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【摘 要】介绍了某工程采用振冲法加固软弱地基的加固效果、并进行了分析。
【关键词】振冲桩;标准贯入试验;地基承载力;液化
Application research of vibro-pile soft pebble foundation
Zhang Ji-ling,Wang Xue-zeng
(Shaanxi Hongji Construction Survey and Design Engineering Co., Ltd. Xi'an Shaanxi 710000)
【Abstract】The article describes an engineering method using vibro-reinforced soft foundation reinforcement effect, and analyzed.
【Key words】Vibro pile; Standard penetration test; Foundation bearing capacity; Liquefaction
1. 工程概况
该工程是陕西省某一重点工程迁移项目,位于西安市北郊草滩,场地地表以下6m范围内为细砂、中砂和淤泥质土,地基强度较低,变形大,且场地细砂层在8度地震时将产生中等液化。
工程分Ⅰ区(生活区)和Ⅱ区(生产区),层丙类建筑,分单层厂房、一般单层和多层砖房,多层生产、办公综合楼。经计算,地基不能满足设计要求,故采用振冲卵石桩加固处理地基。
地基处理后采用多种手段进行检测,结果采用各项指标均已满足设计要求,实践证明,采用振冲卵石桩加固处理软弱地基适用、可行,对提高地基承载力,减小变形及消除8度地震时的砂土液化非常有效。
2. 工程地质条件及地基处理
2.1 该地貌单元属于渭河右岸Ⅰ级阶地,各层性能如下:
①黄土状土(Q4al),厚0.4~1.0m,可塑,fak=130KPa;
②细砂(Q4al),厚1.0~4.5m,饱和,松散,fak=130KPa,标准贯入击数6~9击,平均7.7击,压缩模量ES=7.7MPa;
③中砂(Q4al),饱和,松散~中密,8m以上fak=140KPa,标准贯入击数6.3~10.6击,平均8.4击,8m以下fak=200KPa;
夹层③-1为淤泥,厚0.3~1.5m,fak,中密,fak=160KPa;
拟建场地地下水位埋深为1.60～2.20m,属潜水类型。
由勘察报告知,拟建场地土类型为软弱土,建筑场地类别为Ⅲ类,8度地震时场内8m以上饱和砂土为中等液化,故要求采用人工地基,即加固地基并部分消除8度地震时砂土可能产生的液化。
2.2 地基处理的要求如下:
(1)设计要求:单层厂房地基承载力特征值fak≥200KPa,一般单层及多层房屋地基承载力特征值fak≥150KPa,压缩模量ES≥8.0MPa,部分消除8度地震时砂土可能发生的液化。
(4)试验要求:进行载荷板,卵石桩体及桩间土承载能力试验,标贯及动力触探试验。
3. 卵石桩设计
(1)卵石桩梅花状布置,按正三角形分布。桩间距L=1.8m,桩径为700mm,800mm两种,共布桩3450根,卵石填料。
(2)处理深度天然地面(标高373m)以下6 m至基础底面,有淤泥夹层时处理至夹层以下
(3)桩体卵石要求达到中密。施工及质量检验应遵照《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91。
4. 施工工艺
(1)施工机具:30,35KW振冲器各一台,出口水压0.6～0.8MPa,水泵、吊车各2台。
(2)施工参数:成孔水压0.6～0.8MPa,成孔速度2～3m/min,制桩密实电流55A,制桩水压0.4～0.6MPa。
采用连续下料,每提升振冲器0.5m,便逐段振密,挤实成桩。
桩位放线误差小于10mm,制桩误差要求小于0.2d(d为桩直径)。
5. 效果检验与评价
地基处理后运用多种手段进行测试,静载荷试验6处(桩身、桩间土、复地基每区各一处),标准贯入试验34孔168处,动力触探孔34个。
5.1 标准贯入试验检测结果分析
(1)砂土液化判定。
为判定地基处理后砂土液化的消除情况,按照《建筑抗震设计规范》GBJ11-89[]进行判别,当N63.5 Ncr=N0[0.9+0.1(ds+dw)] 3/ρc
