振動沉管碎石樁消除液化作用與設(shè)計

振動沉管碎石樁消除液化作用分析與設(shè)計摘要：碎石樁技術(shù)我國從70年代開始應(yīng)用于加固可液化土層，逐漸發(fā)展成為一種應(yīng)用廣泛的抗震防液化加固手段，其有效性已得到實際地震的證實。關(guān)鍵詞：地基處理；振動沉管碎石樁；孔隙比；液化；標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)前言碎石樁技術(shù)我國從70年代開始應(yīng)用于加固可液化土層，逐漸發(fā)展成為一種應(yīng)用廣泛的抗震防液化加固手段，其有效性已得到實際地震的證實。振動沉管碎石樁是近十幾年來在擠密砂樁和振沖樁的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的地基處理新技術(shù)。實際上，振動沉管法施工，對地基有振密和擠密雙重作用，而且地面下沉，施工后地面平均下沉量可達(dá)100～300mm，地基處理效果明顯。它具有設(shè)備簡單、操作方便、節(jié)省三材、成本低、施工快、無污染等特點,因此被工程界廣泛使用,積累了一定的工程經(jīng)驗。振動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。地基液化的成因及判定飽和松散的砂土地基，其本身有很大的的震密性，當(dāng)遇到強大的地震力作用時，土的孔隙要減小。但因短時間內(nèi)充滿土孔隙中的水難以實時排出，土孔隙無法減小，土骨架呈松馳狀態(tài)，土粒間的有效應(yīng)力逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌紫端畨毫?，隨著振動的持續(xù)作用，土中超孔隙水壓力不斷地聚集、提高，當(dāng)其值達(dá)到相應(yīng)的固結(jié)壓力，土粒呈懸浮狀態(tài)，土粒間有效應(yīng)力幾乎減小為零，地基土驟然喪失抗剪強度和承載能力，土體變?yōu)檎硿后w，并出現(xiàn)噴沙冒水等現(xiàn)象，即產(chǎn)生液化。當(dāng)產(chǎn)生液化時，地基的承載力將會大大降低，對其上的工程造成巨大的破壞作用。金漢綠港家園BS3公建擬建場地原為小東莊村東北側(cè)的村邊，在地貌上位于潮白河故道及其河漫灘范圍內(nèi)。擬建場地工程勘察20m范圍內(nèi)含細(xì)砂填土、粉砂填土①2層、粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土②1層，細(xì)砂、粉砂②2層及細(xì)砂、粉砂③1層，具有液化的可能性。地質(zhì)勘查報告中，計算的代表性鉆孔的液化指數(shù)參見表1。表1逼鉆孔編號起82#尿86#算89#臭92#肥96#蘭100#限103#愧109#輩110#助113#盆液化指數(shù)按1.7稍0.5及5.1嗎4.1破5.0簽3.3貨2.1宜4.8遍5.2切12.7鼠鉆孔編號寇114#矛115#小117#燭125#療129#屬131#閘133#茂141#弟142#炸145#號液化指數(shù)檢13.8卡6.8獲1.7墓9.9梯15.6壤9.0蜓3.9軌5.5嬌10.9們9.2根據(jù)上述條件及地勘報告試驗數(shù)據(jù)判定如下：在地震烈度為8度且當(dāng)?shù)叵滤坏竭_(dá)鉆探期間自然地面的條件考慮時，擬建場地范圍內(nèi)分布的人工堆積之細(xì)砂填土、粉砂填土①2層及新近沉積的粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土②1層，細(xì)砂、粉砂②2層及細(xì)砂、粉砂③1層將會發(fā)生地震液化。加固機理3.1擠密作用振動沉管碎石樁在成樁過程中樁管對周圍砂層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，使樁周圍的土粒重新排列密實，孔隙比減小，密實度增大，這就是擠密作用。且在樁孔中填大粗骨料后，干密度和內(nèi)摩擦角增大，土的物理力學(xué)性能得到改善，使地基土承載力大幅度提高，抗液化的性能得到改善。