复合载体夯扩桩在液化地基中的应用

复合载体夯扩桩在液化地基中的应用

摘要：复合载体夯扩桩是液化地基中主要地基处理方法之一，该法具有施工方便、经济效益显著等诸多优点，在工程实践中得到了广泛的应用。由于夯扩桩作用机理的复杂性以及诸多不确定因素的存在，夯扩桩法的研究和设计主要依靠工程类比和经验总结。开展复合载体夯扩桩法液化处理效果及其影响因素的研究，对提高夯扩桩法的应用水平有着重要的理论和实际意义。

关键词：复合载体夯扩桩液化地基有效处理深度单击贯入度

1.工程概况

南水北调中线总干渠工程采用明渠常年输水，工程规模大，具有输水量、距离长等特点。河北省磁县段总干渠桩号0+000～1+850渠段，位于漳河北岸河漫滩地上，地基土以砂土为主，饱和砂土具轻微～中等震动液化；桩号4+451～4+951渠段，位于漳河北岸一级阶地，渠基下局部饱和轻粉质壤土、饱和砂层具轻微～中等液化潜势。磁县段总干渠均处于7度地震区。由于南水北调输水的重要性，对总干渠饱和砂土液化渠基处理前进行现场试验十分重要。

本标段为磁县干渠工程第一施工标段，标段起自磁县漳河北岸桩号0+000，止于磁县西槐树村桩号15＋190，总长15.190km。其中需要进行饱和砂土液化地基处理的有以下两段：

第一段：桩号0+000〜1+851，长度1851米，为填方段，填土高度10m左右，液化层为第四系全新统中砂，为中砂液化，埋深0〜2m，厚度6〜9m，地下水埋深6m，通水性良好，下伏为强透水的卵石层。

第二段：桩号4+480〜4+980，长度500m，为半挖半填段，最大填高6.5m，为轻粉质壤土液化，埋深10〜12m，厚度3m〜4m,地下水埋深10m，下伏为透水性卵石层。

2．施工工艺

2.1工艺原理

载体夯扩桩的施工原理如下所示：首先利用重锤冲击成孔，使桩身周围土体得到第一次挤密；其次在孔中分层填入碎石，提升重锤到一定高度，令其自由落体，夯击碎石到松散的填土地基，使桩周围的土体得到第二次挤密；依次填入、夯击，直至夯填至设计标高。利用此工法可有效消除填土的湿陷性和液化，改善土的物理力学指标，提高地基土的承载能力和压缩模量，减少地基土的压缩变形，

满足设计要求。

2.2定桩位线

放线人员依据设计试桩位置将桩位放线完毕，经监理验线合格后，方可进行施工。

2.3移桩机就位

检查桩机设备工作是否正常，移动桩机就位，使护筒对准桩位，调平桩机架，使护筒保持垂直，用线锥吊线检查护筒垂直度，确保垂直度偏差不大于1.5%。调直护筒，在确定所要打的桩位准确后，使护筒中心与桩位中心位对齐，然后将护筒至地表，并调整护筒垂直。

2.4锤击成孔

先用细长锤低落距轻夯地面，使护筒准确定位于桩位，然后在提高细长锤夯击成

孔。利用反压装置将护筒沉至设计标高，锤击成孔困难时采用长螺栓引孔。

2.5沉护筒至设计标高

锤击成孔时，护筒下沉，当接近桩低标高时，控制重锤落距，准确将护筒沉至

设计标高。成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查，合格后进行下到工序施工。

2.6填料夯击

护筒沉至设计标高后，清底夯实、夯平。然后提升重锤高出填料口，进行填料，锤做自由落体，夯击泥砾填充料，填充料应分层回填夯实，逐层以量斗定量向桩孔内下料，每次填料量不大于0.25m³。

夯至地面时应采取低落距锤夯击，以地面隆起不超过15㎝为宜。

2.7测单击贯入度

填土形成密实状态后，控制单击贯入度不大于15㎝，重锤以5m落距做自由落体运动，严禁带刹车和离合。

3. 夯扩桩试验

本次共做三组试桩，复合载体夯扩桩桩径550mm，选择开挖的泥砾料为填料，桩长约为7～9m。

第一组试桩：桩间距1.7m，梅花型布桩，共39根桩。

第二组试桩：桩间距1.8m，梅花型布桩，共39根桩。

第三组试桩：桩间距1.9m，梅花型布桩，共39根桩。

本工程采用碎石桩处理，碎石桩桩身材料就地取材，有机质含量不大于5%。碎石桩身填料量不小于理论量的1.2倍，重锤落距5.0m，单击灌入量不大于15cm；距地面2.0m以内时，重锤落距2-3m单击贯入度小于10cm。

