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振动砂石桩处治液化地基的施工技术

李龙杰

黑龙江省龙建路桥第三工程有限公司

摘要: 在岩土工程当中,饱和砂土的抗液化性能是当前研究的重难点所在。与其他防治液化措施相比,砂石桩复合地基施工技术具有经济性高、施工快捷以及加固性能理想等诸多优点而广泛应用于液化地基的治理当中。利用碎石桩法处理液化地基时,通常使用振动成桩工艺,在振动作用下地表会出现一定量的沉降,桩间距是影响沉降量的关键因素,同时也会对地基处理技术的技术性及经济性产生影响。文章将对振动砂石桩处治液化地基施工技术的作用机理及应用实践展开探讨。
关键词: 振冲砂石桩;液化地基;处治技术
DOI:10.12721/ccn.2023.159322
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液化地基处治时,应用振动砂石桩技术可对地基的承载能力进行有效提升,也利于液化现象的消除,因而该技术已成为当前液化地基处理的重要手段。经过实践验证发现,运用此方法进行液化地基的处理,可使地基的承载能力提高至50-65%左右。

1.振动砂石桩处治液化地基的作用机理分析

1.1挤密作用

沉桩时沉管会对土层施加水平方向的挤压力,会使土体向周边土层推移,因而周围土的孔隙率会下降,密度相应提升,砂石灌入后且桩管拔起时,在桩管的振动作用下也会增大对周围土层的挤密作用,使用土体的密度更高。

1.2排水作用

砂土液化机理的研究证明,饱和松散砂土受剪切循环荷载作用时发生体积收缩和趋于密实,砂土无排水条件时体积快速收缩导致超静孔隙水压力急剧上升,当砂土中由于超静孔隙水压力的增加,而导致有效应力降低趋于零时,便形成砂土的液化。碎石桩具有良好的透水性,可以有效地消散超静孔隙水压力的增高,防止砂土液化,并且加快地基排水固结。

1.3置换作用

使用密实度较高的碎石替代体积相同但较为松散的粉砂进行局部置换,可建造复合性地基,可使原有地基土的性能得以进一步提升。

2.振动砂石桩法在震动液化地基治理中的应用实践分析

2.1实例工程介绍

某软弱地基处理工程所处地区地形较为平坦,地震基本烈度为VII度区。工程段落内不良地质主要为高烈度地震区地震液化层。据钻孔资料及标准贯入试验结果判定,工程段落内地下水位以下的粉土,粉、细砂层为地震液化层,液化层厚度2~5m,液化层顶面埋深2~8m。工点范围内地层为第四系全新统冲积的粉质黏土、淤泥质粉质黏土及淤泥质粉土。岩性详述如下:

2.1.1粉质黏土

分布于工点内全部地表,厚3~10m。褐黄色,土质较均一,手捻黏感较强。硬塑-软塑。Ⅱ级,σ0=150kPa。

2.1.2淤泥质粉质黏土

分布于粉质黏土之下,层位不连续,厚度不均,厚3~6m。灰绿色,灰黑色,土质不均一,局部夹粉土及粉砂薄层,具泥臭味,岩芯变形严重,具拉长现象。软塑。Ⅱ级,σ0=90kPa。

2.1.3淤泥质粉土

以透镜体的形式分布于淤泥质粉质黏土之下,厚度2~3m。青灰色,土质不均一,有机质含量较高,具泥臭味,稍密,饱和。Ⅱ级,σ0=90kPa。

2.1.4细砂

局部下伏于粉质黏土及粉土之下,层位不连续,厚度不均,厚3~10m。灰黑色、深灰色,矿物主要成分为长石、石英,颗粒较均,砂质不纯,黏粒含量较高,岩芯局部呈团块状,含少量细圆砾。稍密,饱和。Ⅰ级,σ0=90kPa。

2.2液化地基加固方案

应以抗液化设计的具体标准为依据合理进行振动砂石桩液化地基的桩距设置,确保单位面积内的施工成本最低。可使用振动砂石桩沉桩法进行试桩施工,选用直径为0.5m左右的桩管,将桩间距设置为1.5m左右。各桩的碎石灌注量充盈系数为1.1,桩的长度应以可穿可液化土层为宜。

2.3振冲砂石桩施工步骤

2.3.1清理平整施工场地,布置桩位;

2.3.2移动桩机及塔架,把桩机或桩尖对准桩位;

2.3.3启动振动锤,把桩管下沉到设计的深度;

2.3.4在下沉过程中的同时或在下沉到设计的深度后,向桩管内加入规定数量的砂石料;

2.3.5通过空压机向桩管内充气,当桩管内的充气气压达到桩长所要求的对应的压力后,停止充气;

2.3.6启动振动锤,把桩管提升1~2m,在提升的过程中,桩管的出料活门在气压及砂石料的重力作用下自动打开,桩管内石料在气压和重力作用下流入钻孔中;

2.3.7降落桩管,利用振动或及桩尖的挤压作用使砂石密实;

2.3.8重复5、6、7三步骤,其中,在步骤5中,充气的气压根据变化的桩长进行调节;

2.3.9当桩机内砂石料用到规定程度时,再向桩管内添加砂石料,重复5、6、7三步骤;

2.3.10桩管提至砂石桩设计顶标高,制桩完成。

2.4检验与分析液化地基加固效果

2.4.1物理力学性质变化情况分析

对试桩前及试桩后的物理力学数据进行分析发现,加固之后,桩间土质的物理力学性能得以优化,密度较之前有所增加,并且土的孔隙有所下降,土层密实度得以大幅提升。同时,加固之后,土壤的粘聚力更强,内摩擦角也有所增加,因而加固之后土层具备更强高的抗剪强度。

2.4.2标准贯入试验结果分析

在地基加固之前及之后都要进行标准贯入试验。利用振动砂石技术处理后,地基的标贯击数更高,10m深处的标贯击数达到了9击以上,较处理前相比,提升了三至五倍左右。同时,深部标贯击数也有所增加,但增加明并不显著。加固处理之后,液化现象得以有效消除。

2.4.3静力触探结果分析

成桩结束后7d,对不同位置处桩间土层的加固效果进行了静力触探(CPT)测试,试验结果表明地基土经碎石桩处理后,桩间土所进行的静力触探结果显示,液化土地层的锥尖阻力大部分在5MPa以上,在软弱的土层中锥尖阻力高达12MPa以上,超过了液化临界比贯入阻力,消除了液化,达到了液化土处理设计要求。

结语:利用振动砂石桩对可液化地基进行处理后,通过试验结果分析发现,该施工技术在可液化地基处理方面有明显的效果,可对地基土的物理力学性质进行改善,可使软土地基的排水固结速度有所提升,降低了沉降量,提高了地基的承载能力。该技术具有施工效率高、操作简便及经济性强等特点,施工质量易于控制,因而在液化地基处理施工中具有良好的应用价值。
参考文献:

[1]崔树峰.振动挤密砂桩施工技术在公路软基处理中的应用[J].中国公路,2021(14):2.

[2]付勇,吕鹏雷,张春刚,等.振动沉管碎石桩在储罐地基处理液化的应用[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2022(4):5.