振冲碎石桩在北运河杨洼闸改建工程中的应用（黎国文）

时间：2022-02-19 15:25:52 浏览量：次

摘要：北京北运河杨洼闸改建工程采用振冲碎石桩处理液化地基, 工程实践表明应用碎石桩复合地基抗液化处理工期快、效果好、成本低, 在以后同类工程中有广阔的应用前景。

关键词：振冲碎石桩抗液化地基处理

中图分类号TV223 文献标识码B 文章编号1673- 4637( 2007) 03- 0040- 03

北运河存在着大量砂土粉土, 砂土和粉质黏土地基振动液化的危害是工程界关注的焦点之一。多种液化地基处理加固方法中, 振冲碎石桩法由于其技术适应性强, 加固效果好, 施工方便, 工期短, 成本低廉而为人们接受。因此, 在北京北运河各个闸的改建工程中越来越多地采用振冲碎石桩法进行地基处理, 不仅提高了地基承载力, 而且很好地消除了地基液化。

1 振冲碎石桩作用机理

液化是指无黏性土、低塑性黏性土、粉煤灰、尾矿砂、砂砾石等土类由于孔隙压力增大和有效应力减小从固态变为液态的过程。振冲碎石桩是以起重机吊起振冲器, 启动潜水电机带动偏心块, 使振冲器产生高频振动, 同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流。在振动和高压水流的联合作用下, 振冲器沉到土中的预定深度, 然后经过清孔工序, 用循环水带出孔中稠泥浆, 此后就可从地面向孔中逐段添加填料( 碎石或其他粗粒料) , 每段填料均在振动作用下被振挤密实, 达到所要求的密实度后提升振冲器。再于第二段重复上述操作, 如此直至地面, 从而在地基中形成一根大直径的密实桩体, 与周围土共同工作, 形成复合地基。

1.1 加密作用

振冲碎石桩在成孔和挤密碎石中, 桩周土在水平和垂直振动作用下产生径向和竖向移动, 使桩周土体密实度增加; 另外土体在反复振动作用下而产生振动液化, 使土颗粒重新排列组合成更加密实的状态, 从而提高了桩间土的抗剪强度和抗液化能力。

1.2 排水减压作用

在地震或振动作用下碎石桩形成一个良好的排水通道, 能加速孔隙水的消散, 使孔隙压力的消散和增长同时发生, 降低了由于地震及动力机械振动产生的超孔隙水压力, 提高了地基的抗液化能力。

1.3 减震作用

由于碎石桩复合地基中桩体的刚度远大于桩间天然土体, 地震荷载将因地基初始应力状态和刚度发生变化而产生应力重分布。当碎石桩和周围的土体一起变形时, 地震减应力的分布应该是桩土各自刚度和面积的函数, 在相对刚度较大的碎石桩上会产生地震减应力的集中, 因此减小了作用在桩间土上的剪应力水平, 起到了减振作用。

2 工程概况及地质条件

北运河杨洼闸改建工程位于北京城东南部温榆河冲击平原, 北京市通州区西集镇辛集村南, 附近有觅西公路通往杨洼河闸。

河道两岸地势较平坦, 由西向东微倾。地面高程约11.75 ～16.72 m, 现状河道宽100 m 左右。水深约1.70 ~ 2.50 m, 河底高程为9.60 m。区内地表全被第四系松散堆积物所覆盖, 厚度大于50 m, 沉积物以颗粒为主, 该区地层以各类砂土层和黏性土为主。

闸室段地基土各层岩性主要有①素黏土、②1 低液限粉土、②低液限黏土、③1 粉土质砂、③含细粒土砂、③2 级配不良砂、④低液限黏土、⑤含细砂砾砂。闸室段地基土的物理力学性质指标见表1。

拟建厂区的地震基本裂度为8 度, 场区15m 深度范围内, 经地层剪切波测试和标贯实验判别闸基第③和第③1 层土饱和砂土层为易液化层, 改建杨洼闸闸基地基土层的液化层下限分布高程为- 0.40 m, 即设计建筑基面以下深度为8.50m 左右。

