蔣學(xué)林，李武，吳火兵

錦屏3＃營(yíng)地液化地基振沖碎石樁加固處理技術(shù)

蔣學(xué)林，李武，吳火兵

（二灘水電開發(fā)公司錦屏建設(shè)管理局，四川西昌615012）

在錦屏水電站3＃營(yíng)地基礎(chǔ)加固中，應(yīng)用振沖碎石樁法加固深厚粉細(xì)砂層地基，有效提高地基承載力，明顯消除了地基土的可液化性，減少基礎(chǔ)沉降量和不均勻沉降，滿足修建多層建筑的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)該工程實(shí)例簡(jiǎn)要介紹了振沖碎石樁加固地基的設(shè)計(jì)及施工方案、施工工藝、質(zhì)量控制以及質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，實(shí)踐表明采用振沖碎石樁加固可液化地基具有快速、方便、可靠的特點(diǎn)。

振沖碎石樁；液化地基；設(shè)計(jì)；施工；檢測(cè)

1 工程概況

1．1工程基本概況

錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山州鹽源縣與木里縣交界處的雅礱江大河灣干流河段上，是雅礱江下游從卡拉至河口河段水電規(guī)劃梯級(jí)開發(fā)的龍頭水庫(kù)電站。3＃營(yíng)地為水電站建設(shè)期間的主要承包商營(yíng)地，總建筑面積約14萬(wàn)m2，營(yíng)地選址在雅礱江右岸三坪上。擬建場(chǎng)地地形基本平坦，坡度約1～3°，距錦屏一級(jí)水電站壩址區(qū)約4 km。場(chǎng)地東、南、北三面環(huán)山，平面上呈“Y”字形，雅礱江從場(chǎng)地西側(cè)二坪子前沿由南向北流過(guò)，場(chǎng)地與河面高差約380 m。

1．2工程地質(zhì)概況

建筑場(chǎng)地內(nèi)覆蓋層主要為冰川、冰水堆積物、崩坡積物、洪積堆積物和湖相沉積物，下伏基巖為（T2 -3Z）互層狀大理巖與綠片巖、鈣質(zhì)綠片巖，厚約20～70 m，巖石顏色較雜，以灰至深灰色為主，互層狀結(jié)構(gòu)。至上而下各土層特性分述如下。

第1層：耕植土（Q4ml）：主要成分為粉土、粉細(xì)砂，灰～灰白色，夾少量碎石、卵石，松散、稍濕，含植物根系，厚度0．4～0．6 m。

第2層：粉土（Q4dl＋el）：淺灰色～灰褐色，含少量圓礫，稍濕～濕，松散，局部地段含少量粘粒，韌性較好，厚度在3～5 m，該層與粉細(xì)砂層呈互層。

第3層粉細(xì)砂（Q4pl＋al）：灰色，含少量的圓礫，濕，松散到稍密，該層上部一般主要為粉細(xì)砂，下部一般含有少量粘粒，鉆探揭示該層厚度一般在7～15 m，最厚達(dá)18．5 m，埋深一般在10 m以下。

第4層：圓礫（Q4pl＋al）：粒徑一般在0．5～2 cm，成分主要為大理巖、砂巖，含少量玄武巖等，橢圓狀，含量一般在50%～70%左右，充填物主要為粉細(xì)砂，該層厚度一般在1～3 m。

第5層：碎石土（Q3pl＋al）：粒徑一般在3～6 cm，最大達(dá)到15 cm，成分主要為大理巖，局部含砂巖，次棱角～棱角狀，含量一般在50%～85%，充填物為粉細(xì)砂，粒徑一般在2～4 cm。

2 地基處理目的

根據(jù)砂層、粉土層厚度和埋深將營(yíng)地共分為4個(gè)區(qū)，即Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ區(qū)，其中Ⅰ區(qū)上覆碎石土厚度在10 m以上，Ⅱ區(qū)上覆碎石土層厚度為7～10 m，Ⅲ區(qū)上覆碎石土層厚度為5～7 m，Ⅳ區(qū)上覆碎石土層厚度小于5 m。場(chǎng)地內(nèi)Ⅲ，Ⅳ區(qū)存在深厚粉細(xì)砂層，層深度30 m未揭穿，通過(guò)計(jì)算分析該層屬于可液化土層。錦屏工程場(chǎng)地地震基本列度為Ⅶ度，相應(yīng)的基礎(chǔ)水平峰值加速度為0．15 g。本營(yíng)地建筑物設(shè)防類別均為丙類。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（50011-2001）的規(guī)定，必須對(duì)要利用的可液化土層區(qū)進(jìn)行處理，達(dá)到以下目的：

