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【摘 要】随着西部大开发政策的实施，近些年来，宁夏地区的基础设施建设得到飞速发展。特别是银川地区，作为宁夏回族自治区的省会城市更是发挥着排头兵的作用，引领者宁夏各地区基础建设的飞速发展。同时而来的是各种地基处理措施在建筑物地基处理中的广泛应用。作为地基处理之一的碎石桩法更是被广泛应用于银川地区的建筑地基处理当中来。而其处理的方法却需要针对不同的工程进行探索和创新实用。
【关键词】挤密；置换；围封；排水减压；满堂布置；周边布置
New applications of the gravel pile in the Ningxia region
Ma Ye,Wang Jian
(Ningxia Ruiji Geotechnical Engineering Co., Ltd Yinchuan Ningxia 750000)
【Abstract】With the implementation of western development policy in recent years, Ningxia region's infrastructure have developed rapidly. Yinchuan area, as the capital city of the Ningxia Hui Autonomous Region is to play the role of the vanguard, leading the rapid development of infrastructure by Ningxia. At the same time from the various ground treatment measures widely used in the treatment of the foundations of buildings. As a foundation to deal with one of the gravel piles are widely used in the Yinchuan building foundations processed. Processing needs for a different project, exploration and innovation and practical.
【Key words】Compaction;Replacement;Enclosed;Drainage decompression;Full house layout;Surrounding layout
1. 前言
碎石桩法作为一种常用的地基处理方法，被广泛的用于建筑物的地基处理当中，主要适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土等地基。它的加固原理：
1.1 对松散砂土加固原理主要有以下三个方面作用：（1）挤密作用对挤密碎石桩法，在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管中的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，这就是挤密作用。有效范圍可达3～4倍桩径。（2）排水减压作用对砂土液化机理的研究证明，当饱和砂土受到剪切循环荷载作用时，将发生体积的收缩和趋于密实，在砂土无排水条件时体积的快速收缩将导致静孔隙水压力来不及消散而急剧上升。当砂土中有效应力降低为零时便形成了完全液化。碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（卵石、砾石）等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。（3）砂基预震效应美国H.B.Seed等人（1975）的实验表明，在一定应力循环次数下，当两试样的相对密度相同时，要造成经过预震的试样发生液化，所需施加的应力要比施加未经预震的试样引起液化所需应力值提高46%。从而得出了砂土液化特性除了与砂土的相对密度有关外，还与其振动应变史有关的结论。在振动施工时，施工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，这对砂土增强抗液化能力是极为有利的。
1.2 对粘土加固机理对粘性土地基（特别是饱和软土），碎石桩的作用不是使地基挤密而是置换。碎石桩置换法是一种换土置换，即以性能良好的碎石来替换不良地基土；排土法则是一种强制置换，它是通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换，而对桩间土的挤密效果并不明显，在地基中形成具有密实度高和直径大的桩体，它与原粘性土构成复合地基而共同工作。
