錘擊沉管夯擴砂石樁在砂土地基防液化加固處理中的應用

陳相彪，劉 偉

（1.河北省保定市水利水電勘測設計院，河北 保定 071000；2.河北省保定市江河水利咨詢監理有限公司,河北 保定 071000）

0 引言

砂土液化是飽和的粉、細砂土在振動作用下因孔隙水壓力上升，其抗剪強度喪失，突然破壞而呈現液態的現象。從已發生的唐山大地震、大阪地震、舊金山地震等近代災害性地震來看，砂土液化給人類帶來了巨大的損失，因此現在越來越重視砂土的液化問題[1]。砂土液化造成高大建筑物傾斜，局部或整體下沉，后果極為嚴重。根據已有經驗表明，影響砂土液化最主要的因素為；土顆粒粒徑、砂土密度，上覆土層厚度、地面震動強度和地面震動的持續時間及地下水的埋藏深度[2]。目前，一般采用直接或間接測試砂土的密度的辦法來判定砂土發生液化的可能性。工程中多采用加密法措施，如振沖、振動加密、擠密碎石樁、強夯等，來增加砂土密實度以防止砂土液化的發生。

本文基于河北省保定市北部某穿南拒馬河倒虹吸項目，對液化等級中等-嚴重的地基土采用錘擊沉管夯擴砂石樁法進行了地基處理，并通過標準貫入試驗方法對處理后的地基土進行了檢測，結果表明，液化性明顯減弱，滿足設計要求，研究成果可為其他類似工程設計、施工等提供有益的參考經驗。

1 工程地質特征

河北省保定市北部某穿南拒馬河倒虹吸工程區地貌單元為太行山東麓山前沖洪積平原。穿越處河道寬約350 m，由于采砂河床及灘地原地貌改變較大，地形復雜，河床低于兩岸5 m～9 m，兩岸邊坡陡峭。場地內地層主要為第四系全新統沖洪積和沖積成因類型的粉細砂、卵石層。

①粉細砂：主要分布于河灘地，厚度6 m～10 m，河床表層亦有分布，厚度一般小于2 m，修正后標準貫入試驗錘擊數標準值為9.7；

②卵石：位于砂層下部，厚度大于18 m，中密～密實，修正后動力觸探試驗錘擊數標準值為22.1。

勘探深度內地下水的類型為潛水，主要接受大氣降水入滲補給。南拒馬河為季節性行洪河道，年內大部分時間河床干枯。勘測期間，河道地下水位埋深約10.5 m，高程16.37 m～19.09 m，高于設計管底0.5 m～3.0 m。

場地地震動峰值加速度0.15 g，相應地震烈度為7度，該場地為液化場地，液化等級為中等-嚴重。場地土類型為中硬土，場地類別為Ⅱ類，該場地為抗震不利地段。

根據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008），經地震砂土液化的初步判別、復判和鉆孔液化指數計算，場地內具液化性的地基土層為粉細砂層[3～4]。據復判結果（表1），拒馬河及兩岸樁號13＋899～17＋639段附近砂土大部分存在液化的可能性。其中鉆孔LGZK28～30（主要位于倒虹吸穿越段）液化指數分別為33.03、36.47、30.52，液化等級均為嚴重。

表1 地基土地震液化復判成果

2 錘擊沉管夯擴砂石樁設計與施工簡介

2.1 錘擊沉管夯擴砂石樁設計

參考地質勘察資料，地基土液化處理總長度為250 m，樁號為 15＋115～15＋245 和 15＋570～15＋690，深度穿透砂土層至卵石層界面。錘擊沉管夯擴樁成樁孔徑不小于600 mm，孔中心間距2 m，等邊三角形布置[5]。樁體材料可用含泥量不大于5%的級配良好的砂卵石，最大粒徑不大于50 mm。樁布置見圖1～圖 2。

圖1 樁孔平面布置圖

圖2 樁孔平面布置圖

2.2 施工方案

錘擊沉管夯擴樁施工機械采用重錘沖擊式夯擴打樁機，錘重3.5 t，錘高4.5 m，導管長度8 m，導管直徑 426 mm，夯擴機最大落錘高度12 m，最小落錘高度3 m。施工順序簡述如下：

（1）根據設計樁位布置圖確定樁孔位置，接著調平機架檢查導管的垂直度，將樁機移至布置孔位，使導管對準孔心，將重錘做自由落體錘擊土體，形成樁孔，成孔深度至設計樁底以上1.0 m～1.5 m。

（2）將重錘提出樁孔，通過導管填料口將砂石料填入樁孔，每次填料0.5 m3～1.5 m3。當樁孔填滿砂石料后，將導管緩慢提出樁孔，導管上提速度1 m/min～2 m/min。

（3）用重錘夯擊樁孔中的砂石料，當重錘夯擊3～5擊后，開始人工向樁孔內填砂石料，當再次填滿后，繼續夯擊。

（4）此后，一邊是重錘在樁孔頂面夯擊，一邊向樁孔中填料，重錘夯擊5～8擊后，樁孔內夯填的砂石料接近設計地表，至此完成了1根夯擴砂石樁。

（5）現場依次順序由兩側向中間施工，重復上述步驟，直至完成全部夯擴樁。

3 地基處理效果檢測

3.1 樁間土檢測

對處理后的地基采用標準貫入試驗進行檢驗，樁間土質量的檢測位置位于等邊三角形中心，檢驗深度不小于地基處理深度，檢測數量不少于總樁孔數的3%[5～6]。

根據標準貫入試驗錘擊數判定液化情況，粘粒含量則通過室內試驗篩析法確定。液化判別依據《水利水電工程地質勘察規范》（GB50487-2008）P.0.4條，符合N

標準貫入錘擊數校正擊數計算公式[2]：

液化判別標準貫入錘擊數臨界值計算公式[2]：

每個液化點液化指數計算公式為[3]：

第一遍打樁后，布置樁間土液化判別檢測孔20個，其中12個檢測孔存在液化情況，液化指數為2.23～5.10，綜合判定為，樁間土部分區域還存在輕微液化，典型存在液化情況的檢測孔標準貫入試驗液化判別成果見2。

表2 第一遍打樁后典型存在液化情況的檢測孔標準貫入試驗液化判別成果

3.2 樁體材料檢測

根據設計要求，樁體材料選用含泥量不大于5%的級配良好的砂礫石，最大粒徑不大于50 mm。由于場地附近河道內砂卵石埋藏淺，儲量豐富，可就地取材。對填料的檢測是采用現場取樣，室內土工試驗的方法。經檢測施工所用的填料為天然沉積的砂卵石，人工篩除粒徑大于50 mm的大顆粒，剩余填料粒徑大于2 mm的顆粒占總重的68%以上，其中以20 mm～40 mm粒徑相對較多，占總重的55%以上。砂卵石填料較為純凈，不含耕土、淤泥質土、雜物及有機質等，其粘粒含量可忽略不計。

4 結語

（1）通過工程實例檢驗，錘擊沉管夯擴砂石樁兼有振動、擠密、置換、夯實等多種加固效果，處理地基土液化效果明顯。

（2）錘擊沉管夯擴砂石樁處理地基土液化具有一定的優勢，樁體材料可就地取材，不受地下水腐蝕性限制，施工進度快，成本低，質量易控制。

（3）本工程設計主要消除地基土液化，對地基承載力要求低，文中未涉及對施工后的復合地基承載力效果的檢測，類似工程可進行進一步研究。