□尚 杰 □孫福全(河南水利第一工程局)

□趙 辰(華北水利水電學(xué)院水利職業(yè)學(xué)院)

在外荷載作用下，飽和砂土地基可能從原來的固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)即液化，從而造成堤壩的破壞或地基的失穩(wěn)，造成災(zāi)害。在20世紀(jì)六、七十年代幾次大的地震如日本的新潟大地震、美國的阿拉斯加大地震、中國的唐山大地震，均因液化導(dǎo)致堤防及其他建筑物的大規(guī)模破壞。

1.工程概況

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南～黃河南鄭州一段賈魯河河渠段和賈峪河河渠段地層巖性主要為全新統(tǒng)沖積層。根據(jù)顏色和沉積韻律分上、下兩部分。全新統(tǒng)下部沖積層（alQ41）：分布于河床、漫灘及階地部位，下伏中新統(tǒng)重粉質(zhì)壤土。地層巖性為砂壤土、輕粉質(zhì)壤土，其間夾有腐殖質(zhì)、淤泥質(zhì)輕粉質(zhì)壤土和淤泥質(zhì)砂壤土、薄砂層和砂礫石透鏡體，巖性變化大。全新統(tǒng)上部沖積層（alQ42）：主要分布于賈魯河、賈峪河的河床、漫灘部位，地層巖性為黃土狀輕粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)砂壤土為主，局部夾有砂和砂礫石透鏡體，厚度變化大。場區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地下水類型為第四系松散層孔隙潛水，主要賦存于輕壤土、粉細(xì)砂、砂壤土層中?？辈炱陂g地下水位高程在98.00m以下，地下水主要接受賈魯河、賈峪河河水常年補給。

賈魯河河谷與賈峪河河谷填方段地基土為輕粉質(zhì)壤土，具有非自重輕微～中等濕陷性，最大濕陷深度8m，且具有地震液化潛勢，液化深度4m。

本段場區(qū)范圍內(nèi)的斷裂晚新世來活動性較弱，不存在發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造條件。

2.砂土地基處理的原理

2.1 砂土液化機(jī)理

飽和砂土是由砂和水組成的復(fù)合體系，在振動或荷載作用下，飽和砂土的液化取決與砂和水的特性。飽和砂層受到外力作用時，由砂與水共同承擔(dān)和傳遞，并按下式進(jìn)行分配：

式中：σ—由外力引起的總應(yīng)力；σ'—砂骨架中產(chǎn)生的應(yīng)力，成為有效應(yīng)力；μ—水中產(chǎn)生的應(yīng)力，成為超孔隙水壓力。

液化實質(zhì)是土體孔隙水壓力的積累和地基承載力逐步喪失的過程，而無粘性土的液化既受內(nèi)在條件的影響，同時又受到外界因素的制約（指動荷、水位等），因此對某一場地土體而言，如能增加密實度、改變其應(yīng)力狀態(tài)等，就可能取得滿意的抗液化處理效果。

2.2 常用可液化土處理方法

對于可液化砂層，目前成熟的處理方法較多，其中強(qiáng)夯法、振沖碎石樁法和擠密砂樁法是比較常用的集中。

2.2.1 強(qiáng)夯法又稱動力加固法，常以500～800KN·m的沖擊能量對地基上施加沖擊荷載，在地基中產(chǎn)生較大的沖擊波和動應(yīng)力，使土的強(qiáng)度提高，壓縮性降低，振動液化條件得以改善，但其影響深度有限，只能達(dá)到10m左右，且其振動強(qiáng)、噪音大，容易對臨近建筑物形成破壞和影響周圍居民的正常生活，因此該法越來越少被采用。

2.2.2 振沖碎石樁是用水力振沖器或重錘沖擠等施工工藝成孔，填以碎石，使之置換部分可液化砂土，提高地基承載力，改善振動液化條件。由于其排出大量泥漿而使環(huán)境受到污染，因此現(xiàn)在使用也是越來越少。

2.2.3 擠密砂樁是利用預(yù)沉管成孔，然后填以中粗砂，使之?dāng)D密可液化砂層，提高地基承載力，改善振動液化條件。南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南～黃河南段工程曾對該法進(jìn)行過工程試驗，驗證了擠密砂樁對砂土液化地基處理的可行性。

3.擠密砂樁在南水北調(diào)工程中的實際應(yīng)用

3.1 設(shè)計要求

賈魯河倒虹吸地質(zhì)共分5層，其中第一層以砂壤土為主，砂壤土屬于可液化地層，影響邊坡的穩(wěn)定，需要處理。賈峪河河道倒虹吸對于基礎(chǔ)位于具有可液化的輕粉質(zhì)壤土部分也要進(jìn)行處理。