用碎石桩法处理建筑物地基在以往的传统处理方法中主要是以满堂处理为主，而我公司在银川一工程场地尝试以周边处理为主。本次在建筑物地基周边实施碎石桩（沉管法），主要是以提高建筑地基周边土的抗剪强度（挤密或置换），增强其对建筑物下地基土的横向约束力，并结合桩体本身对建筑地基下液化土进行围封，同时在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，从而以达到消除砂土地基液化、节约工程成本、缩短工期为目的。本文通过具体工程实例，说明碎石桩在地基处理中的新应用。
2. 工程实例
2.1 工程地质概况宁夏银川中房集团房地产公司开发的东城人家小区工程（本次论述主要针对小区18幢5层住宅楼，框架结构，筏板基础）占地总面积311497.9m2，总建筑面积640692 m2。本场区地貌单元属黄河冲积银川平原Ⅰ级阶地（据宁夏历史记载：该区段地震后发生砂土液化及喷砂冒水现象比较多见），其地层在控制深度范围内，表层为填土，其下均为第四纪堆积物。地层自上而下分为下述六层：
①杂填土层：杂色，松散——稍密，干——稍湿，以粘性土为主含碎砖、石块等建筑垃圾及生活垃圾。平均层厚1.17米；层底标高：1108.30～1109.55米，平均1108.88米。场区仅在局部地段可见。
②素填土层（Q4mL）：成分以粉质粘土为主，粉细砂、粉土次之，均匀性差；暗褐——褐色，局部呈蓝灰色，稍——湿，稍密。平均层厚2.35米；层底标高：1106.22～1107.90米，平均1106.96米。为堆积时间超过10年的老填土。场区普遍分布。承载力特征值： fak=110KPa。
③-1粉土层（Q4 aL）：黄褐色，松散——稍密，饱和，摇振反应中等——迅速，干强度低，韧性低。平均层厚0.95米。层底标高：1104.52～1107.04米，平均1106.39米。整个场区呈透镜状分布。承载力特征值： fak=120KPa。
③粉质粘土层（Q4 aL）：褐色，饱和，可塑——硬塑状，稍有光泽——光泽反应，中等干强度，中等韧性。平均层厚1.31米。层底标高：1103.53～1106.03米，平均1105.23米。整个场区呈透镜状分布。承载力特征值： fak=140KPa。
③-2粉土层（Q4 aL）：黄褐色，松散——稍密，饱和，摇振反应中等——迅速，干强度低，韧性低。平均层厚1.145米。层底标高：1103.50～1105.10米，平均1104.30米。整个场区呈透镜状分布。承载力特征值： fak=130KPa。
④粉细砂层（Q4 aL）：黄褐色——灰褐色，松散——密实，饱和状，其矿物成份主要为长石、石英、云母等。该层层顶埋深3.20～7.70米，层顶标高：1102.43～1106.82米，钻探深度内未见底。局部地段夹粉质粘土层④-1、粉土层④-2透镜体。承载力特征值：绝对高程1103.50米以上 fak=120KPa，绝对高程1103.50米以上 fak=110KPa；绝对高程1103.50-1101.50米之间 fak=180KPa；绝对高程1101.50米以下 fak=260KPa。
本次勘察查明场地地下地下水属潜水型， 地下水补给以灌渠侧向径流渗透和地表水下渗补给为主，稳定水位埋深在2.20米左右，埋藏相对较浅。通过标准贯入试验法对本场地饱和粉土及砂土进行液化判别表明：本场地饱和粉土及砂土具轻微-中等液化特征，其中中等液化孔占10%左右，但考虑到本场地所处特殊区段（该区段地貌单元属黄河冲积银川平原Ⅰ级阶地，据宁夏历史记载：该区段地震后发生砂土液化及喷砂冒水现象比较多见），综合评价本场地为中等液化场地。建筑抗震设计规范要求：地基液化等级为中等的液化场地，抗震设防类别为丙类的建筑，应采取基础和上部结构处理，或更高要求的抗液化措施。
2.2 基础方案选择。
建筑抗震设计规范要求：地基液化等级为中等的液化场地，抗震设防类别为丙类的建筑，应采取基础和上部结构处理，或更高要求的抗液化措施。针对本场地土层情况和建筑设计部门的设计要求，初步提出如下两种方案。
2.2.1 碎石挤密桩复合地基基础方案建议处理深度6.0～9.5米左右，处理宽度宜在基础外缘扩大寬度不小于5米（满堂处理）；基础底部与砂石桩顶部之间应铺设一层400mm的砂石垫层，砂石垫层应进行碾压夯实，压实系数不小于0.97；桩孔位采用等边三角形布置，桩管尺寸：377mm（成桩后，桩径至少达到500mm），桩密度1.2根/米2（宁夏地区经验）。经处理后复合地基承载力特征值 fak值可按150 KPa考虑使用。
桩成孔工艺采用内外套管夯击成孔。
2.2.2 钢筋砼打入式预制桩持力层为密实状粉细砂层。桩长：6.0～9.5米 ，桩截面尺寸：0.25*0.25米2。施工中桩长用贯入度控制（≤3cm/10击）。单桩竖向极限承载力按500KN/根设计使用（安全系数取2，既单桩竖向承载力特征值为250KN/根）。