3 设计要求及施工工艺

3.1 设计参数

振冲器功率55 kW, 平均桩径0.8 m, 桩距A 区1.8 m、距B 区2.0 m、距C 区3.0 m, 梅花型布桩有效桩长7.4 m。桩体填料采用碎( 卵) 粒料, 粒径为30 ~150 mm, 含泥量≤ 5 %。振冲加固后, 消除地基液化,液化指数<5。复合地基承载力特征值: A 区≥ 185 kPa;B 区≥143.2 kPa; C 区≥172.2 kPa。

3.2 桩体施工工艺

施工顺序采用排打法, 填料方式为强迫填料方式。填料量为1 m3/m。施工采用的机械为BJ - 75KW 型振冲器, 制桩电压为380 V, 波动≯+ 20 V, 造孔电流为100 ~ 150 A, 加密电流为80 A, 留振时间≮10 s, 造孔水压0.3 ~ 0.6MPa, 制桩水压0.2 ~ 0.4MPa, 成桩后桩位偏差≯50 mm, 造孔速度≯2.0 m / min, 振密段长度≯40 cm。

4 效果检验和评价

本工程共碎石桩2 960 根, 在施工过程中, 桩间土进行了标准贯入试验, 桩体进行了圆锥动力触探试验、复合地基的静荷载试验。试验结果如表2。

4.1 桩体重型动力触探试验

振冲碎石桩桩体的动力触探试验锤击数为11.0 ~43.0 击, 平均击数为27.5 击, 碎石桩体密实度为中密-密实。

4.2 桩间土标准贯入试验

振冲碎石桩桩间土的标准贯入试验锤击数15.0 ~40.0 击, 平均击数为27.5 击。

4.3 复合地基承载力计算

复合地基承载力计算公式如下:

fspk=mRa /AP+β(1- m) fsk

式中: fspk———复合地基的承载力特征值, kPa;

AP———桩体单位截面积, m2;

fsk———处理后的桩间土的承载力特征值, 由实测得来;

β———桩间土的承载力折减系数, 取0.85;

m———面积置换率;

Ra———单桩竖向承载力特征值, kPa。

根据试验结果得出, 复合地基承载力特征值≮260 kPa, 地基承载力有明显的提高。

4.4 地基液化判别与评价

根据《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》求液化判别标准贯入锤击数临界值, 当锤击数﹤Ncr 时,则可判定为液化层。

Ncr=NO 〔0.9 + 0.1 (dx- dw)〕3 /ρc"

式中: Ncr——— 液化判别标准贯入锤击数临界值;

NO——— 液化判别标准贯入锤击数基准值, 取10;

dx———饱和土标准贯入点深度, m;

dw———单桩的水位高程, m;

ρc———黏粒含量百分比, 根据本工程土质取3。

本工程地基液化的判别结果见表3。

4.5 加固效果和经济评价

振冲碎石桩处理本工程不仅消除了液化, 满足了承载力要求, 而且还大大降低了工程成本。

(1) 工期快: 振冲法处理地基采用机械化施工,施工速度快。

(2) 效果好: 根据检验, 地基消除了液化的可能,使处理后的地基强度均匀。

(3) 成本低: 振冲法加密仅需碎石, 不需要钢材、水泥、石灰等建筑材料, 因此, 相对来说工程造价比较低。

6 结语

振冲碎石桩复合地基在北运河杨洼闸改建工程加固可液化地基的成功应用表明:

(1) 振冲碎石桩处理可液化地基具有加固效果好、施工简便、成本低的优势, 应用前景广阔。

(2) 应用碎石桩技术处理承载力要求不高的同类水工结构可液化地基, 只要按抗液化为主的设计方法,合理设计, 精心组织施工便可同时满足承载力的要求。值得以后在北运河以至北京地区的同类工程中推广。

参考文献

[1] GB 50287 - 99, 水利水电工程地质勘察规范[S].

[2] GB 50007- 2002, 北京地区建筑地基基础勘察设计规范[S].

[3] GB 50011- 2001, 建筑抗震设计规范[S].

[4] GB 50007- 2002, 建筑地基基础设计规范[S].

[5] JG J79- 2002, 建筑地基处理技术规范[S].

[6] 黄生根, 等. 地基处理与基坑支护工程[M]. 北京: 中国地质大学出版社.

作者简介: 黎国文( 1966 — ) , 男, 工程师。

来源：《北京水务》

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