為了減小砂壤土的孔隙比，提高地基承載力，降低砂壤土壓縮性，提高抗液化能力，設(shè)計要求對具有液化性砂壤土、輕粉質(zhì)壤土做擠密砂樁地基處理。

擠密砂樁地基處理設(shè)計參數(shù)如下：樁徑500mm，樁底設(shè)計高程99.94m，樁長10～12m，樁間距1.5m，正三角形布置，處理后設(shè)計臨界標(biāo)貫擊數(shù)11。

3.2 擠密砂樁施工機(jī)具的選擇

擠密砂樁施工，采用KmZ-12000A型振動沉樁機(jī)施工。用振動沉樁機(jī)將帶活瓣樁尖的與砂樁同直徑的鋼樁管沉下，灌注砂填充料，振動拔管即成。振動力控制在30～70KN，拔管速度控制在1～1.5m/min范圍內(nèi)。

3.3 測量放樣

首先采用GPS或全站儀放出A區(qū)的邊線，標(biāo)識出各個控制樁，撒石灰作標(biāo)識。在試驗區(qū)域，再把一端系有紅線繩的一次性筷子打入孔心，并對樁點按先后順序編號、記錄。

3.4 施工

3.4.1 樁位布置

樁位按設(shè)計要求等邊三角形布置，樁徑0.5m，樁中心距為1.5m。

3.4.2 樁機(jī)就位：首先檢查樁機(jī)的平整度和樁管的垂直度，檢查時采用全站儀按水平、垂直兩個方向進(jìn)行檢查，垂直度滿足設(shè)計要求，使樁尖與樁位對中，樁位偏差滿足設(shè)計要求。

3.4.3 成樁：嚴(yán)格控制樁管沉入深度，確保樁長達(dá)到設(shè)計要求。

3.4.4 灌砂：樁管達(dá)到設(shè)計標(biāo)高時，開始上料，上料時控制灌砂量，按照設(shè)計砂量的1.1～1.4倍進(jìn)行灌入，若樁管中一次裝不下所要灌入的全部砂量，可以在振動過程中補足。若地面沉或隆起時，可適當(dāng)增加或減少砂量。

3.4.5 拔管、樁管下沉：第一次把樁管提升50～100cm，提升時樁尖自動打開，樁管內(nèi)砂料流入孔內(nèi)。樁管按規(guī)定速度降落樁管，振動擠壓15～20s（觀察料斗中砂料的變化，如砂料不減少，說明樁尖沒打開，要繼續(xù)提升樁管，直到樁尖打開為止）。

3.4.6 沉樁過程中的振動擠密：每次提升樁管50cm，擠壓時間為樁管難以下沉為宜，如此反復(fù)升降壓拔樁管，直至所灌砂將地基擠密。

3.4.7 完成該樁灌砂量，樁管提至地面，樁管移到下一樁位。

4.實際處理結(jié)果

通常標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)和靜力觸探比貫入阻力是判別砂土是否可液化的指標(biāo)，因此，在擠密砂樁施工前后，試驗段均進(jìn)行了標(biāo)貫和觸探試驗?？紤]到國標(biāo)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB5011-2001）推薦利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別砂土液化，本文采用國標(biāo)方法進(jìn)行試驗成果整理如下：

表1 擠密砂樁施工前后標(biāo)貫結(jié)果分析結(jié)果表

在擠密砂樁加固范圍內(nèi)，處理前平均擊數(shù)為10.4，處理后平均擊數(shù)為17.4，每層標(biāo)貫擊數(shù)均大于臨界值，且大于設(shè)計要求的11擊。這反映了經(jīng)過處理后，砂樁的擠密效果很明顯，大幅度提高了地基強(qiáng)度，砂土層達(dá)到中等密實以上。

5.結(jié)語

通過擠密砂樁在南水北調(diào)中線工程鄭州1-1標(biāo)中的應(yīng)用，通過對擠密砂樁處理前后標(biāo)準(zhǔn)灌入試驗和靜力觸探試驗結(jié)果分析，表明擠密砂樁對加固軟弱土層有較好的效果，非常適合在本工程中進(jìn)行使用。

[1]魯曉兵，談慶明，王淑云，張金來.飽和砂土液化研究新進(jìn)展[J].北京：力學(xué)進(jìn)展，2004（2）.

[2]尹為才.高等級公路砂土液化路基處理措施分析研究[J].四川：四川建材，2008（3）.

[3]鄭東.軟土地基處理施工工藝及質(zhì)量檢驗方法研究.西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文.

[4]何志良.擠密砂樁處理軟土地基施工工藝及質(zhì)量控制[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2009（17）.

[5]張銘銘.擠密砂樁和袋裝砂井在軟基處理中的比較[J].路基工程，2008（1）.

[6]張全文，陳立軍，楊波.擠密砂樁加固鐵路軟基的應(yīng)用[J].路基工程，2008（2）.