二元樁復(fù)合地基在處理粉土液化地基中應(yīng)用

謝慶紅 于小娟

(中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250101)

在地震、動力荷載等作用下飽和粉土、砂土容易發(fā)生地基液化現(xiàn)象，引起地面噴水冒砂、地基軟化、承載力下降、基礎(chǔ)沉陷，從而造成建筑物下陷或倒塌。GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定，地面下存在飽和砂土和飽和粉土?xí)r，除6度外，應(yīng)進(jìn)行液化判別。存在液化土層的地基，應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、地基的液化等級，結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的措施［1］，液化土層經(jīng)處理后方可作為地基持力層。處理液化地基土問題是工程設(shè)計中經(jīng)常遇到的問題。

1 工程概況

山西省清徐縣某化工項目，含5項主裝置，5項公用工程裝置，2個倉庫及外管架。其中7項裝置為乙類抗震設(shè)防，5項為丙類抗震設(shè)防。主裝置和公用工程裝置為框架結(jié)構(gòu)，8度抗震設(shè)防，基本地震加速度為0.20g，設(shè)計地震分組為第一組。

根據(jù)詳勘資料，場地地基土上部為粉土，下部為粉質(zhì)粘土，自上而下可劃分為8層，土層力學(xué)性狀如表1所示。實測潛水位埋深為地表下0.70 m～1.00 m，工程范圍內(nèi)影響水位變化的主要因素為垂直入滲，地下水位季節(jié)性變化幅度約1.00 m。

表1 場地各土層力學(xué)性狀表

根據(jù)GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范計算液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值和液化指數(shù)，該場地液化等級為中等～嚴(yán)重，液化土層為第①，②，③層粉土，液化深度約為地面以下15 m。本工程基礎(chǔ)埋深為地面以下1.50 m～2.50 m，持力層為第①層，天然地基承載力特征值為80 kPa，為可液化土層，不能滿足設(shè)計要求。該工程不能采用天然地基，對丙類抗震設(shè)防裝置應(yīng)全部或部分消除液化，對乙類抗震設(shè)防裝置應(yīng)全部消除液化。

2 CFG樁+碎石樁復(fù)合地基設(shè)計

2.1 液化地基處理方案

地下水位較高的砂土、粉土更容易發(fā)生地基土液化，處理地基土液化常用方法有:1)強(qiáng)夯法:通過強(qiáng)夯改善土性，適用于處理液化土層較薄地基。2)換填法:將液化土層全部挖除，換填其他非液化材料來消除地基土的液化，適用于液化土層較淺地基。3)砂石樁:通過擠密、加強(qiáng)豎向排水能力來提高地基的抗液化能力，適用于液化土層深度中等，地基承載力較低的地基處理。4)復(fù)合地基:采用CFG等強(qiáng)度較高的樁體與原地基形成承載力較高的復(fù)合地基來處理地基土液化問題，適用于液化深度較深、地基承載力不足的地基。5)深基礎(chǔ)法:基礎(chǔ)穿透液化土層，基底埋入液化深度以下穩(wěn)定土層中。在設(shè)計過程中，要依據(jù)實際工程具體情況采用合理的抗液化措施。

2.2 設(shè)計方案確定

以項目主裝置為例，由于本工程液化土層約為15 m，強(qiáng)夯法、換填法只適用于處理液化土層較淺的地基，不適用本工程要求。鑒于化工裝置的特點，地面設(shè)備基礎(chǔ)較多，且緊鄰廠房有外管架，如果采用樁基礎(chǔ)，地面設(shè)備基礎(chǔ)及外管架均應(yīng)另行單獨處理，施工混雜，加之主裝置上部結(jié)構(gòu)荷載不是特別大，采用灌注樁不是最佳選擇。根據(jù)工程具體情況，綜合考慮費用及施工兩方面原因，本工程主裝置采用碎石樁+CFG樁二元復(fù)合地基來處理場地地基土液化問題。采用碎石樁通過對地基的擠密、排水等作用來消除地基土液化，但其復(fù)合承載力不能滿足要求，在碎石樁中間再布置CFG樁，來進(jìn)一步提高地基承載力。

2.3 設(shè)計成果

主裝置基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載及柱下獨立基礎(chǔ)尺寸按GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［2］來設(shè)計、計算碎石樁和CFG樁的樁徑、樁長、樁間距。采用正方形布置的直徑為500 mm，樁長為15 m，樁間距為1 500 mm的碎石樁，全部消除地基土液化;在獨立基礎(chǔ)區(qū)域的碎石樁中間布置長度為18 m的CFG樁(樁體強(qiáng)度6.5 MPa)，形成碎石樁+CFG樁二元復(fù)合地基，如圖1所示。按JGJ 79-2012建筑地基處理規(guī)范［3］計算單樁承載力特征值為425 kN，復(fù)合地基承載力為250 kPa，能滿足工程要求。

3 CFG樁+碎石樁處理粉土液化地基效果

3.1 復(fù)合地基承載力

對二元樁試樁進(jìn)行復(fù)合地基承載力靜載試驗，試驗結(jié)果見表2。荷載試驗結(jié)果表明3個試驗點的沉降量比較小，P—S曲線比較平緩，無明顯陡降段，復(fù)合地基承載力能滿足設(shè)計要求。

表2 二元樁復(fù)合地基承載力靜載試驗結(jié)果匯總表

圖1 碎石樁+CFG樁復(fù)合地基平面布置圖（局部）

3.2 消除液化效果

對施工完的碎石樁+CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)值均大于按照GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范計算的液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫人錘擊數(shù)臨界值，該場地范圍內(nèi)地基土液化已經(jīng)完全消除，處理效果良好。

3.3 綜合效益分析

以一個主裝置為例，如采用鉆孔灌注樁，第①，②，③層粉土的液化折減系數(shù)為0，選用直徑1 000 mm鉆孔灌注樁，設(shè)計樁長為40 m，單樁承載力特征值2 000 kN，樁數(shù)量210根，廠房樁基費用大約630萬元，還沒有考慮設(shè)備基礎(chǔ)及廠房附近外管架的地基處理。如果采用碎石樁+CFG樁二元復(fù)合地基，碎石樁數(shù)量為2 100根，CFG樁為630根，總造價約535萬元，經(jīng)濟(jì)效果明顯。采用碎石樁處理液化地基時，要求在基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度，應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。碎石樁實際處理范圍已經(jīng)達(dá)到廠房軸線外側(cè)8 m～9 m，這個范圍已經(jīng)在廠房外管架區(qū)域內(nèi)，所以也同時處理了部分外管架基礎(chǔ)和設(shè)備基礎(chǔ)，這樣，外管架地基處理僅補(bǔ)充3排～4排碎石樁即可滿足要求，設(shè)備基礎(chǔ)、外管架的地基處理費用也大大降低。

4 結(jié)語

工程實踐證明，CFG樁+碎石樁二元復(fù)合地基利用碎石樁消除地基土液化，利用CFG樁進(jìn)一步提高地基承載力，適用于該化工廠廠區(qū)對消除地基土液化和對地基承載力差異化需求的要求，是處理液化土層較厚地基的有效方法，它造價低，施工工藝簡單，在實際應(yīng)用中具有明顯的綜合效益，可作為相關(guān)工程項目參考。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］JGJ 79-2012，建筑地基處理規(guī)范［S］.