2.2.3 基础方案比较根据工程特点、场地地质条件，天然地基（采用筏板基础）承载力、变形满足设计要求；但由于场地地基液化等级为中等，需要采取抗液化措施，而以上两种方案均能达到消除液化的目的。采用桩基础工程造价高，且施工周期长。采用碎石挤密桩复合地基，工程造价较低，施工周期也相对较短。但是在天然地基承载力、变形均满足设计要求的前提下，建设单位希望能采取更好的办法，即达到解决地基液化的问题，同时又能降低工程造价、缩短工期的问题。
以往，宁夏地区碎石桩处理范围均是满堂处理，但是根据相关资料：理论分析与振动台试验均已证明液化的主要危害来自基础外侧，液化持力层范围内位于基础直下方的部位其实最难液化，由于最先液化区域对基础直下方未液化部分的影响，使之失去侧边土压力支持。在外侧易液化区的影响得到控制的情况下，轻微液化的土层是可以作为基础持力层的。虽然本场地评价为中等液化场地，但是中等液化孔数所占比例较低（10%）。决定只对基础周边土体（基础外缘不小于5米范围内）进行处理，以达到消除周边土体的液化影响，同时又对周边土体进行加固而提高其抗剪强度，增强其对建筑基础下液化土体的侧向约束力（增强围封作用），并且在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化。施工完毕后，在规范要求的龄期，对碎石桩桩体和桩间土进行检测表明：基础周边饱和粉土、砂土均已消除液化，并且被加固土体抗剪强度得到很大的提高。
3. 效果评价
本次地基处理新方法，为本工程节约成本（地基处理方面的成本）近40%左右，同时也大大缩短了预计工期。该工程投入使用近4年，建筑物地基稳定，承载力、变形均满足要求。此次的地基处理新方法，作为中房集团东城人家工程十大大节能环保新方法之一，受到了上级主管部门及专家的好评。同时，为建设单位节省了资金，缩短了工期，使工程提前投入使用，受到了建设单位的赞誉。
4. 结语
通过以上的工程实例证明，我们在根据工程特点、场地工程地质条件，选择合理地基基础处理方案的基础上，应充分发挥所选地基基础方案的特性，不断进行探索和创新。这样既能考虑到工程安全性，又能考虑到工程的经济性。本次中房东城人家工程，我们针对以往传统的碎石桩处理方法（满堂处理）进行了改进（周边处理）。不但把安全性、经济性和适用性完美地结合起来，而且还在我区的地基处理技术领域起到创新作用，为创建节约型社会做出了一点贡献。
参考文献
［1］ 刘正峰主编.地基与基础工程新技术实用手册.海潮出版社，2000.
［2］ 中国建筑科学研究院.GB 50011-2001、GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》.北京：中国建筑工业出版社，2001，2010.
［3］ 中国建筑科学研究院.JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》.北京：中国建筑工业出版社，2002.
［文章编号］1006-7619（2011）02-09-064
［作者简介］ 马叶（1976.9-），职称：工程师、国家注册岩土工程师，单位：宁夏瑞基岩土工程有限公司，毕业院校：华北水利水电学院。
王坚，职称：工程师，毕业院校：成都地质学院。
【关键词】挤密；置换；围封；排水减压；满堂布置；周边布置
New applications of the gravel pile in the Ningxia region
Ma Ye,Wang Jian
(Ningxia Ruiji Geotechnical Engineering Co., Ltd Yinchuan Ningxia 750000)
【Abstract】With the implementation of western development policy in recent years, Ningxia region's infrastructure have developed rapidly. Yinchuan area, as the capital city of the Ningxia Hui Autonomous Region is to play the role of the vanguard, leading the rapid development of infrastructure by Ningxia. At the same time from the various ground treatment measures widely used in the treatment of the foundations of buildings. As a foundation to deal with one of the gravel piles are widely used in the Yinchuan building foundations processed. Processing needs for a different project, exploration and innovation and practical.