3.2排水降壓作用振動沉管碎石樁加固砂土?xí)r，樁孔內(nèi)填充碎石，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水通道，使樁間土產(chǎn)生的振動超孔隙水壓力的水迅速地由碎石樁體排出，土中孔隙水壓力亦隨之減小，難以聚集提高，從而消除或減小液化的可能性。3.3預(yù)震效應(yīng)振動沉管碎石樁在成孔及成樁時，振動錘的強烈振動，使填入料和地基土在擠密的同時獲得強烈的預(yù)震，對砂土增強抗液化能力是極為有利的。設(shè)計方法孕由于碎石樁復(fù)比合地基的加固芒機理比較復(fù)雜拜，兼有加密、貫排水減壓和減類震三種作用，壁因此其抗液化低設(shè)計和檢驗有成一定的困難。拘目前，采用碎揭石樁加固可液冬化地基仍處在校一個經(jīng)驗性的躍階段，具體的肌設(shè)計方案和檢濾驗方法往往存繪在著一定的保銷守性。膚碎義石樁處理松砂艙地基的效果受遺地層、土質(zhì)、厭施工機械、施室工方法、填討碎超石的性質(zhì)和數(shù)觸量、賄碎據(jù)石樁排列和間斗距等多種因素跡的綜合影響，蹈較為復(fù)雜。國驟內(nèi)外雖已有不嗓少實踐，并曾毛進(jìn)行了一些試到驗研究，積累槳了一些資料和類經(jīng)驗，但是有堂關(guān)設(shè)計參數(shù)如破樁距、灌砂石戴量以及施工質(zhì)沖量的控制等仍掀須通過施工前嚷的現(xiàn)場試驗才俘能確定。癢目前國內(nèi)采用役的碎石樁復(fù)合探地基抗液化設(shè)楊計方法主要有革兩種：一是仍騾然按承載力要泉求進(jìn)行設(shè)計，臭由復(fù)合地基要買求達(dá)到的承載曠力標(biāo)準(zhǔn)值就可朱以推求樁土置命換率，進(jìn)而可續(xù)以確定樁間距弓，然后按照《灰建筑抗震設(shè)計糾規(guī)范熟》掛GB5001番1-200拍1鄰中的標(biāo)準(zhǔn)貫入港試驗方法進(jìn)行魂樁間土的抗液京化校核，若樁法間土的標(biāo)貫錘轉(zhuǎn)擊數(shù)大于由規(guī)待范計算出的臨努界口值抓督，則設(shè)計滿足醉要求，否則修饒改設(shè)計方案，改使其達(dá)到抗液扣化要求。二是塞按照抗液化要乞求進(jìn)行設(shè)計，捎這里只考慮了地碎石樁的加密路作用，而將其慨它抗液化作用我作為安全儲備釋。眨金漢綠港家嘆園境BS客3灰公建按照上述弱第一種方法進(jìn)釋行進(jìn)行計算。悼本工程幅擬估采用三授角形布樁，饑為了滿足試驗憐及檢測要求，值根據(jù)《建筑地茄基處理技術(shù)規(guī)圖范》艦試驗樁的數(shù)量孤取遭7那個（即中折間解1良個周蘋圍亦6鹿個）摩，進(jìn)行煤單樁承載力試壽驗。慰經(jīng)試樁確定除樁體承載力特簽征值碑為稻562愛kPa促，晶按脆②綢層復(fù)合地基承微載力特征值計擦算樁距，根據(jù)準(zhǔn)《建筑地基處拒理技術(shù)規(guī)范》知中計算式：養(yǎng)f恒spkQUOTE抽=mQUOTE亡f唯pk財+(1-m)QUOTE柳f稍skm=QUOTE/QUOTE祖式勺中似QUOTE線f大spk槍----顛復(fù)合地基承載雄力特征值誕(拍kPa)布，取棉15擺0kPa飾；QUOTE商f油pk該----壽樁體承載力特誕征高值曬(kPa)證，宜通過單樁滅荷載試驗確定查，取會5啟62媽kPa堪；QUOTE響f恨sk蛛----輛處理后樁間土互承載力特征若值罵(kPa關(guān))滔，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)足驗取值，如無開經(jīng)驗時，可取瓜天然地基承載晶力特征值今，敵取符110kPa讀；勾m營----佛樁土面積置換厘率嗽；孝d暑----蘇樁身平均直徑厚（槐m隔）宗；六----夕一根樁分擔(dān)的濱處理地基面積碌的等效圓直徑購。差等邊三角形布歌樁委=1.05s念（飼s健為碎石樁間距雞）尖將上述數(shù)值代囑入公式，經(jīng)計弟算得漫樁間距樂1.蛛6烈m仍，工程實際樁亞間距取值為探1.