（1）消除地基土的液化可能性；

（2）提高地基土的承載力；

（3）減少地基的不均勻沉降。

3 地基處理方案選擇

根據(jù)本工程地基處理的目的和要求，設(shè)計(jì)單位對(duì)樁基礎(chǔ)法、換填法、振沖置換法（振沖碎石樁法）等進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較。針對(duì)本工程工期緊，交通極不方便，大型設(shè)備無(wú)法進(jìn)入施工區(qū)的情況，決定采用振沖碎石樁法，其施工設(shè)備簡(jiǎn)單，進(jìn)場(chǎng)容易，施工進(jìn)度快，能夠滿足設(shè)計(jì)和工程進(jìn)度要求，是比較經(jīng)濟(jì)適用的施工方法。

4 振沖碎石樁加固地基設(shè)計(jì)

4．1設(shè)計(jì)技術(shù)要求

設(shè)計(jì)要求地基處理后達(dá)到：

（1）全部或部分消除場(chǎng)地飽和粉細(xì)砂層的液化沉陷；

（2）地基承載力特征值fak≥180 kPa。

4．2振沖碎石樁的設(shè)計(jì)

4．2．1振沖碎石樁加固地基原理

振沖碎石樁加固砂層的原理：一方面依靠振沖器的強(qiáng)力震動(dòng)使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減少，密度增加；另一方面依靠振沖器的水平振動(dòng)力，使加固填料把砂層擠壓加密。

振沖碎石樁加固可液化砂層地基的主要機(jī)理是擠密作用、排水減壓作用、砂基預(yù)振效應(yīng)。

4．2．2樁位布置設(shè)計(jì)

依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）確定處理范圍及深度。

主要參數(shù)：

（1）基礎(chǔ)參數(shù)。基礎(chǔ)類型為條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深為1．5 m，基礎(chǔ)寬度為1．8 m，基礎(chǔ)覆土容重為20 kN／m3，豎向荷載為280．0 k N／m。

（2）土層參數(shù)（表1）。土層層數(shù)為3，地下水埋深為1 m，壓縮層深度為7．4 m，沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為0．4，地基承載力修正公式：

式中：ηb為基礎(chǔ)寬度地基承載力修正系數(shù)；ηd為基礎(chǔ)深度地基承載力修正系數(shù)。

承載力修正基準(zhǔn)深度do：0．500 m

表1 土層參數(shù)表Table 1 Soil stratum parameters

（3）設(shè)計(jì)參數(shù)。樁布置形式：等腰三角形，樁距1．8 m，排距1．5 m；護(hù)樁樁距2．1 m，排距1．5 m。

樁徑d：1 000 mm。

樁長(zhǎng)：基礎(chǔ)底面以下7．0 m，施工樁長(zhǎng)8．8 m。

樁體承載力特征值：400．0 kPa。

墊層厚度：300 mm。

墊層超出樁外側(cè)的距離：300 mm。

基礎(chǔ)邊緣外樁的排數(shù)（橫向）：3。

基礎(chǔ)邊緣外樁的排數(shù)（豎向）：3。

4．2．3地基承載力

經(jīng)計(jì)算，地基承載力fa＝204．5 kPa，大于附加壓力Pz和自重壓力Pcz之和123．6 kPa，復(fù)合地基承載力滿足要求。

4．2．4沉降計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，總沉降量S＝51．16 mm。

5 液化分析判斷

處理前對(duì)該場(chǎng)地進(jìn)行振沖試驗(yàn)，確定振沖參數(shù)；處理后檢測(cè)地基處理深度、承載力、標(biāo)貫擊數(shù)等是否滿足要求。即處理后基底下7 m深度內(nèi)無(wú)可液化層，視為滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)9 m以下（加上埋深）的砂土層可通過(guò)標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)一步判斷處理效果。

6 振沖施工

錦屏水電站3＃營(yíng)地采用振沖碎石樁加固地基的建筑物有宿舍、辦公樓等15棟，振沖碎石樁8 863根，總進(jìn)尺79 603．5 m，碎石墊層4 602．4 m3，工程于2005年10月8日開工，2006年1月11日全面完工。

6．1施工技術(shù)參數(shù)

