碎石樁處理液化軟土地基工程的應用

趙丹丹 錢俊秋

(1.南京農業大學 ，江蘇 南京 210095; 2.江蘇經貿職業技術學院，江蘇 南京210007）

近幾年來國內地質災害頻發，建筑物發生倒塌事故，很多生命因此消逝。地基和基礎是建筑物的根本，它的勘探、設計和施工直接關系到建筑物的安危。我國地域遼闊，自然地理環境復雜，土類分布多種多樣，有些土類具有具有其特殊性質，作為地基必須針對其特殊性采取合適的工程措施，保證基礎的穩定性和承載力。長江流域許多地區的地質特征存在著埋深比較厚的砂性土層并且液化指數相當高，具有明顯的流變性，在外力尤其是地震作用下很容易引發地基失效，導致建筑物或結構的不均勻沉降甚至整體移動，使局部結構損壞，全毀或喪失使用功能，因此在該類地基上建造建筑物，必須考慮其液化性，對地基進行處理。

近年來城市不斷擴張，房地產事業蓬勃發展，寸土寸金，許多重要的工程和工業廠房在軟弱土地基上興建，工程的要求推動軟土地基的處理技術迅速發展，老的方法不斷改進，新的方法不斷涌現。本文以實際工程為研究背景，從碎石樁的作用原理、設計方法和施工方案、檢測方法等幾方面，介紹其在處理液化地基的應用情況，從技術可靠性、經濟合理性、施工可行性等方面介紹碎石樁地基的應用。

1 工程概況

本工程位于江蘇省南京市江浦區南京農業大學江浦校區內，科研實驗廠房，框架結構，二層，7度抗震設防，建筑高度14m，建筑面積約2000m2。據地質勘查報告，該場地土分層如下表所示。

場地土分層

參照勘察設計院勘查報告，地表下16.0m以內的砂性土層，其液化指數IlE為32.5～59.8，根據《建筑抗震設計規范》判定為嚴重液化土層，作為地基需進行技術處理。

2 設計方案選擇比較

施工可行性鋼筋混凝土設計方案工程造價/m3降低液化性效果樁基礎1300元效果較好施工較復雜，工期較長碎石樁 180元 效果較好施工方便，質量較易得到控制粉噴樁 200元 效果不太理想施工質量不易得到保證

根據地質條件考慮技術經濟、處理質量、以及施工和上部結構荷載等綜合因素，該工程地基處理采用振動沉管碎石樁。樁徑為500mm，樁長9m，間距1.2m，設計樁數2010根，呈梅花形布置，樁頂鋪設0.6米厚的碎石墊層作為復合地基持力分布層。

3 機理及作用

屬于振密擠密分類，在振動的作用下，將套管打入規定的設計深度成孔，然后往孔中填入碎石，并加以搗實成一根根的樁體，采用沉管碎石樁加固的目的是采用碎石樁，和原來的土體形成復合地基，使土體的孔隙減少，提高地基的承載力，降低砂土的液化指數，改善土的強度和變形特征，原理及作用分為三個方面：

3.1 振動擠密作用。樁管打入地基中，對土產生橫向擠密作用，在一定擠密功能作用下，土粒彼此移動，小顆粒添入大顆粒的空隙，顆粒間彼此靠近，空隙減少，使土密實，地基土的強度也隨之增強。

3.2 復合地基。由于樁體本身具有較大的強度和變形模量，樁的斷面也較大，在樁體振動和擠密的過程中，回填的碎石與地基土組成復合地基，共同承擔建筑物荷載，提高地基承載力減少沉降量。

3.3 防止震動液化。由于碎石樁有大量的孔隙通道，在地震力作用下，地下水可順利通過孔隙通道升降和排出，大大減少和避免地基的液化沉陷現象。

4 施工工藝

4.1 采用沉管成孔方法施工，振動逐步拔管成樁法施工。施工中使用機械為振動沉樁機，DZ―60型震動錘，常用振動錘的振動力為70、100和160KN，本工程使用激振力為70KN，樁管使用無縫鋼管材料，管徑控制為477mm。這種樁具有施工設備簡單，打樁進度快，成本低的特點。

4.2 成樁工藝

樁機定位就位，在地面上把套管的位置確定好。

開動振動設備，把套管打入土中至設計標高。

加入碎石料，按設計要求添加碎石，再拉拔到規定的高度。

振密碎石樁，采用重復壓拔管使添加的碎石料密實，成樁。

清理樁尖，移動樁機，重復進行以上步驟，施工其它碎石樁，直到每根樁施工完畢。施工準備→樁位布置→樁機定位沉管→加灌碎石料→拔管→下壓樁管→拔管→成樁→清理樁尖→鋪碎石墊層。

4.3 質量控制

樁身連續性：以拔管速度控制樁身連續性，不超過0.8m/min。

樁直徑：以灌砂量控制樁直徑，當灌砂量達不到設計要求時，應在原位再沉下樁管灌碎石（復打）一次或在旁邊補加一根。

碎石樁施工前必須進行成樁試驗。本工程先打了六根試樁，布檢測孔2個進行擠密試驗，兩周后，按標準貫入方法，判定樁間砂性土是否液化，如液化，計算其液化指數。

經計算③號土層的液化指數IlE=0.1～3.56＜4 輕微液化

④號土層的液化指數IlE=0.0～3.10＜4輕微液化

均滿足《建筑地基處理技術規范》[2]要求。因此按此方法繼續施工，施工順序采用跳打形式并由外緣向中心進行，確保周圍土體的側限，處理效果更好。

5 處理效果

5.1 樁間土液化指數得到了有效的降低。施工后兩周進行質量檢測，檢測由抽樣進行，檢測點不少于樁孔總數的2﹪，本工程共布檢測點40個，按標準貫入的方法，對樁間土進行液化判別檢測，視其液化指數是否能得到有效降低。

液化判別

根據《建筑地基處理技術規范》〔2〕的規定，采用標準貫入試驗判別法,在地面下15m深度范圍內的液化土應符合下式要求：

判別結果：本工程采用碎石樁地基加固后，②、③層飽和砂（粉）土的液化指數得到了有效的降低，效果較好。

計算得：②層粉土夾砂IlE＝1.00～3.90輕微液化

③層粉砂沒有液化

④層粉砂夾粉土 IlE＝0～5.80 局部輕微液化

但④層40個檢測點只有3個檢測點的液化指數大于4，其值為5.6，4.1，4.3，占總檢測總數的7﹪﹤10﹪，符合《建筑地基處理技術規范》[3]。

5.2 基礎沉降比較均勻。

該工程于2010年10月施工完畢，經過1年的沉降觀測，最大沉降量61mm，最小沉降量56mm，沉降比較均勻，使用情況良好。

5.3 地基承載力有所提高。

原天然地基的容許承載力為80kpa，經過處理后的復合地基的容許承載力為120Kpa，承載力有顯著提高。

結語

本工程采用碎石樁降低砂性土層的液化指數，提高其抗剪強度和抗液化能力，消除其不利影響，滿足建筑物對地基穩定和變形的要求，該處理方法機械化程度高，施工速度快，造價低，并且能改善地基土的變形特性和滲透性，因此該地基處理方法在工業與民用建筑、道路建設等工程中具有代表性和借鑒價值。

[1]建筑地基處理技術規范（JGJ79—91）.

[2]建筑抗震設計規范(GB50011—2001).