振動(dòng)沉管碎石樁消除液化作用與設(shè)計(jì)

振動(dòng)沉管碎石樁消除液化作用分析與設(shè)計(jì)摘要：碎石石樁技術(shù)我國(guó)國(guó)從70年代開(kāi)始應(yīng)應(yīng)用于加固可可液化土層，逐逐漸發(fā)展成為為一種應(yīng)用廣廣泛的抗震防防液化加固手手段，其有效效性已得到實(shí)實(shí)際地震的證證實(shí)。關(guān)鍵詞：地基處處理；振動(dòng)沉沉管碎石樁；；孔隙比；液液化；標(biāo)準(zhǔn)貫貫入錘擊數(shù)前言碎石樁技術(shù)我國(guó)國(guó)從70年代開(kāi)始應(yīng)應(yīng)用于加固可可液化土層，逐逐漸發(fā)展成為為一種應(yīng)用廣廣泛的抗震防防液化加固手手段，其有效效性已得到實(shí)實(shí)際地震的證證實(shí)。振動(dòng)沉沉管碎石樁是是近十幾年來(lái)來(lái)在擠密砂樁樁和振沖樁的的基礎(chǔ)上發(fā)展展起來(lái)的地基基處理新技術(shù)術(shù)。實(shí)際上，振振動(dòng)沉管法施施工，對(duì)地基基有振密和擠擠密雙重作用用，而且地面面下沉，施工工后地面平均均下沉量可達(dá)達(dá)100～300mmm，地基處理理效果明顯。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、節(jié)省三材、成本低、施工快、無(wú)污染等特點(diǎn),因此被工程界廣泛使用,積累了一定的工程經(jīng)驗(yàn)。振動(dòng)碎石樁適用于處理松散砂土、粉土、素填土、雜填土、粘性土、濕陷性黃土等地基,在飽和粘性土地基上主要用以變形控制的工程。地基液化的成因因及判定飽和松散的砂土土地基，其本本身有很大的的的震密性，當(dāng)當(dāng)遇到強(qiáng)大的的地震力作用用時(shí)，土的孔孔隙要減小。但但因短時(shí)間內(nèi)內(nèi)充滿土孔隙隙中的水難以以實(shí)時(shí)排出，土土孔隙無(wú)法減減小，土骨架架呈松馳狀態(tài)態(tài)，土粒間的的有效應(yīng)力逐逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌紫端畨毫α?，隨著振動(dòng)動(dòng)的持續(xù)作用用，土中超孔孔隙水壓力不不斷地聚集、提提高，當(dāng)其值值達(dá)到相應(yīng)的的固結(jié)壓力，土土粒呈懸浮狀狀態(tài)，土粒間間有效應(yīng)力幾幾乎減小為零零，地基土驟驟然喪失抗剪剪強(qiáng)度和承載載能力，土體體變?yōu)檎硿阂后w，并出現(xiàn)現(xiàn)噴沙冒水等等現(xiàn)象，即產(chǎn)產(chǎn)生液化。當(dāng)當(dāng)產(chǎn)生液化時(shí)時(shí)，地基的承承載力將會(huì)大大大降低，對(duì)對(duì)其上的工程程造成巨大的的破壞作用。金漢綠港家園BBS3公建擬建場(chǎng)場(chǎng)地原為小東東莊村東北側(cè)側(cè)的村邊，在在地貌上位于于潮白河故道道及其河漫灘灘范圍內(nèi)。擬擬建場(chǎng)地工程程勘察20m范圍內(nèi)含細(xì)細(xì)砂填土、粉粉砂填土①2層、粘質(zhì)粉粉土、砂質(zhì)粉粉土②1層，細(xì)砂、粉粉砂②2層及細(xì)砂、粉粉砂③1層，具有液液化的可能性性。地質(zhì)勘查報(bào)告中中，計(jì)算的代代表性鉆孔的的液化指數(shù)參參見(jiàn)表1。表1鉆孔編號(hào)82#86#89#92#96#100#103#109#110#113#液化指數(shù)1.70.55.14.15.03.32.14.85.212.7鉆孔編號(hào)114#115#117#125#129#131#133#141#142#145#液化指數(shù)13.86.81.79.915.69.03.95.510.99.2根據(jù)上述條件及及地勘報(bào)告試試驗(yàn)數(shù)據(jù)判定定如下：在地震烈度為88度且當(dāng)?shù)叵孪滤坏竭_(dá)鉆鉆探期間自然然地面的條件件考慮時(shí)，擬擬建場(chǎng)地范圍圍內(nèi)分布的人人工堆積之細(xì)細(xì)砂填土、粉粉砂填土①2層及新近沉沉積的粘質(zhì)粉粉土、砂質(zhì)粉粉土②1層，細(xì)砂、粉粉砂②2層及細(xì)砂、粉粉砂③1層將會(huì)發(fā)生生地震液化。加固機(jī)理3.1擠密作用用振動(dòng)沉管碎石樁樁在成樁過(guò)程程中樁管對(duì)周周圍砂層產(chǎn)生生很大的橫向向擠壓力，使使樁周圍的土土粒重新排列列密實(shí)，孔隙隙比減小，密密實(shí)度增大，這這就是擠密作作用。且在樁樁孔中填大粗粗骨料后，干干密度和內(nèi)摩摩擦角增大，土土的物理力學(xué)學(xué)性能得到改改善，使地基基土承載力大大幅度提高，抗抗液化的性能能得到改善。