工程采用BJ-75 kW振沖器施工，依據(jù)工程設(shè)計(jì)技術(shù)要求和試樁結(jié)果，確定施工技術(shù)參數(shù)為：制樁電壓為380 V，波動(dòng)超過(guò)20%不得施工，振密電流7 080 A，留振時(shí)間8～10 s，造孔水壓0．4～0．6 MPa，制樁水壓0．4～0．2 MPa，加密段長(zhǎng)度40～50 cm。

6．2施工程序

工程采用強(qiáng)迫造孔連續(xù)填料加密的施工方法，振沖樁的施工程序和方法如下。

（1）施工準(zhǔn)備。包括清理場(chǎng)地、測(cè)量放樣、碎石料準(zhǔn)備、接通水電等。

（2）施工機(jī)具就位，起吊振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位。

（3）造孔。開工高壓水泵，啟動(dòng)動(dòng)力箱子，待振沖器運(yùn)行正常之后，使振沖器緩緩貫入土中，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上30 cm，造孔速度不大于1～2 m／min。

（4）清孔。當(dāng)振沖造孔達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)開始清孔，將振沖器提出孔口，再較快從原空位貫入，使樁孔暢通，為有利于填料加密，將振沖器提升1～2次。

（5）填料加密。采用裝載機(jī)喂料為主，人工喂料為輔，按照規(guī)定的振密電流和留振時(shí)間完成一段施工，然后將振沖器提上進(jìn)行下一段次加密。

（6）重復(fù)上一步驟，自下而上，直至加密到設(shè)計(jì)要求樁頂標(biāo)高，為滿足場(chǎng)地施工和安全方面要求，該標(biāo)高以上要求用碎石料填至孔口。

6．3施工質(zhì)量控制

振沖碎石樁質(zhì)量控制關(guān)鍵是密實(shí)電流的大小、留振時(shí)間、填料量等參數(shù)。工程采用系統(tǒng)控制加密電流及留振動(dòng)時(shí)間，以減少人為因素造成的偏差。在振沖樁施工過(guò)程中，容易出現(xiàn)振沖碎石樁樁位偏移、導(dǎo)管傾斜、樁徑不足等質(zhì)量問(wèn)題，針對(duì)不同的問(wèn)題提出不同的預(yù)防控制措施。

（1）樁位偏移。嚴(yán)格樁位測(cè)量放樣和檢查復(fù)核，保證樁位符合設(shè)計(jì)要求。

（2）導(dǎo)管傾斜。為保證導(dǎo)管不傾斜，振沖器的下降速率應(yīng)嚴(yán)格控制。

（3）樁徑。及時(shí)調(diào)整參數(shù)，加大加密電流和水壓，保證填料量。

（4）填料的質(zhì)量。本工程所用填料為硬質(zhì)、抗風(fēng)化的大理巖，粒徑30～100 mm，含泥量小于5%，并儲(chǔ)備一定的石料用量，保證振沖樁連續(xù)施工。

（5）樁長(zhǎng)。振沖器導(dǎo)管每隔1 m焊一長(zhǎng)鋼筋，每隔0．5 m焊一短鋼筋，作為深度標(biāo)志，以控制樁長(zhǎng)和加密段長(zhǎng)度。

（6）根據(jù)規(guī)范要求對(duì)振沖樁的樁體密實(shí)度進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，同步進(jìn)行了大量的重動(dòng)力觸探測(cè)試，取得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 超重型觸探測(cè)試成果Table 2 Overpower penetration test data

7 振沖碎石樁加固效果

7．1振沖樁復(fù)合地基檢測(cè)

按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，項(xiàng)目業(yè)主委托第三方對(duì)振沖樁復(fù)合地基進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)方法為：在樁體中心進(jìn)行動(dòng)力觸探試驗(yàn)，對(duì)樁體密實(shí)度進(jìn)行評(píng)定；對(duì)樁間土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，評(píng)定樁間土的液化程度；對(duì)單樁進(jìn)行復(fù)合地基荷載試驗(yàn)?，F(xiàn)以管理2＃樓為例進(jìn)行分析。

7．1．1動(dòng)力觸探試驗(yàn)

對(duì)管理2＃樓23根碎石樁進(jìn)行了超重動(dòng)力觸探試驗(yàn)，成果指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

N120最小值為4擊，平均值為4．6擊。表明水振沖碎石樁身為稍～中密。

表3 N120超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)成果Table 3 Statistical data on N120overpower penetration test

7．1．2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

對(duì)管理2＃樓進(jìn)行了3孔共10次的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，其成果指標(biāo)見(jiàn)下表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表Table 4 Standard penetration test statistical data