式中:Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值;N63.5为饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正);No为液化差别标准贯入锤击数基准值;ds为饱和点标准贯入点深度,m; dw为地下水位深度,m; ρc为粘粒含量百分率。
测点168个,实测锤击数N63.5=13~31击,临界锤击数Ncr=9.1～13.3,每个测点N63..5>Ncr,即不液化,故地基处理后,场地饱和砂土在8度过抗震设防烈度下可不考虑砂土液化。
(2)桩间土挤密效果评价。
振冲卵石桩间土(细砂)密实程度检测是通过标准贯入试验测试的,结合详勘报告标准贯入试验报告结果,数理统计后两者的N63.5值对比见表1:
注:①加固前天然地基的N63..5值仅为6.0m以上的数值;②n频数,N63..5平均值,标准值,变异系数。
由表1可知:振冲卵石桩桩间土(砂土)标准贯入锤击数较加固前天然地基提高2倍多,加固前的细砂为松散-稍密状态,加固后为稍密-中密状态,说明桩间土密实程度及强度都有明显提高。
5.2 重型动力触探试验检测结果分析。
现场桩体动力触探结果见表2。
通过以上结果可以看出,桩体密实程度较好。
5.3 静载荷试验检测结果分析。
根据现场静载荷试验确定的桩身、桩间土及复合地基承载力及变模量见表3。
根据表3中的桩身、桩间土承载能力标准值和变形模量值,按《建筑地基处理规范》(JGJ79-2002)第7.2.8-1条和有关资料计算了复合地基承载力标准值和变形模量,计算公式为:
fspk= mfpk+(1-m) fsk
式中:fspk为复合地基承载力标准值,fpk为桩体单位截面积承载力标准值;
fsk为桩间土的承载力标准值,m为面积置换率,m=d2/de2,其中d为桩的直径;de为等效影响圆的直径,de=1.05S,S为桩距。
通过计算,Ⅰ区(取=700mm)fspk=232.7KPa,Ⅱ区(取=800mm)fspk=248.3KPa。
最后检验报告建议复合地基承载力Ⅰ区取220KPa,Ⅱ区取230KPa,均满足地基承载力150～220KPa的设计要求。
注:Ⅰ区桩间为黄土状土,Ⅱ区桩间土为细砂。
6. 结论
(1)试验结果表明,加固效果明显,其中允许承载能力提高1.7倍,压缩模量提高2.73倍,桩间土标准贯入锤击数提高2.19倍,这说明采用振冲卵石桩加固处理细砂地基适用可行,对提高地基承载力、减少变形及消除8度地震时的砂土液化十分有效。
(2)试验结果可以看出,加固效果远远好于设计计算要求,这说明通过经验公式确定的地基允许承载力与实际有一定出入。在缺少计算方法的情况下,建议通过现场调整桩距、桩径的试验来取得最佳值及施工参数,使设计既安全又经济合理。
(3)从抗液化的能力分析,卵石桩不仅有挤密桩周围砂土和振密桩体的作用,而且桩体还有较好的排水效应,因为该填料具有较好的透水性,在地震作用下,桩体可起排水通道作用,使饱和砂土中的孔隙水压力能沿排水通道及时消失或减轻,使砂土液化的危险性降低。与其它方法相比,该方法对消除液化有针对性较强、效果好等特点。
(4)本工程设计为碎石桩,后改用河卵石代替碎石,这样可就地取材,降低了加固成本,同样达了了较满意的效果。
(5)采用振冲卵石桩,不用钢材、木材、水泥,该工程综合费用95元/m3,远远低于钢筋混凝土桩的费用,比其它方法也经济,而且施工周期短。
参考文献
[1] JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范
[2] GB50011-2001,建筑抗震设计规范
[3] GB50011-2001
[4] 建筑抗震设计规范条文说明
[5] 该工程《工程地质勘察报告》(详勘)
[文章编号]1006-7619(2009)09-11-867
[作者简介]张继玲(1962- ),女,工程师,陕西宏基建筑勘察设计工程有限公司副总工程师。
【关键词】振冲桩;标准贯入试验;地基承载力;液化
Application research of vibro-pile soft pebble foundation
Zhang Ji-ling,Wang Xue-zeng
(Shaanxi Hongji Construction Survey and Design Engineering Co., Ltd. Xi'an Shaanxi 710000)
【Abstract】The article describes an engineering method using vibro-reinforced soft foundation reinforcement effect, and analyzed.
