;

fak——地基承載力特征值;

ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，按基底下土的類別查表;

γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度(地下水位以下時取浮重度);

b——基礎(chǔ)底面寬度，m;當(dāng)基寬小于3m 時按3m 取值，大于6m 時按6m 取值;

γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度(地下水位以下取土的浮重度);

d——基礎(chǔ)埋置深度，m。

3.2.2 振沖碎石復(fù)合地基抗液化驗算

3.2.2.1 確定復(fù)合地基液化判別處的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)臨界值

復(fù)合地基液化判別處的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)臨界值按以下公式計算:

式中 K1——樁體應(yīng)力集中效應(yīng)的分項安全系數(shù)，一般為1.1～1.3;

K2——分項安全系數(shù)，一般為1.0～1.5;

m——復(fù)合地基碎石樁的置換率，一般為0.08～0.25;

n——樁土的應(yīng)力比，砂土、粉土一般為2～3;

I——判別場地的地震烈度;

N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基本值;

ds——飽和土標(biāo)準(zhǔn)貫入點深度，m;

dw——地下水位深度，m;宜按使用期內(nèi)年平均最高水位取值，也可按近期內(nèi)年最高水位取值;

ρc——粘土含量百分率，當(dāng)小于3 或為砂土?xí)r，均應(yīng)取3。

式中 N——標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù);

K——比例常數(shù);

Dr——原地基土的密實度。

3.2.2.2 抗液化碎石樁樁距的確定

抗地震液化復(fù)合地基的碎石樁布置形式，常采用三角形和正方形兩種。該工程采用三角形布樁，則樁距按以下公式計算:

上二式中 Dcr——復(fù)合地基土的液化臨界密實度;

e0、emax、emin——原土的孔隙比、最大孔隙比、最小孔隙比;

(ecr)F——要求土振密后抗液化的臨界孔隙比;

d——樁徑，m。

設(shè)計的碎石樁距S 滿足下式條件即可。

3.2.2.3 各工段碎石樁抗液化計算結(jié)果

a.工3 段樁號37+096.7～37+565 范圍內(nèi)碎石樁復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果見表4。

表4 樁號37+096.7～37+565 段復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果

由表4 得出:抗液化的臨界樁距為4.75m，取振沖碎石樁樁距為2.3m(2.3m 為振沖器的要求，下同)時，滿足抗震液化的要求。

b.工5 段樁號66+534.9～67+402.2 范圍內(nèi)的碎石樁復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果見表5。

表5 樁號66+534.9～67+402.2段復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果

由表5 得出:抗液化的臨界樁距為3.61m，取振沖碎石樁樁距為2.3m 時，滿足抗震液化的要求。

c.工8 段樁號101+189.5～102+212.9 范圍內(nèi)的碎石樁復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果見表6。

表6 樁號101+189.5～102+212.9段復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果

由表6 得出:抗液化的臨界樁距為3.16m，取振沖碎石樁樁距為2.3m 時，滿足抗震液化的要求。

d.工8 段樁號104+023.4～104+296 范圍內(nèi)的碎石樁復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果見表7。由表7 得出:抗液化的臨界樁距為3.57m，取振沖碎石樁樁距為2.3m 時，滿足抗震液化的要求。

表7 樁號104+023.4～104+296段復(fù)合土基礎(chǔ)抗液化計算結(jié)果

4 結(jié) 語

遼寧省大伙房水庫輸水應(yīng)急入連工程輸水管道基礎(chǔ)液化土層采用振沖碎石樁法進(jìn)行處理。具體的設(shè)計方法為:在基坑范圍內(nèi)等邊三角形布樁，樁徑/m，樁中心距2.3m，樁底伸入基礎(chǔ)持力層下1m，基坑外圍布置兩排護(hù)樁。

根據(jù)上述設(shè)計方案，處理液化土層的振沖碎石樁空鉆孔總長度為27782m，振沖碎石樁樁體總長度為34425m。