4.试验方法

4.1试验区选定与平整

每个试夯区面积不小于12×12m，三个试夯区应选在不需要处理的渠道基面上，并尽量首尾相连，选定试验区后，对场地进行平整。

4.2测试试夯区现状液化层土的密实度，测3次，取平均值。

4.3测试试夯区水文地质特征参数。

4.4布孔，绘制试验区相对位置平面图。

4.5打桩时从四周向中间打，采取跳打式。

4.6进行试桩试验。

4.7进行测试

（1）原位测试，做标贯试验，统计合格率；

（2）开挖基坑取原状样做密实度实验，统计合格率。

4.8现场记录

（1）施工时对每桩均编号、记录：施工的时间、夯击数量、桩长、三击贯入度，夯填料，有无地下水，施工完后的桩顶标高等。

（2）施工原始记录详实、项目完整、签字齐备；设置专职内业人员，负责进度报表、资料收集整理。

5.检测方法及检测结果

当标准贯入试验贯入点深度和地下水位在试验地面以下的深度，不同于工程正常运用时，实测标准贯入锤击数法应按下式进行校正，并应以校正后的标准贯入锤击数作为复判依据。

式中 —实测标准贯入锤击数；

—工程正常运用时，标准贯入点在当时地面以下的深度（m）；

—工程正常运用时，地下水位在当时地面以下的深度（m），当地面淹没于水面以下时，取0；

—标准贯入试验时，标准贯入点在当时地面以下的深度（m）；

—标准贯入试验时，地下水位在当时地面以下的深度（m）；若当时地面淹没于水面以下时，取0。

校正后标准贯入锤击数和实测标准贯入锤击数均不进行钻杆长度校正。

液化判断标准贯入锤击数临界值应根据下式计算：

式中ρc——土的黏粒含量质量百分率（%），当ρcNcr 判定结果为消除液化

2 3米 20 16.1 6.76 N>Ncr 判定结果为消除液化

3 4米 36 29.5 7.56 N>Ncr 判定结果为消除液化

4 5米 42 35.1 8.36 N>Ncr 判定结果为消除液化

根据复合载体夯扩桩施工记录，桩身填料约为0.3m³/m，所用时间约为7分钟。每次填料量在0.2m³-0.25m³之间，并且护筒提升速度不大于1-2 m / min。

通过标准贯入试验和对桩间土的相对密度进行检测，结果如下：桩间距为1.7m、1.8m 的处理后地基土不存在液化即消除液化，桩间距为1.9m的地基土存在液化即未消除液化。

通过前期试验得到大量施工和设计数据，为以后的施工起到了关键性的作用，特别是对施工材料、机械和人工的安排制定了详细的施工方案。

6．质量控制要点及保证措施

（1）桩孔的垂直度偏差：桩长的1%。

（2）桩径允许偏差：-20mm，+50mm。

（3）桩位允许偏差：边桩允许偏差70mm、中间桩允许偏差150mm。

（4）桩位放线:首先由测量人员根据设计要求放出桩位线,由专人验线并报监理单位合验，做好桩位预检纪录。

（5）移桩机就位，调整护筒垂直，确保其垂直度偏差不大于1.5%。

（6）夯填前测量成孔深度、孔径，作好记录。

（7）回填夯实采用连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实，不得间隔停顿或隔日施工，以免降低桩的承载力。

（8）拔管速度：夯扩桩外管（护筒）拔管速度一般应控制在1～2m/min，在淤泥或淤泥质土层中控制在0.8～1m/min。

（9）施工过程中应按（JGJ94-2008）要求做好各种施工技术参数的原始记录，施工原始记录应详实、项目完整、签字齐备。

本文通过对夯扩桩机理的分析，探讨了夯扩桩工艺在液化地基处理中的应用；结合工程实例中采用复合载体夯扩桩法处理液化地基的具体实践，分析了用夯扩桩法处理液化地基的效果，较详细地介绍了该方法的设计要点、施工工艺、检测项目、控制标准等。通过对有关数据的分析，对夯扩桩法加固地基的一些问题进行了探讨，包括有效地基处理深度、合理间距及桩布置的确定，控制参数的选用，消除地基液化方面的应用等。最后，对夯扩桩处理前后效果进行了对比分析，在磁县一标渠基处理过程中，取得较好的成果。指出了夯扩桩法应用于液化地基处理的可靠性和适用性。

参考文献 1、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94） 2、《地基与基础工程施工及验收规范》（GB202-83） 3、《水利水电工程地质勘察规范》（50487-2008） 4、《建筑地基基础处理技术规范》（JGJ79-2002）