砂石樁的加固效果分析

陸紹勝，梁啟定

LU Shaosheng，LIANG Qiding

(浙江省有色金屬地質勘查局，浙江 紹興312000)

蕭山地區錢塘江以南分布著較大范圍的以粉土、粉細砂為主的地層，該地層雖然地基承載力總體較高，但部分地段上部粉土承載力偏低，局部屬輕微液化土層。因此，以淺部粉土層作建筑物基礎持力層，必須對其進行地基加固處理。砂石樁是利用振動或沖擊方式，在軟弱地基中成孔后，填入砂、礫石、卵石、碎石等材料并將其擠入土中，形成密實的砂或碎石組成的樁體。砂石樁加固松散砂土和粉土地基的主要作用是擠密、振密作用。由于在振動成樁過程中，樁間土受到多次預振，使地基的抗液化能力提高，因此它主要用來消除粉砂土地基的液化，并且使松散粉土的承載力得到較大的提高［1］。另外，砂石樁還有造價較低，砂石資源豐富，可就地取材，節約鋼材、水泥等優點。

1 工程概況及地基條件

某工程位于蕭山地區錢塘江以南，為6 層框架結構商住樓，最大柱荷載約3 650 kN，平面圖見圖1。

根據地質勘察報告資料，地基各主要土層分布如下:①素填土，厚度約0.60～1.10 m;②-1砂質粉土，厚度1.20～2.80 m，稍密，qc=1 650 kPa (qc為雙橋靜探錐尖阻力，下同)，性質稍好;②-2砂質粉土，厚度2.60～3.40 m，松散—稍密，qc=1 020 kPa，性質稍差;②-3砂質粉土，厚度5.30～6.80 m，中密—密實，qc=6 540 kPa，性質較好;②-4 粉砂，厚度3.10～5.90 m，中密—密實，qc=9 820 kPa，局部夾砂質粉土，性質好;③淤泥質粉質黏土，未鉆穿，流塑，qc=650 kPa，為高壓縮性軟土，性質差。其中②-1、②-2層砂質粉土在地震烈度6 度時，局部有輕微液化現象。各土層的主要物理力學指標見表1。

2 基礎方案比較

蕭山地區類似地層的多層建筑物所采用的基礎類型也各有不同，主要有夯擴樁、水泥攪拌樁、砂石樁、預應力管樁等。現對以上幾種基礎類型進行方案比較。

(1)夯擴樁:采用振動或錘擊沉管，在管內澆灌混凝土后進行夯壓、擴底，屬擴底沉管灌注樁。這種樁型加固效果雖然較好，但由于樁基施工時噪音大，對周邊居民的正常生活影響很大，所以不適用于本工程。

圖1 平面圖

表1 各土層的主要物理力學指標

(2)水泥攪拌樁:通過特制的攪拌機械，在地基深處就地將水泥漿或水泥粉和軟黏土強制攪拌，一定時間后，通過土和水泥水化物間的物理化學作用，形成有一定強度和滲透性較低的水泥土固結體［2］。水泥土攪拌法適用于處理淤泥及淤泥質土、黏性土、粉土、素填土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基［3］。這種方法雖然能提高地基的承載力，但不能有效消除砂土液化。

(3)預應力管樁:采用靜壓或錘擊的方式，將預制的管樁沉入到②-4 層粉砂持力層中，該法施工速度較快，質量有保障，實際工程中采用此法的較多，但造價稍高。鑒于本場地②-4 層粉砂頂板起伏較大，局部厚度偏小，且下臥層為高壓縮性軟弱土層。因此，本工程基礎不宜選用該方案。

(4)砂石樁:采用振動沉管并在管內灌入砂、石而成樁，并按復合地基設計。這種方法不僅可提高地基土的承載力，還可改善排水固結條件，消除粉土、粉砂液化的影響，另外也易于施工。因此，本工程基礎選用該方案。

3 砂石樁的設計與施工

(1)砂石樁設計:采用φ377 擠密砂石樁，有效樁長7 m 左右，進入②-3 砂質粉土約1 m 以上。樁采用等邊三角形布置，并從基礎邊緣以外布置二排樁。另外，基礎底面還應鋪設厚300～500 mm 砂石墊層并碾壓密實。

(2)砂石樁施工:砂石填料中的砂與石之比為7：3，碎石最大粒徑不大于50 mm，填料含泥量不大于5%，拔管速度控制在1.5 m/min 以下，每拔0.5～1.0 m，停拔振動5～10 s，充盈系數達到1.2 以上。

4 砂石樁加固效果

(1)加固效果檢測:在施工完畢15 d 且地基土強度得到一定恢復后，采用靜力觸探法對樁間土進行原位測試，檢測深度約為7 m，檢測點隨機布置并做到大致均勻分布，加固效果見圖2。由檢測結果可知，地基加固后②-1 層砂質粉土qc值有較大提高，平均可增加20%～45%;②-2 層砂質粉土qc值有著顯著的提高，平均可增加60%～105%;表明砂石樁對松散狀粉土擠密加固效果顯著。在施工過程中，通過振動沉管擠密砂石樁的振動，將土體擠密和排水固結，可使粉砂土層的含水量降低10%～16%，孔隙比減少12%～18%，壓縮模量增大25%～40%。

圖2 加固效果對比

(2)從在樁間土作的靜力觸探試驗及其結果得知:砂石樁處理液化效果是比較理想的，尤其是在②-1、②-2 土層中，砂石樁處理后的靜力觸探試驗阻值均有一定增大，②-2 土層增大更加明顯，原來液化的土層經擠壓后成為非液化土層。從施工現象看，盡管大量碎石貫入到地下，但樁周圍地面仍然產生大量沉降，并且有大量水排出，說明粉土振動擠密后，水從砂石樁中可以暢通地排出，孔隙水壓力得到了及時的消散，土產生了很好的固結，從而使密實度增大。

(3)砂石樁隨著土的深度不一樣，加固程度也不一樣，淺部粉土層加固效果相對較差，這可從靜力觸探試驗及其結果得到證實。②-1 層粉土qc值提高20%～45%，而其下部的②-2 層粉土qc值提高60%～105%，其原因是②-1 層粉土為表層土，受到擠壓后，由于上面有變形空間，從而向上膨脹，使淺部②-1 層粉土得不到很好的擠密加固。

(4)沉降觀測:工程施工時，每施工一層，沉降觀測一次，至竣工驗收時，沉降均勻，沉降量及沉降差均滿足設計及規范要求。

5 結 語

(1)砂石樁對表層粉土的加固效果較差，對表層以下松散及稍密的粉土加固效果顯著，設計和施工時應引起重視。

(2)采用砂石樁加固粉土、砂土地基，可明顯提高地基承載力，有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高和砂土產生液化，提高地基的抗液化能力。

(3)砂石樁在設計和施工時，選擇合理樁距非常重要，樁距太大，即置換率過低，相應的復合地基承載力也低，達不到設計要求;樁距太小，即置換率過高，樁不易施工。

(4)砂石樁不僅可節約鋼材、水泥，而且還有施工方便、造價低等優點，具有較好的經濟效益。

［1］ 林宗元.簡明巖土工程勘察設計手冊(下冊)［M］. 北京:中國建筑工業出版社，2003

［2］ 龔曉南.復合地基［M］.杭州:浙江大學出版社，1992.

［3］ 浙江省建筑設計研究院，浙江大學建筑工程學院. DB 33/1001—2003 建筑地基基礎設計規范［S］. 杭州:浙江大學出版社，2003.