1、無填料振沖法處理新近吹填粉細砂地基的工程應用肖黎明，劉興，徐陽，牛國生( 北京振沖工程股份有限公司，北京 100102)摘 要:唐山港曹妃甸港區煤碼頭二期( 新近吹填區域) 采用無填料振沖施工工藝對粉細砂地基進行處理，消除了地基液化，提高了承載力，減小長期地基變形。在大面積施工前，采取不同樁間距( 2. 2、2. 5 m) 進行試驗，用標準貫 入法檢測，分析其地基承載力及液化消除情況，對大面積施工提供參考數據。關鍵詞:粉細砂地基; 無填料振沖; 地基承載力; 地基液化中圖分類號:TU472 3文獻標識碼:A文章編號:1672 7428( 2012) 02 0056 04Application

2、of Vibroflotation without Additional Backfill Materials in Treatment on Fine Silt Foundation of RecentHydraulic Fill / XIAO Li-ming，LIU Xing，XU Yang，NIU Guo-sheng ( Beijing Vibroflotation Engineering Co ，Ltd ，Bei- jing 100102，China)Abstract: The fine silt foundation was treated with vibroflotation w

3、ithout additional backfill materials in coal terminal phase II ( recent hydraulic fill area) of Caofeidian port area，Tangshan Port，the ground liquefaction was eliminated，the bearing capacity was improved and long-term foundation deformation was decreased Before the large-scale construction，the tests

4、 were made in different pile spacing ( 2. 2 and 2. 5 m) ，the detection was made by standard penetration method and the bearing capacity of foundation and liquefaction removing situation were analyzed to provide the reference data for large-scale constructionKey words: fine silt foundation; vibroflot

5、ation without additional backfill materials; bearing capacity of foundation; ground liquefaction無填料振沖法加固地基原理振沖器在加固砂土時，砂土結構遭到破壞，出現 砂土液化現象，砂土液化以后，在上負荷重力和振動 作用下，砂土顆粒又重新排列，使砂土孔隙比減少， 相對密度增加，液化消除、承載力提高。具體分析如 下。在動荷載作用下砂土抗剪強度為: = ( ) tg式中: 砂土所受的正應力; 砂土所在位 置的超靜孔隙水壓力; 砂土的內摩擦角。當振沖器在加固砂土時， 不斷增長，使 趨近 ，此時導致砂土抗剪強度

6、為零。砂土結構遭 到破壞，出現砂土液化現象。砂土液化以后，在上負 荷重力和振動作用下，砂土顆粒又重新排列，使砂土 孔隙比減少，相對密度增加，承載力提高。密適用于處理粘粒含量不大于 10% 的中砂、粗砂地基。”對于處理粉細砂地基，無填料振沖法在規范沒 有進行說明。在唐山港曹妃甸港區煤碼頭( 二期) ( 新近吹填 區域) 粉細砂地基進行處理中采用了無填料振沖施 工工藝，消除了地基液化，提高了承載力，減小長期 地基變形，取得了成功的經驗。并對采取不同樁距 的地基承載力的提高進行了統計，可為以后類似工 程提供借鑒。13工程概況曹妃甸煤碼頭( 二期) 為大型專業化煤炭泊位，位于煤碼頭起步工程北側，碼頭長

7、度為 1455 m，擬采用板樁碼頭或重力式碼頭結構。專業化煤堆場位 于專業化煤炭泊位的西側，煤碼頭起步工程北側。 堆場南北長約 1500 m，東西寬約 630 m。堆場區及 軌道梁區設計要求地基承載力分別達到 150、200 kPa，消除土層液化，堆場下變形 50 cm、軌道梁下 變形 10 20 cm。場地標高約 5. 5 m，地基處理深度2 無填料振沖加固法的應用條件根據建筑地基處理技術規范 ( JGJ79 2002) 第七章第一節第 7 1 1 條“不加填料振沖加收稿日期:2011 10 10; 修回日期:2011 11 09作者簡介:肖黎明( 1979 ) ，男( 漢族) ，湖北公安人