3.2排水降壓壓作用振動(dòng)沉管碎石樁樁加固砂土?xí)r時(shí)，樁孔內(nèi)填填充碎石，在在地基中形成成滲透性能良良好的人工豎豎向排水通道道，使樁間土土產(chǎn)生的振動(dòng)動(dòng)超孔隙水壓壓力的水迅速速地由碎石樁樁體排出，土土中孔隙水壓壓力亦隨之減減小，難以聚聚集提高，從從而消除或減減小液化的可可能性。3.3預(yù)震效應(yīng)應(yīng)振動(dòng)沉管碎石樁樁在成孔及成成樁時(shí)，振動(dòng)動(dòng)錘的強(qiáng)烈振振動(dòng)，使填入入料和地基土土在擠密的同同時(shí)獲得強(qiáng)烈烈的預(yù)震，對(duì)對(duì)砂土增強(qiáng)抗抗液化能力是是極為有利的的。設(shè)計(jì)方法由于碎石樁復(fù)合合地基的加固固機(jī)理比較復(fù)復(fù)雜，兼有加加密、排水減減壓和減震三三種作用，因因此其抗液化化設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)驗(yàn)有一定的困困難。目前，采采用碎石樁加加固可液化地地基仍處在一一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的的階段，具體體的設(shè)計(jì)方案案和檢驗(yàn)方法法往往存在著著一定的保守守性。碎石樁處理松松砂地基的效效果受地層、土土質(zhì)、施工機(jī)機(jī)械、施工方方法、填碎石的性質(zhì)和和數(shù)量、碎石樁排列和和間距等多種種因素的綜合合影響，較為為復(fù)雜。國(guó)內(nèi)內(nèi)外雖已有不不少實(shí)踐，并并曾進(jìn)行了一一些試驗(yàn)研究究，積累了一一些資料和經(jīng)經(jīng)驗(yàn)，但是有有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)如樁距、灌灌砂石量以及及施工質(zhì)量的的控制等仍須須通過(guò)施工前前的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)才能確定。目前國(guó)內(nèi)采用的碎石樁復(fù)合地基抗液化設(shè)計(jì)方法主要有兩種：一是仍然按承載力要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，由復(fù)合地基要求達(dá)到的承載力標(biāo)準(zhǔn)值就可以推求樁土置換率，進(jìn)而可以確定樁間距，然后按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2001中的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)方法進(jìn)行樁間土的抗液化校核，若樁間土的標(biāo)貫錘擊數(shù)大于由規(guī)范計(jì)算出的臨界值，則設(shè)計(jì)滿足要求，否則修改設(shè)計(jì)方案，使其達(dá)到抗液化要求。二是按照抗液化要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里只考慮了碎石樁的加密作用，而將其它抗液化作用作為安全儲(chǔ)備。金漢綠港家園BBS3公建按照上上述第一種方方法進(jìn)行進(jìn)行行計(jì)算。本工工程擬采用三三角形布樁，為為了滿足試驗(yàn)驗(yàn)及檢測(cè)要求求，根據(jù)《建建筑地基處理理技術(shù)規(guī)范》試驗(yàn)樁的數(shù)量取7個(gè)（即中間1個(gè)周圍6個(gè)），進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)。經(jīng)試樁確定樁體承載力特征值為562kPa，按②層復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算樁距，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中計(jì)算式：fspkQUOTE=mQUOTEffpk+(1--m)QUOTEfskm=QUOTE/QUOTE式中QUOTEfsppk----復(fù)合地基承承載力特征值值(kPa)，取150kPPa；QUOTEfpk-----樁體承載力力特征值(kPaa)，宜通過(guò)單單樁荷載試驗(yàn)驗(yàn)確定，取562kPPa；QUOTEfsk-----處理后樁間間土承載力特特征值(kPa)，宜按當(dāng)?shù)氐亟?jīng)驗(yàn)取值，如如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可可取天然地基基承載力特征征值，取110kPPa；m----樁土土面積置換率率；d----樁身身平均直徑（m）；----一根樁樁分擔(dān)的處理理地基面積的的等效圓直徑徑。等邊三角形布樁樁=1.055s（s為碎石樁間間距）將上述數(shù)值代入入公式，經(jīng)計(jì)計(jì)算得樁間距距1.6m，工程實(shí)際際樁間距取值值為1.6m。