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1、砂石桩处理液化地基一例摘要:振冲砂石桩复合地基处理液化地基的原理，应用机理和应用现状。关键词：振冲砂石桩液化地基0引言无粘性土和软塑至流塑状态的粘性土，包括近期堆（冲）填的素填土和杂填土，甚至含相当部分生活垃圾的天然地基，由于土质松散，力学强度、抗剪强度低，地基承载力不足，远不能承担建筑物的荷载，容易失稳；或沉降与不均匀沉降过大；或于地震震动下产生严重的液化与震陷。因此，对这类松、软土地基必须采取有效的工程措施进行加固处理，处理方式一般采用深基础或地基处理。深基础是采用桩基、沉片等方法，穿透软弱土层，使基础直接置于坚硬土层，但往往造价较高。地基处理有开挖置换，采用复合地基等，复合地基是在松、软
2、土中构筑刚性桩或散体材料桩，桩体与桩间软土共同承担上部建筑物的荷载，具有稳定性好，沉降与不均匀沉降小，施工简便、快速等特点，也比较经济，较适合我国国情。砂桩复合地基作为一种新兴的地基处理方式，目前正在多类施工中得到广泛应用。砂桩于十九世纪三十年代起源于欧洲，随着施工方法与施工机具的不断改进与完善，施工质量和效率不断提高，工程中应用的范围日益扩大。常用于路堤、原料堆场、堤防码头、油罐及厂房等地基的加固。国外用振冲加密法处理砂基实例表1序号工程名称年份国家土壤类型处理深度处理面积孔距相对密度说明处理前处理后1柏林大楼地基1937德国砂757024380承载力由150Kpa增至300KPa2箱峡水电
3、站1955美国细砂2.7一2.12570拉河闸闸基细砂层3西德奈控制闸1963巴基斯坦细砂3.07.0171502.0一一承载力提高到160330KPa振冲砂桩法于1977年引进我国后即获得迅速推广，大量用于土建、水利、冶金和交通等工程的地基与土构物的加固处理。经过20多年的发展，几乎对各种松软土的处理都采用过这一技术，并于1992年将振冲法列入了我国首次编制的建筑地基处理技术规范（JGJ79-91）中，以便推广应用、发展这一技术。国内用振冲加密法处理砂基实例表2序号工程名称地基土情况处理效果1北京官厅水库大坝下游坝粉细砂基e:0.6150.5以下；DL:53%80%,N:123437:消除液
4、化2北京燕山石化总厂车间、仓库回填土地基Pu:150kpar450kpa3北京东万化工厂河漫滩粉细砂基N:10;Dt:50%55%，地震设防1:8，液化，处理后检测，置信水平95%下，8不液化4徐州铜山水泥厂粉砂地基N:6.523.7,:R上满足设计250kpa，消除7液化1复合地基加固机理1.1加固机理砂石桩法也称砂桩法，是在软弱地基中采用一定方式成孔,并往孔中填充砂石料，在地基中形成一根砂石柱体，与桩间土共同承担其上建筑物的荷载，提高地基强度，但对于砂土与粘性土其加固机理是不同的，分述如下：1.1.1. 加固松散砂土地基砂土属单粒结构，有密实和疏松之分。密实的单粒结构颗粒之间排列已接近最稳
5、定状态，在动（静）载作用下，一般不再产生大的变形。而疏松结构的砂土，颗粒之间孔隙较大，在动（静）载作用下体积可减少20%左右，故必需经过人工处理才可作为建筑物的地基。砂桩在施工过程中对周围土体有挤密作用和振冲作用，施工工艺不同，两种作用有主次之另h冲击法或振动法成桩时，桩管下沉对其周围土体产生的横向挤压力，将等于桩管体积的砂土挤到桩管周围土体中，使桩间土体密实度增大，孔隙比减少，其有效挤密范围约为34倍桩体直径。振动法成桩时，桩管周围土体同时受到挤密和振密作用，其有效振密范围比挤密作用更明显，可达6倍桩体直径。砂桩在砂土地基中成桩后，当砂土地基被挤实到临界孔隙比以下时，还可防止砂土振动液化。1
6、.1.2.加固软弱粘性土地基砂桩在软弱粘土地基中主要通过置换作用和排水作用加速土体排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和整体稳定性。a. 置换作用粘性土多为蜂窝结构，在成桩过程中受扰动后，力学性能会比原状土低。不仅难以挤密桩周土体而且会使桩周土体强度短时降低。所以砂桩价格软弱地基的效果之一就是利用砂桩本身的强度，形成复合地基，在荷载作用下，减少周围土体的附加应力和沉降。经验证明，砂桩复合地基沉降量可比原状天然地基减少20%30%。b. 排水作用一般软弱地基土的含水量很高，渗透系数多在10-710-4cm/s范围内。在软弱地基中设置砂桩后，减少了软弱地基土的排水距离，使土体的超孔隙水压力很
7、快消散，加速土体的固结和强度提高，起到了砂井的排水作用。理论计算1.2.1桩距确定如图一所示，砂桩在平面上呈等边三角形布置，设砂桩直径为d,间距为s,在松散的砂土中打入砂桩后，能起到100%的挤密效果，即成桩过程中地面没有隆起或下沉现象，被加固的砂土没有流失。图一Aabc为挤密前松砂面积，其值设为A，,被砂桩挤密后该面积内的松砂被挤压到阴影所示的面积中，其值为A?,在面积A，范围内的砂桩面积为A/。根据图一和图二可知，平面a，b，c，和单位深度范围内，处理前地基土的体积为V0=A7x1=Vs(1+e0),处理后则为V1=Vs(1+e1)=V0-A/x1,因此可得：图一按梅花形布置砂桩图二孔隙比
8、e变化图V11e1V0-A11V。EV0(1.2.1-1)A=j=欢一&人，欢一e132AL故E01临1+e014/(1.2.1-2)1苛,2nd设桩体直径为d,由于一648,因此：s=0.952d.(1e0)/(eoe)同理，可得正方形布置时砂桩的间距为：s=0.886d(1eo)/(e0-e)式中s一为砂桩间距；eo地基处理前砂土的孔隙比；e一地基挤密后要求达到的孔隙比；d一砂桩直径。地基挤密后要求达到的孔隙比e1,可按工程对地基承载力的要求或按下式求得：eiemax-Drl.emax-emin(1.2.1-5)(1.2.1-6)(1.2.1-7)(1.2.1-8)(1.2.1-9)(1.