8、，北京振沖工程股份有限公司工程師，勘察工程專業，從事基礎工程施工技術工作，北京 市朝陽區望京西園 221 號博泰大廈 12 層; 劉興( 1984 ) ，男( 漢族) ，湖北廣水人，北京振沖工程股份有限公司助理工程師，土木工程專業，從 事基礎工程施工技術工作，liu000xing 163 com。2012 年第 39 卷第 2 期探礦工程( 巖土鉆掘工程)57為 15 m。本場地第四系松散堆積物在勘探所及深表 1 71 號勘察孔顆粒組成統計表顆粒組成百分比 / %度范圍內，主要為全新統中組第 海相層( Q2 m) 和取土深序號4度 / m 0. 5 mm 0. 25 mm 0. 075 mm

9、0. 05 mm 0. 05 mm下組第陸相層( Q1 al) ，其地層巖性自上而下依次123456789101112131415161718190. 8 1. 01. 8 2. 02. 8 3. 03. 8 4. 04. 8 5. 05. 8 6. 06. 8 7. 07. 8 8. 08. 8 9. 09. 8 10. 010. 8 11. 011. 8 12. 012. 8 13. 013. 8 14. 014. 8 15. 015. 8 16. 016. 8 17. 017. 8 18. 018. 8 19. 05. 04. 01. 080. 080. 082. 084. 082. 0

10、77. 074. 080. 080. 080. 082. 078. 079. 080. 080. 080. 081. 082. 080. 015. 016. 017. 016. 015. 015. 016. 016. 014. 015. 015. 014. 015. 016. 017. 018. 017. 016. 016. 04為粉細砂、粉質粘土、粉土，表部為水力沖填的粉細砂土及粘性土。3. 08. 010. 04. 06. 05. 03. 08. 06. 04. 03. 02. 02. 02. 04. 0加固方案選擇由于堆場區地質條件復雜，為了對堆場采用合 理、經濟的處理方案，勘察單位對場

11、區處理深度范圍 內( 現有地面至標高 15 m 處) 大致分為 2 部分。 一部分地質情況良好，由粉細砂組成，粉質粘土層幾 乎沒有或很薄。另一部分含粉質粘土層、粉土層在3 10 m 左右。整個場地普遍存在液化情況。對于地基處理深度范圍內為粉細砂的區域，我 們做了無填料振沖試驗區 2 個: 試驗一區( 振沖振 點間距 2. 5 m，40 m 40 m) 、試驗二區( 振沖振點間 距 2. 2 m，40 m 40 m) 。4 1 試驗區工程地質情況場地標高約 5. 5 m，從場地標高往下 15 m 范 圍內，均為粉細砂組成。試驗一區內勘察孔號為 71 號，試驗二區內勘察孔號為 42 號，其原始勘察

12、孔剖 面圖如圖 1 所示。4 20 19. 8 20. 0 5. 0 80. 0 15. 0 表 2 42 號勘察孔顆粒組成統計表顆粒組成百分比 / %取土深 序號度 / m 0. 5 mm 0. 25 mm 0. 075 mm 0. 05 mm 0. 05 mm123456789101112131415161718190. 8 1. 01. 8 2. 02. 8 3. 03. 8 4. 04. 8 5. 05. 8 6. 06. 8 7. 07. 8 8. 08. 8 9. 09. 8 10. 010. 8 11. 011. 8 12. 012. 8 13. 013. 8 14. 014.

13、8 15. 015. 8 16. 016. 8 17. 017. 8 18. 018. 8 19. 084. 085. 075. 080. 080. 080. 080. 078. 080. 080. 080. 078. 080. 080. 080. 080. 078. 080. 077. 016. 015. 015. 016. 016. 017. 018. 016. 015. 014. 014. 015. 017. 016. 017. 018. 015. 016. 015. 010. 05. 04. 03. 02. 04. 05. 06. 06. 07. 03. 04. 03. 02. 07.

