劉瑞鵬

（山西省水利發(fā)展中心 山西太原030002）

0 引言

振沖碎石樁一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減少；另一方面依靠振動器的水平振力，通過填料使砂層擠壓加密，從而提高地基承載力和地基壓縮模量，消除地基液化[1]。

1 工程概況

某水閘工程采用振沖碎石樁進行地基處理。振沖碎石樁采用等邊三角形布置，樁徑80 cm，樁距2 m，樁端伸至不液化土層。處理后，復合地基承載力不小于210 kPa，地基液化消除。

2 地質(zhì)概述

地層巖性主要為全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal），上部為粉土質(zhì)砂、含細粒土砂，局部夾低液限粉土層，結(jié)構(gòu)松散，厚10.5～15.8 m，下部為低液限粉（黏）土層，厚度大于9 m。本地區(qū)地震烈度為8 度，地震動峰值加速度為0.20 g，液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值N0為10。蓄水后地基處于飽和狀態(tài)，地基粉土質(zhì)砂、含細粒土砂層為液化土層。

3 工藝試驗

3.1 材料選擇

振沖碎石樁填料宜選用質(zhì)地堅硬的石料，不能用風化或半風化的石料。本工程采用天然卵石，含泥量不大于5%，粒徑范圍為20～200 mm。

3.2 設備選擇

地基振密效果與振沖器性能密切相關(guān)，振動力越大，影響距離越大，但過大的振動力不能有效增加過渡區(qū)、擠密區(qū)。為保證振沖碎石樁擠密效果及樁體直徑，根據(jù)水利工程振沖碎石樁實踐經(jīng)驗，擬定振沖器為ZCQ75 振沖器。

3.3 工藝參數(shù)擬定

鑒于地層巖性變異性大，地基處理效果差異大，為驗證地基處理設計參數(shù)及施工工藝合理性，選取與工程地基地質(zhì)情況相近區(qū)域作為試驗段。工藝試驗分為3 組，每組4 排，每排3 根樁，共36 根樁。振沖碎石樁試樁采用等邊三角形布置，樁距2 m。試樁布置見圖1。

圖1 試樁布置示意圖

根據(jù)振沖碎石樁施工經(jīng)驗，結(jié)合本工程的地質(zhì)特性，填料采用孔口連續(xù)填料，以加密電流、留振時間與加密段長度作為控制標準，填料量作為參考值。擬定的振沖碎石樁工藝參數(shù)見表1。

表1 振沖碎石樁工藝參數(shù)

3.4 施工流程

1）測量放線：按照設計圖紙結(jié)合現(xiàn)場測量設備，編制放樣手簿；每隔10 m 采用全站儀進行控制測量，放出控制點，并設置標志；控制點之間樁位采用鋼尺量測，并打方木樁做標記，樁位放樣偏差不得大于100 mm。同時，采用水準儀測量各樁位的高程。

2）施工機具就位：采用汽車吊將振動器中心對準樁位，偏差不大于100 mm，啟動水泵，待振沖器下端出水口出水后，啟動振沖器，檢查水壓、電壓及空載電流。

3）造孔：啟動起吊機械，使振沖器以1～2 m/min的速度下沉。造孔過程中控制造孔水壓，使振沖器保持鉛直，并觀察電流的變化，根據(jù)電流變化情況調(diào)整振沖器下沉速度，電流的最大值不得超過電機的額定電流。造孔深度應超過設計樁底高程30～50 cm。

4）填料加密及成樁：采用裝載機連續(xù)向孔口填入卵石，邊填料邊振動加密，樁體加密應從設計樁底標高開始，當振沖器電機電流逐步穩(wěn)定且達到加密電流6～8 s 后，提升振沖器50 cm，如此反復提升振沖器，自下而上逐段振沖加密，不得漏振，直至達到設計樁頂1 m 以上。振沖加密過程中，嚴格控制加密水壓。

5）移位：關(guān)閉振沖器及水泵，將振沖器轉(zhuǎn)移至下一樁位，重復進行造孔、填料加密及成樁施工。

3.5 質(zhì)量檢測

振沖碎石樁施工結(jié)束并經(jīng)過15 天恢復期后，采用開挖檢查、標準貫入試驗、重型動力觸探試驗及復合地基靜載試驗相結(jié)合的方法，對振沖碎石樁實體質(zhì)量進行了檢測。鑒于開挖檢查、標準貫入及重型動力觸探試驗檢測成本低、檢測頻次高，本工程首先采用開挖檢查、標準貫入及重型動力觸探試驗進行大面積檢測，然后根據(jù)其檢測結(jié)果確定復合地基靜載試驗檢測部位，開展復合地基承載力檢測。