【Key words】Vibro pile; Standard penetration test; Foundation bearing capacity; Liquefaction
1. 工程概况
该工程是陕西省某一重点工程迁移项目,位于西安市北郊草滩,场地地表以下6m范围内为细砂、中砂和淤泥质土,地基强度较低,变形大,且场地细砂层在8度地震时将产生中等液化。
工程分Ⅰ区(生活区)和Ⅱ区(生产区),层丙类建筑,分单层厂房、一般单层和多层砖房,多层生产、办公综合楼。经计算,地基不能满足设计要求,故采用振冲卵石桩加固处理地基。
地基处理后采用多种手段进行检测,结果采用各项指标均已满足设计要求,实践证明,采用振冲卵石桩加固处理软弱地基适用、可行,对提高地基承载力,减小变形及消除8度地震时的砂土液化非常有效。
2. 工程地质条件及地基处理
2.1 该地貌单元属于渭河右岸Ⅰ级阶地,各层性能如下:
①黄土状土(Q4al),厚0.4~1.0m,可塑,fak=130KPa;
②细砂(Q4al),厚1.0~4.5m,饱和,松散,fak=130KPa,标准贯入击数6~9击,平均7.7击,压缩模量ES=7.7MPa;
③中砂(Q4al),饱和,松散~中密,8m以上fak=140KPa,标准贯入击数6.3~10.6击,平均8.4击,8m以下fak=200KPa;
夹层③-1为淤泥,厚0.3~1.5m,fak,中密,fak=160KPa;
拟建场地地下水位埋深为1.60～2.20m,属潜水类型。
由勘察报告知,拟建场地土类型为软弱土,建筑场地类别为Ⅲ类,8度地震时场内8m以上饱和砂土为中等液化,故要求采用人工地基,即加固地基并部分消除8度地震时砂土可能产生的液化。
2.2 地基处理的要求如下:
(1)设计要求:单层厂房地基承载力特征值fak≥200KPa,一般单层及多层房屋地基承载力特征值fak≥150KPa,压缩模量ES≥8.0MPa,部分消除8度地震时砂土可能发生的液化。
(4)试验要求:进行载荷板,卵石桩体及桩间土承载能力试验,标贯及动力触探试验。
3. 卵石桩设计
(1)卵石桩梅花状布置,按正三角形分布。桩间距L=1.8m,桩径为700mm,800mm两种,共布桩3450根,卵石填料。
(2)处理深度天然地面(标高373m)以下6 m至基础底面,有淤泥夹层时处理至夹层以下
(3)桩体卵石要求达到中密。施工及质量检验应遵照《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91。
4. 施工工艺
(1)施工机具:30,35KW振冲器各一台,出口水压0.6～0.8MPa,水泵、吊车各2台。
(2)施工参数:成孔水压0.6～0.8MPa,成孔速度2～3m/min,制桩密实电流55A,制桩水压0.4～0.6MPa。
采用连续下料,每提升振冲器0.5m,便逐段振密,挤实成桩。
桩位放线误差小于10mm,制桩误差要求小于0.2d(d为桩直径)。
5. 效果检验与评价
地基处理后运用多种手段进行测试,静载荷试验6处(桩身、桩间土、复地基每区各一处),标准贯入试验34孔168处,动力触探孔34个。
5.1 标准贯入试验检测结果分析
(1)砂土液化判定。
为判定地基处理后砂土液化的消除情况,按照《建筑抗震设计规范》GBJ11-89[]进行判别,当N63.5
式中:Ncr为液化判别标准贯入锤击数临界值;N63.5为饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正);No为液化差别标准贯入锤击数基准值;ds为饱和点标准贯入点深度,m; dw为地下水位深度,m; ρc为粘粒含量百分率。