14、 04. 08. 0圖 1 原始勘察孔剖面圖 20 19. 8 20. 0 6. 0 80. 0 14. 0 2 個勘察孔的顆粒組成統計如表 1、2。試驗施工方案采用 75 kW 振沖器對場地進行無填料振沖處4 2理，雙點共振的振沖方式。 振點間距試驗一區為2. 5 m、試驗二區為 2. 2 m，等邊三角形布置。施工 場地地面標高 5. 5 m，處理深度 10. 0 m，即實際樁 長為 15. 5 m。圖 2 為施工示意圖。無填料振沖施工技術要求:( 1) 振沖方式: 采用雙點共振法進行施工;圖 2 施工示意圖探礦工程( 巖土鉆掘工程)2012 年第 39 卷第 2 期58( 2) 留振時間:

15、 10 s;( 3) 下沉和上提速度: 4 m / min;( 4) 水壓: 上部 2 m 成孔時為 0. 3 MPa，2 m 以 深為 0. 2 MPa;( 5) 提升間距: 每段提升高度為 0. 5 m;( 6) 成樁: 慢速振沖下沉至樁底，留振 60 s;慢速振沖上拔至孔口處，留振 120 s; 慢速振沖 下沉至樁底以上 0. 5 m 處，留振 30 s; 慢速振沖上 拔 0. 5 m，留振 10 s; 依次類推，每段上拔 0. 5 m， 每段留振 10 s; 直至孔口處，再留振 60 s; 再次 振沖下沉至樁底以上 1. 0 m 處，留振 20 s; 慢速振 沖上拔 0. 5 m 處，

16、留振 10 s; 依次類推至孔口，每 段上拔 0. 5 m，每段留振 10 s; 瑏瑠 成樁結束，關閉水 泵及振沖器，移至下一根樁。表 3 處理后的地基土密實度及承載力特征值承載力特征值分層及分段底深度/ m施工 地層區段 編號標貫修正擊數 / N密實度f / kPa范圍值標準值ak稍密，局部松散中密 密實，局部中密 稍密 中密3. 39. 3 9. 613. 5 13. 6178 15. 513. 7 34. 419. 9 60. 712. 6 26. 911. 321. 637. 714. 1140170220170試驗一區稍密，局部松散中密 密實 密實 中密，局部密實3. 88. 8 9

17、. 113. 1 13. 516. 59 15. 517. 4 56. 729. 2 64. 517. 8 43. 110. 329. 544. 324. 2140200280210試驗二區表 4 場地抗震設計參數抗震設防烈度設計基本地震加速度設計地震分組標貫錘擊數基準值縣區唐海第一組70. 15g8m 范圍之內的飽和砂土及粉土層進行液化判別。地下水位按實測靜止水位考慮，標準貫入錘擊數臨界 值計算公式如下:Ncr = N00. 9 + 0. 1( ds dW ) 槡3 / c試驗效果評價施工工效4 34 3 1根據本工程施工情況，樁長 15. 5 m 的樁，一次完整的施工需要費時 40 min

18、，以此來計算，如果采用雙 點振沖進行施工，每天完成樁數 60 70 根。樁間距 以 2. 5 m 計，每天可處理的施工區域面積為 324 378 m2 。在場地條件及設備條件保證的情況下，采用三頭 振沖進行施工，每天可處理的施工區域面積更多。( ds 15)Ncr = N0 ( 2. 4 0. 1dW ) 槡3 / c( 15d 20)s式中: N0 液化判別標準貫入錘擊數基準值，取N0 = 8; ds 飽和土標準貫入點深度，m; dW 地 下水位深度，m; c 粘粒含量百分率，當砂土粘粒含量 3% 時，取 c = 3。采用上式計算出的標貫臨界值與地基處理后的 檢驗值進行比較，其消除液化情況如

19、下:試驗一區大部分檢驗點已基本消除液化，但在 P1、P3、P5、P6 號檢驗點出現零星液化點， 液化指數 ILE = 0. 34 1. 00，均屬較微液化。試驗二區大部分檢驗點已全部消除液化，僅在工后沉降分析4 3 2根據對施工區域在施工前后地面標高的量測，試驗一區( 振點間距 2. 5 m) 施工后的地面平均比施 工前低 100 cm，試驗二區( 振點間距 2. 2 m) 施工后 的地面平均比施工前低 150 cm，說明本施工方法在 此地層中的加密效果的有效性。4 4 施工結束后地基檢測情況施工結束 14 天后，采用標準貫入試驗檢驗。共 布置檢驗點 12 個，試驗一區、試驗二區各 6 個;

