高地震烈度區(qū)嚴(yán)重液化場地地基處理應(yīng)用研究

刁慧賢

（中國電建集團(tuán)河南省電力勘測設(shè)計院有限公司， 河南 鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 巖土構(gòu)成特征

某工程場地屬于海岸堆積地貌，場區(qū)西部毗鄰應(yīng)急電廠及變電站?？睖y深度內(nèi)揭露的土層共6個主層、4個亞層，巖土工程特性如表1所示。地下水埋深較淺，低洼處到地面。工程位于地震烈度VIII度區(qū)，地震動峰值加速度為0.30g。對有代表性的孔進(jìn)行液化判別，綜合判為嚴(yán)重液化場地。液化土層為層①、層②、層②1、層③、層③1，液化最深處至14.7m。

表1 土層主要物理力學(xué)指標(biāo)推薦值

2 地基處理方案比選

全場建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)持力層主要為層②、層③或其夾層，少數(shù)坐落在層①或回填土上。由于層①～層③及其夾層均為嚴(yán)重液化土層，需進(jìn)行地基處理，全部或部分消除液化沉陷、提高地基承載力。主要對以下幾種方案進(jìn)行比選。

2.1 預(yù)制樁

工程位于地震烈度VIII度區(qū)，地震動峰值加速度為 0.30g。根據(jù)文獻(xiàn) 2第3.3.2條，不宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PC）和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁（PS）[1]。且地層中多夾雜碎石，且持力層和部分夾層標(biāo)貫擊數(shù)較大，其它形式預(yù)制樁成樁條件也較差，可能需要大面積引孔或造成斷樁或截樁，造成造價及工期浪費(fèi)。

此外，文獻(xiàn)2中5.7.5及其條文說明中明確表示，樁的水平承載力主要影響深度為樁頂以下2（d+1）（d為樁徑）[2]，本工程上部全為嚴(yán)重液化土。一方面，根據(jù)文獻(xiàn)1第4.4.3第1條規(guī)定，埋深較淺的低承臺樁基，不宜計入土或剛性地坪對水平地震作用的分擔(dān)作用。另一方面，承臺底面以上均為嚴(yán)重液化土，根據(jù)文獻(xiàn)2附錄C.0.4，低承臺底面以上全為液化土?xí)r，應(yīng)按表C.0.3-3高承臺樁基公式計算。經(jīng)計算，樁頂水平變位10mm時承擔(dān)的水平力僅約為5.35kN，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能承受地震烈度 VIII度區(qū)、基本風(fēng)壓 1.10kN/m2傳遞到樁頂?shù)乃胶奢d。其次，對柱下獨(dú)立基礎(chǔ)或墻下條形基礎(chǔ)，很難達(dá)到文獻(xiàn)1中4.4.3第3條規(guī)定的擠土樁布樁要求（2.5d～4d，且數(shù)量不少于5×5），故也不宜計入打入式預(yù)制樁對消除液化的有利影響。因此針對本工程，單獨(dú)采用預(yù)制樁方案無法滿足全部或部分消除液化的條件，液化情況下也無法滿足建筑物對水平承載力的要求。因此本工程不適合單獨(dú)采用預(yù)制樁方案。

2.2 無填料振沖

無填料振沖法可用于處理液化地基。而文獻(xiàn)4中研究表明，砂顆粒越細(xì)越容易產(chǎn)生寬廣的流態(tài)區(qū)，故對粉土或含粉粒較多的粉質(zhì)砂，振沖擠密的效果很差。本工程液化土層全為粉細(xì)砂，不宜采用無填料振沖法處理。

2.3 振沖碎石樁和強(qiáng)夯

振沖碎石樁和強(qiáng)夯兩種方案對比對下：

振沖碎石樁優(yōu)點(diǎn)為：施工速度快，樁體材料普遍。缺點(diǎn)主要是施工時污泥量較大，且造價受制于工程當(dāng)?shù)夭牧蟽r格。

強(qiáng)夯降水優(yōu)點(diǎn)為：適用范圍廣，施工難度低、施工速度快。缺點(diǎn)主要是施工時噪音及震動大，且施工時需要配合降水或截振措施。目前強(qiáng)夯法設(shè)計施工常結(jié)合已有工程經(jīng)驗(yàn)，尚沒有成熟的設(shè)計計算方法。

本工程地下水豐富，會影響強(qiáng)夯法施工工藝及夯實(shí)效果。若大范圍降水一方面造價高，另一方面有可能造成毗鄰建（構(gòu)）筑物不均勻沉降、裂縫或倒塌。此外，強(qiáng)夯法滿足規(guī)范要求的處理液化深度所需夯擊能很大，根據(jù)文獻(xiàn)3表6.3.3-1，滿足有效加固深度要求所需單擊夯擊能12000kN.m以上[3]， 施工噪音及振動極大，可能對周邊電力設(shè)施的安全運(yùn)行造成很大影響，且工程場地上層土均為粉細(xì)砂，不利于截震溝自立。而振沖碎石樁施工不需要降水，且文獻(xiàn)4中研究表明，距振沖孔中心2～3m以外時，振沖碎石樁施工產(chǎn)生的振動對周圍建筑物的影響十分輕微[4]。