【Key words】Compaction;Replacement;Enclosed;Drainage decompression;Full house layout;Surrounding layout
1. 前言
碎石桩法作为一种常用的地基处理方法，被广泛的用于建筑物的地基处理当中，主要适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土等地基。它的加固原理：
1.1 对松散砂土加固原理主要有以下三个方面作用：（1）挤密作用对挤密碎石桩法，在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管中的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，这就是挤密作用。有效范圍可达3～4倍桩径。（2）排水减压作用对砂土液化机理的研究证明，当饱和砂土受到剪切循环荷载作用时，将发生体积的收缩和趋于密实，在砂土无排水条件时体积的快速收缩将导致静孔隙水压力来不及消散而急剧上升。当砂土中有效应力降低为零时便形成了完全液化。碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（卵石、砾石）等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。（3）砂基预震效应美国H.B.Seed等人（1975）的实验表明，在一定应力循环次数下，当两试样的相对密度相同时，要造成经过预震的试样发生液化，所需施加的应力要比施加未经预震的试样引起液化所需应力值提高46%。从而得出了砂土液化特性除了与砂土的相对密度有关外，还与其振动应变史有关的结论。在振动施工时，施工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，这对砂土增强抗液化能力是极为有利的。
1.2 对粘土加固机理对粘性土地基（特别是饱和软土），碎石桩的作用不是使地基挤密而是置换。碎石桩置换法是一种换土置换，即以性能良好的碎石来替换不良地基土；排土法则是一种强制置换，它是通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换，而对桩间土的挤密效果并不明显，在地基中形成具有密实度高和直径大的桩体，它与原粘性土构成复合地基而共同工作。
用碎石桩法处理建筑物地基在以往的传统处理方法中主要是以满堂处理为主，而我公司在银川一工程场地尝试以周边处理为主。本次在建筑物地基周边实施碎石桩（沉管法），主要是以提高建筑地基周边土的抗剪强度（挤密或置换），增强其对建筑物下地基土的横向约束力，并结合桩体本身对建筑地基下液化土进行围封，同时在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，从而以达到消除砂土地基液化、节约工程成本、缩短工期为目的。本文通过具体工程实例，说明碎石桩在地基处理中的新应用。
2. 工程实例
2.1 工程地质概况宁夏银川中房集团房地产公司开发的东城人家小区工程（本次论述主要针对小区18幢5层住宅楼，框架结构，筏板基础）占地总面积311497.9m2，总建筑面积640692 m2。本场区地貌单元属黄河冲积银川平原Ⅰ级阶地（据宁夏历史记载：该区段地震后发生砂土液化及喷砂冒水现象比较多见），其地层在控制深度范围内，表层为填土，其下均为第四纪堆积物。地层自上而下分为下述六层：
①杂填土层：杂色，松散——稍密，干——稍湿，以粘性土为主含碎砖、石块等建筑垃圾及生活垃圾。平均层厚1.17米；层底标高：1108.30～1109.55米，平均1108.88米。场区仅在局部地段可见。
②素填土层（Q4mL）：成分以粉质粘土为主，粉细砂、粉土次之，均匀性差；暗褐——褐色，局部呈蓝灰色，稍——湿，稍密。平均层厚2.35米；层底标高：1106.22～1107.90米，平均1106.96米。为堆积时间超过10年的老填土。场区普遍分布。承载力特征值： fak=110KPa。
③-1粉土层（Q4 aL）：黄褐色，松散——稍密，饱和，摇振反应中等——迅速，干强度低，韧性低。平均层厚0.95米。层底标高：1104.52～1107.04米，平均1106.39米。整个场区呈透镜状分布。承载力特征值： fak=120KPa。
③粉质粘土层（Q4 aL）：褐色，饱和，可塑——硬塑状，稍有光泽——光泽反应，中等干强度，中等韧性。平均层厚1.31米。层底标高：1103.53～1106.03米，平均1105.23米。整个场区呈透镜状分布。承载力特征值： fak=140KPa。
③-2粉土层（Q4 aL）：黄褐色，松散——稍密，饱和，摇振反应中等——迅速，干强度低，韧性低。平均层厚1.145米。层底标高：1103.50～1105.10米，平均1104.30米。整个场区呈透镜状分布。承载力特征值： fak=130KPa。
④粉细砂层（Q4 aL）：黄褐色——灰褐色，松散——密实，饱和状，其矿物成份主要为长石、石英、云母等。该层层顶埋深3.20～7.70米，层顶标高：1102.43～1106.82米，钻探深度内未见底。局部地段夹粉质粘土层④-1、粉土层④-2透镜体。承载力特征值：绝对高程1103.50米以上 fak=120KPa，绝对高程1103.50米以上 fak=110KPa；绝对高程1103.50-1101.50米之间 fak=180KPa；绝对高程1101.50米以下 fak=260KPa。