標(biāo)準(zhǔn)貫入原位測(cè)試結(jié)果最小值為10擊，平均值為12．1擊。表明水振沖碎石樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)不小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的臨界值10擊。7．1．3復(fù)合地基檢測(cè)

試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，承壓板采用1．55 m× 1．55 m方形鋼板，試驗(yàn)分8級(jí)進(jìn)行，每級(jí)荷載為110 kN，最大壓板壓力360 kPa，為設(shè)計(jì)要求承載力的2倍。

選擇管理2＃樓的3個(gè)測(cè)樁進(jìn)行檢測(cè)，以220號(hào)樁為例，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖1。

圖1 荷載沉降關(guān)系曲線Fig．1 Loading-settlement curve

各點(diǎn)的復(fù)合地基靜載試驗(yàn)全過(guò)程正常、連續(xù)。試驗(yàn)加至最大荷載時(shí)，地基沉降趨于穩(wěn)定，復(fù)合地基承載力特征值取最大加載量的一半，即180 kPa。試點(diǎn)P-S曲線為緩變形，無(wú)明顯拐點(diǎn)，復(fù)合地基承載力特征值按S＝15．5對(duì)應(yīng)的荷載取值，但不超過(guò)最大加載量的一半。

經(jīng)上分析計(jì)算，試驗(yàn)成果見(jiàn)表5。

7．2加固效果評(píng)價(jià)

根據(jù)超重動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及復(fù)合地基靜力載荷試驗(yàn)結(jié)果，該場(chǎng)地的振沖碎石樁為稍～中密，消除了原場(chǎng)地內(nèi)松散狀的土層；振沖碎石樁處理深度為基礎(chǔ)底面下7．0 m，不小于基底面下液化土設(shè)計(jì)深度7．0 m，采用振沖碎石樁加固以后，樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)大于判別液化的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)錘擊臨界值10擊，基礎(chǔ)邊緣以外的處理寬度符合要求。綜合判斷，該地已經(jīng)消除地基液化沉陷；振沖碎石樁復(fù)合地基承載力大于180 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

表5 靜力載荷試驗(yàn)成果Table 5 Static loadingtest result

8 結(jié)語(yǔ)

錦屏水電站3＃營(yíng)地基礎(chǔ)處理的工程實(shí)踐表明，采用振沖碎石樁加固液化地基具有快速、方便、簡(jiǎn)單、可靠的優(yōu)點(diǎn)。

（1）采用振沖擠密法處理后，碎石樁與加密土體形成的復(fù)合地基能夠滿足設(shè)計(jì)要求；

（2）振沖碎石樁法較為經(jīng)濟(jì)，其施工設(shè)備簡(jiǎn)單，碎石料可以就近取材；

（3）施工進(jìn)度快，滿足3＃營(yíng)地房建工程施工進(jìn)度的要求；

（4）振沖碎石樁施工技術(shù)比較成熟，經(jīng)第三方檢測(cè)，一次性合格率100%，施工質(zhì)量可靠。

［1］中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．四川省雅礱江錦屏水電站3＃（三坪）承包商營(yíng)地巖土工程勘察報(bào)告［R］．成都：成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005．

［2］JGJ79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．

［3］GB50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［4］GB50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［5］GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］．

［6］GB94-94，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．

（編輯：曾小漢）

Vibro-replacement Stone Column Technique on Liquefied Foundation in No．3 Camp of Jingping Project

JIANG Xue-lin，LI Wu，WU Huo-bin
（EHDC Jinping Construction Management Authority，Xichang 615012，China）

The vibro-replacement stone column technique was successfully applied to the foundation reinforcement in No．3 camp of Jinping Project．After using the technique，the bearing capacity of the foundation was improved，the foundation liquation was eliminated obviously，and the settlement quantity and un-uniformity settlement value were reduced．By an illustration，the purpose，the design and construction scheme，the construction technique，the quality control and quality detection of vibro-replacement stone column were all introduced briefly．It was proved by practice that vibro-replacement stone column technique is characterized by good efficiency，convenient construction and reliable quality．

vibro-replacement stone column；liquefied foundation；design；detection

TU472．3

A

1001-5485（2009）03-0028-04

2008-11-12；

2009-01-16

蔣學(xué)林（1973-），男，四川南充人，高級(jí)工程師，主要從事巖土工程和地下工程等方面的施工、管理及研究工作，（電話）13684363460（電子信箱）Jiangxuelin＠ehdc．com．cn。