永6改m瘡。抹按照《建筑抗染震設(shè)計規(guī)范犬》芳GB5001樓1-200直1并中的標(biāo)準(zhǔn)貫入搭試驗方法進(jìn)行遲樁間土的抗液租化校核僅：=)神式中眉：外---曲-亦液化判別標(biāo)準(zhǔn)變貫入錘擊數(shù)臨糖界擔(dān)值荷;蹲---病-詳液化判別標(biāo)準(zhǔn)盜貫入錘擊數(shù)基伐準(zhǔn)值，按照妖表慘2多取值獸;怎----初地下水位深度火（手m好），宜按照設(shè)脆計基準(zhǔn)期內(nèi)年拍平均最高水位梳采用，也可按勺近期內(nèi)年最高輸水位采用慧，本場地桂取姓9.1執(zhí);康----寒粘粒含量百分櫻率，當(dāng)小健于如3刊或為砂土?xí)r，毯應(yīng)采讓用掌3趁。表2督設(shè)計地震分組燙7膛度執(zhí)8柏度悼9燥度恐第一組密6燙（輸8雅）魯1粘0笑（毯1退3授）桂16掛第二、三組孕8販（磨1墨0要）值1所2守（癢1捕5精）常18辟注：北京地區(qū)楊采用第一組卻，摔8某度，取液化判賄別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘瓣擊數(shù)基準(zhǔn)禁值雹1卷0澤。滿將上述數(shù)據(jù)代跡入公式可得液鵲化判別標(biāo)準(zhǔn)貫戚入錘擊數(shù)臨界燕值薦為準(zhǔn)14.鹿9讓。遣經(jīng)上述計算，米金漢綠港家踏園裳BS坑3嫩公建終，承載力替15鬼0kP叢a咐區(qū)域，嘗先開挖至設(shè)計丑深度，局部未寬達(dá)到設(shè)計的持核力層予部位羨，繼續(xù)開挖，場直到挖至人工宿堆積層以下為夫新近沉積的粉拌質(zhì)粘土、重粉灣質(zhì)粘此土皆②濁層頂板下緞20cm配，然后用粉質(zhì)旬粘土分層碾壓版回填至設(shè)計樁封頂標(biāo)高，要求明回填土壓實系僚數(shù)不小勾于怨0.9藏4教。擠振動沉管適碎石樁設(shè)計參饒數(shù)如下：姨樁徑：咬500mm頭樁長：采用不催定樁長設(shè)計，瘡以進(jìn)麻入楚③硬層中、細(xì)砂賀1m聞為終孔原則澆樁距：賴1羨6壁00mm蟲布樁形式：等段邊三角形布樁膚平面布置形式朗：呈正三角形肥布置私抗液化效果檢渴驗：喇振動沉管漂碎石樁加固處村理后，經(jīng)一定病的恢復(fù)期，地徹基土標(biāo)貫擊數(shù)欣均大知于朵1此5塌擊，滿足設(shè)計婦要求，達(dá)到抗仆液化效果。起振動碎石樁克處理可液化地點層時，按標(biāo)準(zhǔn)謠貫人擊數(shù)來衡囑量砂性土的抗蝶液化性，使貿(mào)碎租石樁處理后的頌地基實測標(biāo)準(zhǔn)烤貫入擊數(shù)大于粒臨界貫入擊數(shù)氧。這種液化判漂別方法只考慮位了樁間土的抗匪液化能力，而真未考慮砂石樁南的作用，因而拉在設(shè)計上是偏冬于安全的。效益分析州（射1儲）榴與傳統(tǒng)的振動不沖孔碎石樁施著工方法相比，嫌因振動沖孔碎睬石樁是沖孔之省后，直接向土香孔內(nèi)投碎石；伸而睡振動沉管翻法為向沉管中崗?fù)端槭?，減少魂了沖孔器的提災(zāi)升距離和頻率影，大大提高了醒施工進(jìn)度，工歷序合理，提高險工效另。捎纏（照2境）肚與傳統(tǒng)的振動獻(xiàn)沖孔碎石樁施增工方法相比，軍因振勸沉管擠畝密法在沉管中飲完成碎石的投貸入，有效地防筋止了塌孔及斷泄樁事故發(fā)生；睡且碎石在沉管嫩中振實擠密，味樁徑得到了有最效控制，垂直攝度有保障，施賠工過程更簡便的，施工質(zhì)量也層更加容易控制籍，節(jié)約材料字及走勞動力閑成本并。呀補（搭3隱）淡與排水固結(jié)法乖相比，加固期竄短，可以采用肺快速連續(xù)加載高方法施工，對弓縮短工期十分鑼有利，且易就嘉地取材，經(jīng)濟(jì)冠效益明顯減。京炸（成4殘）馬充分利用天然宅材料，無污染路，社會效益顯眉著。參考文獻(xiàn)唉［忘1臥］佳GB5001蔽1-200肺1勵，建筑抗震設(shè)組計規(guī)室范資.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