20、半數 布置在振沖點中心處，半數布置在振沖點圍成的區 域形心處; 檢驗深度標高為 12. 0 m ( 高程采用當 地最低理論潮面為基準) ，標貫間距 1. 0 m。4 4 1 處理后的地基土密實度及承載力特征值 根據標貫值估算振沖處理后的地基承載力特征值見表 3。基本滿足設計要求，地基處理效果十分 明顯。4 4 2 處理后的地基消除液化情況根據建筑抗震設計規范( GB 50011 2001 )( 2008 年版) 附錄 A( 本工程施工時 2010 版抗震規 范未執行) ，查得本場地抗震設計參數見表 4。按建 筑抗震設計規范( GB 50011 2001 )( 2008 年版) 第4 3 節中的

21、有關規定，對地面以下20P2 號檢驗點出現零星液化 點，液 化 指 數 ILE1. 64，屬較微液化。按建 筑抗震設計規范( GB 50011 2001 )( 2008 年版) 表 4 3 5 對本次檢驗液化情況綜合劃 分見表 5。4 4 3 處理后的地基情況評價試驗一區振沖點間距為 2. 5 m，地基處理效果 較好，砂土液化基本消除，但有 4 個檢驗點局部區域 存在零星的液化點，根據野外巖( 土) 心肉眼鑒定， 粉砂層中局部含有粘粒，對砂層的排水不利，可能影 響到振密效果。試驗二區振沖點間距為 2. 2 m，地基處理效果 良好，砂土液化全部消除( P2 底部出現的液化點=2012 年第 39

22、 卷第 2 期探礦工程( 巖土鉆掘工程)59表 5 場地液化情況容置疑。它的突出優勢在于處理深度深，處理深度達到 15. 5 m，從上到下處理深度內，砂的密實度都 得到了提高，消除了大部分后期沉降。采用常規的 強夯法、“塑料排水板 + 強夯”，無法處理消除如此 深度的地基液化。( 2) 無填料振沖與傳統填料振沖相比，具有不 需石料、排污少、施工簡便、施工效率高、施工工期短 等優勢。( 3) 含泥量的大小對施工參數和地基加固質量 有較大的影響，采用無填料振沖法進行粉細砂地基 加固，必須先在典型區域做試驗區，驗證有關技術參 數及無填料振沖在本場區的適用性。( 4) 本工程的成功實施，為無填料振沖法

23、在同 類地基中的推廣應用及相應規范的制定或修改提供 了一些成功的經驗。液化指數 ILE液化點深度/ m液化段厚度/ m施工 檢驗點 液化液化等級區段 編號土層單點單層平均P1P3 14. 3 16. 3 0. 7 2. 32. 01. 60. 340. 160. 340. 16輕微輕微試驗一區 P5 15. 3 16. 3 1. 0 0. 07 0. 07 輕微0. 394. 3 5. 315. 3 16. 31. 01. 00. 460. 55輕微P61. 00試驗二區P214. 8 16. 51. 71. 641. 64輕微1. 64帶有隨機性) 。對比試驗一區與試驗二區，可初步得出振沖點

24、 間距的適當加密，致使二區處理效果好于一區，承載 力提高也略大于一區。表層地基承載力略低。在大面積施工的情況下，為了滿足堆場區地基 承載力達到 150 kPa、軌道梁區地基承載力達到 200 kPa 的設計要求，可以在無填料振沖施工結束后，增 加低夯擊能強夯處理表層地基，使其達到地基承載 力設計要求。參考文獻:1234JGJ 79 2002，建筑地基處理技術規范SGB 50011 2001，建筑抗震設計規范SDB 13( J) / T48 2005，河北省建筑地基承載力技術規程S楊光緒 粉細砂特性及其工程措施J 施工設計研究，1996，33( 2) : 1 16周健，賈敏才，池永 無填料振沖法

25、加固粉細砂地基試驗研究 及應用J 巖石力學與工程學報，2003，( 8) 5 結語( 1) 采用無填料振沖處理粉細砂類土地基的方 法，對提高地基承載力、消除液化地基液化的效果毋5檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾(上接第 55 頁)的加工要求不高，并可根據工程需要模擬場地應力 條件進行滲透試驗;( 4) 采用氣水隔離供液裝置不但解決了壓氣增 加滲透壓使氣體進入滲透液的問題，而且可進行滲 透液脫氣;( 5) 采用數字化采集處理系統，不但減少了測 量讀數等人為影響，提高了測量精度，而且快速便 捷，可無人值守，提高了工作效率，減輕了勞動強度。參考