测点168个,实测锤击数N63.5=13~31击,临界锤击数Ncr=9.1～13.3,每个测点N63..5>Ncr,即不液化,故地基处理后,场地饱和砂土在8度过抗震设防烈度下可不考虑砂土液化。
(2)桩间土挤密效果评价。
振冲卵石桩间土(细砂)密实程度检测是通过标准贯入试验测试的,结合详勘报告标准贯入试验报告结果,数理统计后两者的N63.5值对比见表1:
注:①加固前天然地基的N63..5值仅为6.0m以上的数值;②n频数,N63..5平均值,标准值,变异系数。
由表1可知:振冲卵石桩桩间土(砂土)标准贯入锤击数较加固前天然地基提高2倍多,加固前的细砂为松散-稍密状态,加固后为稍密-中密状态,说明桩间土密实程度及强度都有明显提高。
5.2 重型动力触探试验检测结果分析。
现场桩体动力触探结果见表2。
通过以上结果可以看出,桩体密实程度较好。
5.3 静载荷试验检测结果分析。
根据现场静载荷试验确定的桩身、桩间土及复合地基承载力及变模量见表3。
根据表3中的桩身、桩间土承载能力标准值和变形模量值,按《建筑地基处理规范》(JGJ79-2002)第7.2.8-1条和有关资料计算了复合地基承载力标准值和变形模量,计算公式为:
fspk= mfpk+(1-m) fsk
式中:fspk为复合地基承载力标准值,fpk为桩体单位截面积承载力标准值;
fsk为桩间土的承载力标准值,m为面积置换率,m=d2/de2,其中d为桩的直径;de为等效影响圆的直径,de=1.05S,S为桩距。
通过计算,Ⅰ区(取=700mm)fspk=232.7KPa,Ⅱ区(取=800mm)fspk=248.3KPa。
最后检验报告建议复合地基承载力Ⅰ区取220KPa,Ⅱ区取230KPa,均满足地基承载力150～220KPa的设计要求。
注:Ⅰ区桩间为黄土状土,Ⅱ区桩间土为细砂。
6. 结论
(1)试验结果表明,加固效果明显,其中允许承载能力提高1.7倍,压缩模量提高2.73倍,桩间土标准贯入锤击数提高2.19倍,这说明采用振冲卵石桩加固处理细砂地基适用可行,对提高地基承载力、减少变形及消除8度地震时的砂土液化十分有效。
(2)试验结果可以看出,加固效果远远好于设计计算要求,这说明通过经验公式确定的地基允许承载力与实际有一定出入。在缺少计算方法的情况下,建议通过现场调整桩距、桩径的试验来取得最佳值及施工参数,使设计既安全又经济合理。
(3)从抗液化的能力分析,卵石桩不仅有挤密桩周围砂土和振密桩体的作用,而且桩体还有较好的排水效应,因为该填料具有较好的透水性,在地震作用下,桩体可起排水通道作用,使饱和砂土中的孔隙水压力能沿排水通道及时消失或减轻,使砂土液化的危险性降低。与其它方法相比,该方法对消除液化有针对性较强、效果好等特点。
(4)本工程设计为碎石桩,后改用河卵石代替碎石,这样可就地取材,降低了加固成本,同样达了了较满意的效果。
(5)采用振冲卵石桩,不用钢材、木材、水泥,该工程综合费用95元/m3,远远低于钢筋混凝土桩的费用,比其它方法也经济,而且施工周期短。
参考文献
[1] JGJ79-2002,建筑地基处理技术规范
[2] GB50011-2001,建筑抗震设计规范
[3] GB50011-2001
[4] 建筑抗震设计规范条文说明
[5] 该工程《工程地质勘察报告》(详勘)
[文章编号]1006-7619(2009)09-11-867
[作者简介]张继玲(1962- ),女,工程师,陕西宏基建筑勘察设计工程有限公司副总工程师。