柱锤冲扩碎石桩处理液化地基土的工程实例
2015-07-08
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核心提示：柱锤冲扩碎石桩不但消除地基土的液化，也提高了地基土的承载力和均匀性，减少了沉降量，是一种造价低，施工速度快，经济效益好的地基处理方法。本文阐述了柱锤冲扩碎石桩在实际工程中的应用。
1工程概况
该工程位于廊坊市安次区某小学院内，原有平房北侧。拟建教学楼长50.0m，宽15.0m，地上2层，砖混结构，条形基础，基础埋深-1.6m。拟建物抗震设防类别为重点设防类。其南侧15m为原有教室，计划拆除，其东侧30m为居民住宅。
2场地工程地质、水文地质条件
2.1工程地质条件
场地属河流冲积平原区，土质以粘性土、粉土为主，表层为素填土，各层土工程特性如下：
①层素填土：黄色，以粉土为主，夹粉质粘土，层厚0.4m左右。
②层粉土：黄色，湿，稍密～中密，承载力特征值fak=100kPa。层厚2.8m～3.1m，层底埋深3.20m～3.50m。
③层粉土：黄灰色～灰色，湿，中密～密实，承载力特征值fak=100kPa。层厚2.0m～2.4m，层底埋深5.50m～5.80m。
④层粘土：灰色，可塑，高压缩性，夹薄层粉土，承载力特征值fak=80kPa。层厚3.5m～5.1m，层底埋深9.30m～10.60m。
⑤层粘土：灰色，可塑～软塑，中～高压缩性，夹薄层粉土，承载力特征值fak=100kPa。层厚3.2m～5.1m，层底埋深13.70m～15.00m。
⑥层粉质粘土：黄色，可塑，中压缩性，承载力特征值fak=140kPa。该层未见底，揭露土层最大厚度为5.0m。
2.2水文地质条件
场区浅层地下水属第四系松散层孔隙潜水，勘察期间实测稳定水位埋深2.3m～2.5m，相对标高-2.05m～-2.28m，水位受季节、降水等因素影响会有所升降。年变幅约1.0m。
场区浅层地下水对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性，场区浅层地下土对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。
3主要工程地质问题
依据国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），拟建场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组。场地覆盖层厚度大于50m，该场地类别为Ⅲ类，设计特征周期为0.45s。
按照《建筑抗震设计规范》第4.3.3条～第4.3.5条，用标贯法对场地水位以下20m深度范围内的②层粉土、③层粉土进行液化判别，单孔液化指数6.38～11.42，平均单孔液化指数为8.46。该场地中等液化。
4碎石桩复合地基设计
4.1设计思路
该场地土层分布较稳定，②层和③层粉土，层底埋深5.5～5.8m，平均标贯击数5.4～5.8击，地基承载力特征值100kPa，中等液化，单孔液化指数6.38～11.42，其下卧层为④层粘土，承载力特征值80kPa，土质软弱。拟建物为小学教学楼，抗震设防类别为重点设防类，场地土中等液化，应全部消除液化沉陷。
考虑到场区周边环境条件及施工设备的可行性，选用柱锤冲扩碎石桩法进行处理，处理深度超过液化土层，处理范围从基础边缘外扩5m，处理后桩间土的标准贯入锤击数不小于9击。
4.2设计参数；
⑴处理范围，按JGJ79-2012第7.2.2条及GB50011-2010第4.3.7条第5款，处理范围从基础边缘外扩5m；处理深度超过液化土层；
⑵设计桩数635根，有效桩长4.8m，保护桩长0.5m，施工桩长5.3m，平均成桩桩径不小于600mm，以穿透液化土层为原则；
⑶三角形布桩，2.0m×2.0m布桩，中间再内插一根桩。
⑷复合地基承载力验算
fspk=[1+m（n-1）]fsk
式中：fsk为处理后桩间土承载力特征值
fsk=βfkβ为经验值，根据廊坊地区经验粉土β取1.2
m为面积置换率m=0.141
n为桩土应力比，n取3.0；
则复合地基承载力特征值
fspk=[1+0.141×（3-1）]×1.2×100=153kPa
⑸单孔碎石贯入量约2.25m3，按下式计算：
V=k×h×（πd2/4）
式中：V为单孔石料贯注量
k为填料充盈系数
h为施工桩长m
⑹铺设200mm厚的碎石褥垫层，最大粒径小于30mm，夯填度0.85。
⑺填料为碎石，石料要求新鲜碎石，自然级配，最大料径不超过70mm，含泥量不超过5%，若石料被周围土体污染，应进行冲洗处理。石料须复检合格后方能使用，已经风化的石块，不能作为填料使用。
5施工流程
⑴清理平整场地，清除场地上空电线和地面障碍物；
⑵桩位放样，根据桩位平面布置图实地测放桩位，插入筷子，防止桩位偏移；
⑶桩机就位，使柱锤对准桩位；
⑷沉管成孔，用柱锤边冲孔边将套管压入土中，直至桩底设计标高；
⑸成桩，用运料车将拌合好的碎石分层填入桩孔夯实，边分层填料夯实，边将套管拔出；
⑹成桩后，桩机移至下一桩位，施工顺序宜间隔进行。
6质量检测
6.1检测要求
施工后7～14天，对桩身和桩周土进行抽样检测，对桩身采用重型动力触探试验检测，对桩间土采用标准贯入试验检测，桩间土的检测位置在由4根桩组成的四边形的中心。检测组数不少于总桩数的2%（一桩一土），桩身重型动力触探试验击数不少于4击/10cm，桩间土标贯试验击数不少于9击/30cm，满足工程设计要求后方能进行上部施工。
6.2检测结果
⑴桩身检测：成桩7天后，抽取13根桩，进行重型动力触探试验，桩身重型动力触探试验击数均不少于4击/10cm，满足工程设计要求。
⑵桩间土检测：进行13孔标准贯入试验，桩间土标贯击数均不少于9击/30cm，且击数均匀，场地液化全部消除，满足工程设计要求。
⑶承载力检测：成桩14天后，抽取4根桩，进行载荷试验，复合地基承载力特征值均大于153kPa。
⑷②层、③层粉土处理前、后标贯击数统计，见下表：
碎石桩处理前、后实测标贯击数对比表
土层编号
及名称
处理前
处理后
标贯试
验组数
实测
击数
液化
标贯试
验组数
实测
击数
液化
②层粉土
6
4～8
中等液化
13
15～18
不液化
③层粉土
6
4～7
中等液化
13
18～25
不液化
7总结
柱锤冲扩碎石桩质量主要取决于柱锤的质量、落距、分层填料量、夯填度、夯击次数和总填料量等，因此在施工过程中，应随时检查施工记录及现场施工情况，并对照预定的施工工艺标准，对每根桩进行质量评定。
该工程有震动和噪音污染，南侧原有平房有明显振动，但未产生破坏；东侧设置隔振沟，沟宽1m，深度4.0m，施工未影响东侧居民正常生活。
柱锤冲扩碎石桩不但消除了地基土液化，也提高了地基土的承载力和均匀性，减少了沉降量，是一种造价低，施工速度快，经济效益好的地基处理方法。
参考文献：
[1]李相然.土力学与地基基础[M].北京：中国电力出版社，2009.7
[2]熊锦亮.浅谈当代常用软弱地基土处理方案[J].山西建筑，2011.1.
[3]张利.公路路基软弱地基稳定性研究[D].西安建筑科技大学，2006.
[4]《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中华人民共和国住房和城乡建设部
[5]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中华人民共和国住房和城乡建设部
[6]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中华人民共和国住房和城乡建设部
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