9、2.1-10)式中emax、emin一砂土的最大和最小孔隙比，可按国家标准土工试验方法标准GBT50-1999的有关规定确定；Dr一地基挤密后要求砂土达到的相对密度，可取0.700.85。式(1.2.1-2)和式(1.2.1-3)也可用加固前后地基土的干重度来表示。等边三角形布置时s=0.952d“(d1-d0)正方形布置时s=0.886d.“(d1-d0)式中幻1一加固后地基土的干重度；号一加固前地基土的干重度。加固后要求的地基土干重度，可按下式计算：由=史二1.旦1eds式中ds一土粒相对密度；e1加固后地基土孔隙比。粘性土地基当砂桩为等边三角形布置时，可按下式计算：s=1.08.Ac当砂
10、桩为正方形布置时，可按下式计算：s=一Ac式中Ac根砂桩承担的处理面积，Ac=Ap/m;Ap砂桩的截面积；m面积置换率。填砂量每根每米长的砂桩中的填砂量可按下式计算：q=虹顼1-e0式中q一每根桩每米长的填砂量。1.2.2砂桩长度砂桩的长度应根据软弱土层的性能、厚度及工程要求确定。当地基中的松软土层厚度不大时，砂桩宜穿过松软土层；当松软土层厚度较大时，桩长应根据建筑物地基的允许变形值确定。一般来由，砂桩长度不宜短于4m。1.2.3承载力计算1、基础底面的压力，应符合下式要求：当轴心荷载作用时PkVfa(1.2.3-1)Pk-相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值。fa-修正后的地基承
11、载力特征值。当偏心荷载作用时，除符合式(1.3.3-1)要求外，还应符合下式要求：Pkmaxb/6时，Pkmax=2(Fk+Gk)/3lal-垂直于力矩作用方向的基础底面边长。a-合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离。3、地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合确定。4、当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：fa=fak+门bY(b-3)+TdYm(d-0.5)(1.2.3-7)fa-修正后的地基承载力特征值。fak-地基承载力特征值。Tb、门d-基础宽度和埋深的地基
12、承载力修正系数。Y-基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度。b基础底面宽度，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值。Ym-基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度。d-基础埋置深度。1.2.4褥垫不管用何种方法处理后的复合地基都要铺设碎(砂)石垫层，以改善传力条件，使荷载传递较为均匀。砂桩施工完毕后，在其上应铺设3050cm厚的碎(砂)石垫层，垫层应分层铺设，用平板振动器振实。在不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用的临时性垫层。2工程实例工程概况金博房产公司综合楼位于焉耆县城中心繁华地段，北依新城路，西邻和平路，东侧与安达公司综合楼相望，地理位置优越，交
13、通便利。综合楼地上层数12层，基础埋深3.5m,采用框架结构，筏板基础。工程地质条件2.2.1、场地地层主要为第四纪全新世冲积形成的粉土、砂土，根据土层特征及组合关系可划分五层，各土层岩性特征描述如下：第层索填土(Q4ml):厚度0.902.30m,层底标高1054.311055.64m,湿很湿；密实度：松散稍密；埋深2.3m。第层细砂（Q4al）：厚度1.103.50m,层底标高1051.45m1053.64m,湿度：很湿饱和；密实度：松散稍密；埋深5.8m第层粉质粘土（Q4ml）:厚度0.302.90m,层底标高1049.671052.44m,状态：软塑可塑；埋深8.7m。第层细砂（Q4al）:厚度11.212.50m,层底标高1039.94m1040.25m,湿度：饱和；密实度：稍密中密；埋深21.2m。第层细砂（Q4al）：厚度2.502.70m,层顶标高1039.94m1040.25m,湿度：饱和；密实度：密实；埋深23.9m。据勘察报告，场地饱和砂土液化指数为6.29、5.01、5.94,判别为中等液化，液化深度7.4m,属建筑抗震不利地段。各土层物理力学指标见下表物理力学指标表3项目含水量（%）天然重度（kN/m3）孔隙比曲率系数不均匀系数标贯击数（击/30cm）贯入阻力（MPa）承载力特征值（kPa）地层