按照《建筑抗震震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500011-20001中的標(biāo)準(zhǔn)貫貫入試驗(yàn)方法法進(jìn)行樁間土土的抗液化校校核：=)式中：-----液化判別標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊擊數(shù)臨界值;----液化判判別標(biāo)準(zhǔn)貫入入錘擊數(shù)基準(zhǔn)準(zhǔn)值，按照表表2取值;----地下水水位深度（m），宜按照照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期期內(nèi)年平均最最高水位采用用，也可按近近期內(nèi)年最高高水位采用，本本場(chǎng)地取9.1;----粘粒含含量百分率，當(dāng)當(dāng)小于3或?yàn)樯巴習(xí)r時(shí)，應(yīng)采用3。表2設(shè)計(jì)地震分組7度8度9度第一組6（8）10（13）16第二、三組8（10）12（15）18注：北京地區(qū)采采用第一組，8度，取液化化判別標(biāo)準(zhǔn)貫貫入錘擊數(shù)基基準(zhǔn)值10。將上述數(shù)據(jù)代入入公式可得液液化判別標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)數(shù)臨界值為14.9。經(jīng)上述計(jì)算，金金漢綠港家園園BS3公建，承載載力150kPPa區(qū)域，先開(kāi)開(kāi)挖至設(shè)計(jì)深深度，局部未未達(dá)到設(shè)計(jì)的的持力層部位位，繼續(xù)開(kāi)挖挖，直到挖至至人工堆積層層以下為新近近沉積的粉質(zhì)質(zhì)粘土、重粉粉質(zhì)粘土②層頂板下20cm，然后用粉粉質(zhì)粘土分層層碾壓回填至至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)標(biāo)高，要求回回填土壓實(shí)系系數(shù)不小于0.94。振動(dòng)沉管管碎石樁設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)如下：：樁徑：500mmm樁長(zhǎng)：采用不定定樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)，以以進(jìn)入③層中、細(xì)砂1m為終孔原則則樁距：16000mm布樁形式：等邊邊三角形布樁樁平面布置形式：：呈正三角形形布置抗液化效果檢驗(yàn)驗(yàn)：振動(dòng)沉管管碎石樁加固固處理后，經(jīng)經(jīng)一定的恢復(fù)復(fù)期，地基土土標(biāo)貫擊數(shù)均均大于15擊，滿足設(shè)設(shè)計(jì)要求，達(dá)達(dá)到抗液化效效果。振動(dòng)碎碎石樁處理可可液化地層時(shí)時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)貫貫人擊數(shù)來(lái)衡衡量砂性土的的抗液化性，使使碎石樁處理后后的地基實(shí)測(cè)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊擊數(shù)大于臨界界貫入擊數(shù)。這這種液化判別別方法只考慮慮了樁間土的的抗液化能力力，而未考慮慮砂石樁的作作用，因而在在設(shè)計(jì)上是偏偏于安全的。效益分析（1）與傳統(tǒng)的的振動(dòng)沖孔碎碎石樁施工方方法相比，因因振動(dòng)沖孔碎碎石樁是沖孔孔之后，直接接向土孔內(nèi)投投碎石；而振振動(dòng)沉管法為為向沉管中投投碎石，減少少了沖孔器的的提升距離和和頻率，大大大提高了施工工進(jìn)度，工序序合理，提高高工效。（2）與傳統(tǒng)的的振動(dòng)沖孔碎碎石樁施工方方法相比，因因振勸沉管擠擠密法在沉管管中完成碎石石的投入，有有效地防止了了塌孔及斷樁樁事故發(fā)生；；且碎石在沉沉管中振實(shí)擠擠密，樁徑得得到了有效控控制，垂直度度有保障，施施工過(guò)程更簡(jiǎn)簡(jiǎn)便，施工質(zhì)質(zhì)量也更加容容易控制，節(jié)節(jié)約材料及勞動(dòng)力成本。（3）與排水固固結(jié)法相比，加加固期短，可可以采用快速速連續(xù)加載方方法施工，對(duì)對(duì)縮短工期十十分有利，且且易就地取材材，經(jīng)濟(jì)效益益明顯。（4）充分利用用天然材料，無(wú)無(wú)污染，社會(huì)會(huì)效益顯著。參考文獻(xiàn)［1］GB500011-22001，建筑抗震震設(shè)計(jì)規(guī)范.中國(guó)建筑工工業(yè)出版社.20022.［2］JGJ779-20002，建筑地基基處理技術(shù)規(guī)規(guī)范.中國(guó)建筑工工業(yè)出版社.20022.［3］20066技20