綜上所述，振沖碎石樁為該電廠地基處理最優(yōu)方案。

3 振沖碎石樁幾個關(guān)鍵問題探討

3.1 樁長計算

用于液化地基的振沖碎石樁的樁長應(yīng)根據(jù)文獻(xiàn)1中4.3.6～4.3.9條文及文獻(xiàn)3中7.2.2-5條確定。以機(jī)械通風(fēng)冷卻塔為例，抗震設(shè)防類別為丙類，下部水池適應(yīng)沉降變形能力較好，考慮采用部分消除液化沉陷的措施（詳見文獻(xiàn)1中4.3.8條規(guī)定）。根據(jù)附近土層液化參數(shù)計算表（表2）,結(jié)合該區(qū)域的工程地質(zhì)剖面圖（天然地面標(biāo)高為+1.89m），按線性內(nèi)插法計算得剩余液化指數(shù)為5對應(yīng)的深度為天然地面以下7.612m。故機(jī)械通風(fēng)冷卻塔（基底絕對標(biāo)高+2.4m）部分消除液化沉陷所需理論樁長為7.612+（2.4-1.89）=8.122m，約取8.2m。

表2 土層液化參數(shù)計算表

3.2 試驗(yàn)性施工及結(jié)論分析

按樁徑Φ800mm，等邊三角形布樁，樁間距2m，有效樁長13m（液化最深處樁長），選用55kW振沖器，在有代表性場地進(jìn)行試驗(yàn)性施工。根據(jù)得到的檢測報告：試樁后復(fù)合地基承載力特征值為140kpa；單樁豎向抗壓極限承載力為137kN；但處理后液化等級仍為嚴(yán)重液化，沒有大幅度消除或減輕液化。需分析液化消除不理想的原因，調(diào)整施工或設(shè)計參數(shù)，重新進(jìn)行二次試樁。

經(jīng)多方面分析，液化消除不理想可能為以下幾個方面原因：

①試樁施工過程中缺乏對振沖器經(jīng)各深度的水壓、密實(shí)電流、留振時間等原始材料的記錄，不排除上述因素選取不當(dāng)導(dǎo)致的施工質(zhì)量不合格；

②本工程上部全為粉細(xì)砂，對樁間土做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時，不排除塌孔或清孔不徹底造成的樁間土標(biāo)貫數(shù)偏低；

③試樁時振沖器功率選擇過小，二次試樁可考慮加大振沖器功率。

④文獻(xiàn)4中經(jīng)驗(yàn)公式估算出來的樁間距可能偏大，二次試樁可考慮適當(dāng)加密樁間距；

⑤試樁圖中設(shè)計樁底標(biāo)高進(jìn)入層④1粉質(zhì)黏土，該層軟塑～可塑，具高壓縮性，標(biāo)貫數(shù)較低。這種性質(zhì)的土容易造成碎石材料在此堆積，或沿軟弱通道流失。二次試樁可提高樁底設(shè)計標(biāo)高，使樁底不進(jìn)入層④1。

⑥土層粉砂中黏粒含量為1.4%～17.3%，細(xì)砂中黏粒含量為1.3%～6.2%，不排除局部粉細(xì)砂層中黏粒含量偏高對試樁結(jié)果的影響。建議二次試樁檢測前適當(dāng)增加休止期[5]，同時對土樣做顆粒分析試驗(yàn)，核實(shí)每層土的黏粒含量及土層性質(zhì)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合具體工程對高地震烈度區(qū)嚴(yán)重液化場地上多種地基處理方案進(jìn)行對比，得出最優(yōu)方案為振沖碎石樁。接著對振沖碎石樁幾個關(guān)鍵問題進(jìn)行探討。整個過程中著重強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：

①高地震烈度區(qū)嚴(yán)重液化場地地基處理方案的確定較復(fù)雜，在多方面對比分析過程中，除了處理效果和經(jīng)濟(jì)性等因素，還應(yīng)著重考慮由擬定地基處理方案造成的對周邊建（構(gòu)）筑物的影響。防止因本工程地基處理造成周邊其他建（構(gòu)）筑物裂縫、傾斜或倒塌。

②振沖碎石樁造價與樁體材料供應(yīng)及施工機(jī)具等因素密切相關(guān)，項目前期應(yīng)做好擬建工程場地材料價格及施工機(jī)具等多因素的調(diào)研工作。

③振沖碎石樁等復(fù)合地基的設(shè)計應(yīng)將理論、經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)性施工相結(jié)合。既定方案不能脫離理論支撐，也要充分汲取類似工程經(jīng)驗(yàn)或地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，同時也要結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)性施工得出的結(jié)論，必要時進(jìn)行方案或參數(shù)調(diào)整。

④對施工及檢測單位而言，試樁及檢測過程中應(yīng)做好原始數(shù)據(jù)的觀測和記錄，方便對試樁結(jié)果進(jìn)行分析或驗(yàn)證。而對于設(shè)計單位，在進(jìn)行方案對比分析前，應(yīng)收集所有可能用到的資料，并確保資料的可靠性。