3.5.1 開挖檢查結(jié)果

開挖到建基面后，采用鋼尺逐一對振沖碎石樁樁徑、樁間距進行了量測，3 組振沖碎石樁樁徑均大于80 cm，樁間距允許偏差滿足規(guī)范要求。樁徑、樁間距檢測結(jié)果見表2。

表2 樁徑、樁間距檢測結(jié)果

3.5.2 標準貫入試驗結(jié)果

水利工程一般采用《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄P 中的標準貫入試驗進行地基液化判定。判定流程如下：

1）首先，計算各試驗深度處標準貫入錘擊數(shù)臨界值。臨界值計算公式：

式中：Ncr——液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值；

N0——液化判別標準貫入錘擊數(shù)基準值；

ds——工程正常運用時，標準貫入點在當時地面以下的深度，m（當標準貫入點在地面以下5 m 以內(nèi)的深度時，應采用5 m 計算）；

ds——工程正常運用時，標準貫入點在當時地面以下的深度，m；

dw——工程正常運用時，地下水位在當時地面以下的深度，m；

dw——土的黏粒含量百分率，（%），通過室內(nèi)土工試驗檢測獲得，當ρc＜3%，ρc取3%。

2）其次，計算各試驗深度處標準貫入錘擊數(shù)修正值。修正值計算公式：

式中：N——修正后的標準貫入錘擊數(shù)；

N′——實測標準貫入錘擊數(shù)；

d′s——標準貫入試驗時，標準貫入點在當時地面以下的深度，m；

d′w——標準貫入試驗時，地下水位在當時地面以下的深度，m。

3）最終，判定各試驗點地基液化處理效果。地基不液化的判定標準為N≥Ncr。

當正常運用時貫入點深度和地下水位深度小于標準貫入試驗時貫入點深度和地下水位深度的情況下，采用修正后錘擊數(shù)判定的地基土液化結(jié)論偏于安全，造成極大浪費[2]。因此，本工程開挖至建基面后進行標準貫入試驗，豎向試驗點的間距為1.5 m。每組試樁選取1 點進行標準貫入試驗，標準貫入點位于振沖碎石樁樁間三角形形心處。3 組試樁樁間土標準貫入錘擊數(shù)修正值均大于液化判別標準貫入錘擊數(shù)臨界值，處理后地基土液化已消除。標準貫入試驗檢測結(jié)果見表3。

表3 標準貫入試驗結(jié)果

3.5.3 重型動力觸探試驗結(jié)果

每組試樁選取1 根樁進行重型動力觸探試驗，用于判定樁體密實度。重型動力觸探試驗從基底標高開始連續(xù)貫入，連續(xù)記錄每貫入10 cm 的錘擊數(shù)（重型動力觸探錘擊數(shù)）。按照《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340-2015），3 根樁修正后重型動力觸探錘擊數(shù)均大于15 擊，判定振沖碎石樁樁體密實度為密實，滿足設計要求。

3.5.4 復合地基靜載試驗結(jié)果

選編號HZD-036、HZE-026、HZE-028 的振沖樁在建基面進行單樁復合地基靜載試驗，方形承壓板面積為3.46 m2，最大試驗荷載為420 kPa。最大試驗荷載下，各試驗點均未發(fā)生破壞，且三個試驗點荷載-沉降量曲線為平緩的光滑曲線。復合地基承載力特征值取沉降量為0.01 b（b 為承壓板寬度1 860 mm）對應的荷載值，且不得大于最大試驗荷載的一半。3 個試驗點沉降量為0.01 b 對應的荷載值為341.7～420 kPa，均大于210 kPa。因此，復合地基承載力特征值為210 kPa，滿足設計要求。

4 結(jié)論

根據(jù)檢測結(jié)果可知，三組試樁檢測結(jié)果均滿足設計要求，隨著加密電流的增大樁體直徑相應增大，第二、三組試驗樁樁徑主要分布區(qū)間超出設計樁徑較大。因此，選擇第一組工藝參數(shù)作為施工參數(shù)，可為同類水利工程工藝試驗提供借鑒。