本次勘察查明场地地下地下水属潜水型， 地下水补给以灌渠侧向径流渗透和地表水下渗补给为主，稳定水位埋深在2.20米左右，埋藏相对较浅。通过标准贯入试验法对本场地饱和粉土及砂土进行液化判别表明：本场地饱和粉土及砂土具轻微-中等液化特征，其中中等液化孔占10%左右，但考虑到本场地所处特殊区段（该区段地貌单元属黄河冲积银川平原Ⅰ级阶地，据宁夏历史记载：该区段地震后发生砂土液化及喷砂冒水现象比较多见），综合评价本场地为中等液化场地。建筑抗震设计规范要求：地基液化等级为中等的液化场地，抗震设防类别为丙类的建筑，应采取基础和上部结构处理，或更高要求的抗液化措施。
2.2 基础方案选择。
建筑抗震设计规范要求：地基液化等级为中等的液化场地，抗震设防类别为丙类的建筑，应采取基础和上部结构处理，或更高要求的抗液化措施。针对本场地土层情况和建筑设计部门的设计要求，初步提出如下两种方案。
2.2.1 碎石挤密桩复合地基基础方案建议处理深度6.0～9.5米左右，处理宽度宜在基础外缘扩大寬度不小于5米（满堂处理）；基础底部与砂石桩顶部之间应铺设一层400mm的砂石垫层，砂石垫层应进行碾压夯实，压实系数不小于0.97；桩孔位采用等边三角形布置，桩管尺寸：377mm（成桩后，桩径至少达到500mm），桩密度1.2根/米2（宁夏地区经验）。经处理后复合地基承载力特征值 fak值可按150 KPa考虑使用。
桩成孔工艺采用内外套管夯击成孔。
2.2.2 钢筋砼打入式预制桩持力层为密实状粉细砂层。桩长：6.0～9.5米 ，桩截面尺寸：0.25*0.25米2。施工中桩长用贯入度控制（≤3cm/10击）。单桩竖向极限承载力按500KN/根设计使用（安全系数取2，既单桩竖向承载力特征值为250KN/根）。
2.2.3 基础方案比较根据工程特点、场地地质条件，天然地基（采用筏板基础）承载力、变形满足设计要求；但由于场地地基液化等级为中等，需要采取抗液化措施，而以上两种方案均能达到消除液化的目的。采用桩基础工程造价高，且施工周期长。采用碎石挤密桩复合地基，工程造价较低，施工周期也相对较短。但是在天然地基承载力、变形均满足设计要求的前提下，建设单位希望能采取更好的办法，即达到解决地基液化的问题，同时又能降低工程造价、缩短工期的问题。
以往，宁夏地区碎石桩处理范围均是满堂处理，但是根据相关资料：理论分析与振动台试验均已证明液化的主要危害来自基础外侧，液化持力层范围内位于基础直下方的部位其实最难液化，由于最先液化区域对基础直下方未液化部分的影响，使之失去侧边土压力支持。在外侧易液化区的影响得到控制的情况下，轻微液化的土层是可以作为基础持力层的。虽然本场地评价为中等液化场地，但是中等液化孔数所占比例较低（10%）。决定只对基础周边土体（基础外缘不小于5米范围内）进行处理，以达到消除周边土体的液化影响，同时又对周边土体进行加固而提高其抗剪强度，增强其对建筑基础下液化土体的侧向约束力（增强围封作用），并且在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化。施工完毕后，在规范要求的龄期，对碎石桩桩体和桩间土进行检测表明：基础周边饱和粉土、砂土均已消除液化，并且被加固土体抗剪强度得到很大的提高。
3. 效果评价
本次地基处理新方法，为本工程节约成本（地基处理方面的成本）近40%左右，同时也大大缩短了预计工期。该工程投入使用近4年，建筑物地基稳定，承载力、变形均满足要求。此次的地基处理新方法，作为中房集团东城人家工程十大大节能环保新方法之一，受到了上级主管部门及专家的好评。同时，为建设单位节省了资金，缩短了工期，使工程提前投入使用，受到了建设单位的赞誉。
4. 结语
通过以上的工程实例证明，我们在根据工程特点、场地工程地质条件，选择合理地基基础处理方案的基础上，应充分发挥所选地基基础方案的特性，不断进行探索和创新。这样既能考虑到工程安全性，又能考虑到工程的经济性。本次中房东城人家工程，我们针对以往传统的碎石桩处理方法（满堂处理）进行了改进（周边处理）。不但把安全性、经济性和适用性完美地结合起来，而且还在我区的地基处理技术领域起到创新作用，为创建节约型社会做出了一点贡献。
参考文献
［1］ 刘正峰主编.地基与基础工程新技术实用手册.海潮出版社，2000.
［2］ 中国建筑科学研究院.GB 50011-2001、GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》.北京：中国建筑工业出版社，2001，2010.
［3］ 中国建筑科学研究院.JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》.北京：中国建筑工业出版社，2002.
［文章编号］1006-7619（2011）02-09-064
［作者简介］ 马叶（1976.9-），职称：工程师、国家注册岩土工程师，单位：宁夏瑞基岩土工程有限公司，毕业院校：华北水利水电学院。
王坚，职称：工程师，毕业院校：成都地质学院。