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摘要：饱和砂土在动力荷载作用下易发生液化而丧失承载能力 ,使路基填土遭受大规模的破坏。本文结合我公司承建的南水北调工程的实践经验，对饱和砂土的液化处理工艺展开一些列的探讨。
关键词：饱和砂土；液化处理；工艺变更
Abstract: The saturated sand under dynamic loads prone to easy have liquefaction and loss of carrying capacity, so that the embankment suffered massive destruction. This paper combines with the practical experience of water diversion project construction, to expand the liquefaction of saturated sand treatment process.Key words: saturated sand; liquefaction; process change
中图分类号：TU44文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一、工程概况
我公司承建的南水北调中线潮河段工程，起始桩号：SH(3)164+500 ～SH(3)172+500,全长8km.其中SH(3)164+500 ～SH(3)164+575和SH(3)167+680 ～SH(3)169+090总长1485米的总干渠两侧地基加固处理使用挤密砂石桩。
二、工程地质
(1) 渠基土岩体工程地质条件
起止桩号SH(3)164+500～SH(3)172+500，段长8000m，跨教场王、大马村和后吕坡～老张村等3个工程地质段。
桩号SH(3)164+500～SH(3)165+080 为粘砂多层结构，以挖方为主，局部为半挖半填，挖方深度一般9～10.5m。渠底板主要位于中壤土中，渠坡主要由细砂、重砂壤土和中壤土构成。重砂壤土、细砂土质不均，具弱～中等透水性，重砂壤土具地震液化潜势，建议采取强夯或换填土处理措施，强夯时地表应清基0.3～0.5m。地下水位高于渠底板，临近渠道设计水位，施工时存在排水问题及细砂、砂壤土在外水压力下渗透破坏问题，运行时存在渗漏和地震液化问题，应取降排水和防渗衬砌措施等。施工中应注意流砂、管涌等不良地质问题。该段地层岩性特征：①细砂（eolQ24）中密状。②重砂壤土（alQ14）:多呈可塑状，多具中等压缩性。③细砂（alQ3）: 中密。④中壤土（alQ3）：可塑～软塑状，多具中等压缩性。⑤重粉质壤土（dlplQ2）：多呈可塑状，多具中等压缩性。
桩号SH(3)165+080～SH(3)168+770 为粘性土均一结构，以半挖半填为主，挖方深度一般6.0～9.0m，最大挖深13m左右。渠底板一般位于重砂壤土（alQ3）中，渠坡主要由重砂壤土、黄土状轻、中壤土构成。重砂壤土（alQ4）厚2.0～4.6m，弱透水，粉砂（eolQ4）和细砂（alQ4）透镜体为中等透水层，上述土层均为中等液化；重砂壤土（alQ3）厚2.8～10.0m，土质不均，夹细砂、轻壤土透镜体。桩号SH(3)167+250之前砂壤土及其后粉砂（Q4）为中等液化，作为填土地基的砂壤土厚度较小，建议采取换填土处理措施。砂性土结构较松散，边坡稳定性较差，桩号SH(3)162+998 之后较高边坡建议采用多级边坡。地下水位高于渠底板低于渠道设计水位，施工时存在施工排水问题及砂壤土、细砂透镜体在外水压力下渗透破坏问题，运行时存在侧向渗漏和地震液化问题，应采取降排水和防渗衬砌处理措施。施工中应注意流砂、管涌等不良地质问题。该段地层岩性特征：①重砂壤土（alQ14）:多呈可塑状，具中等压缩性。②重粉质壤土（alQ14）:多呈软塑状，具中等压缩性。③砂壤土（alQ3）：多呈可塑，具中等压缩性。④黄土状轻壤土（alQ3）：可塑～软塑状，具中等压缩性。⑤中粉质壤土（dlplQ2）：多呈可塑状，多具中等压缩性。
桩号SH(3)168+770～SH(3)172+500 为砂性土均一结构，以挖方为主，部分为半挖半填，挖方深度7.0～13.0m。渠底板多位于细砂和重砂壤土中，局部位于黄土状中壤土顶部，渠坡主要由细砂和重砂壤土构成。细砂（alQ4）厚3.0～11.6m，中等透水，土质不均，存在地震液化潜势，应采取抗液化措施；重砂壤土厚2.0～9.0m，弱～中等透水，土质不均，夹细砂、黄土状轻壤土透镜体。边坡岩性不均，以砂土为主，稳定性较差，应注意边坡穩定问题。渠底岩性不均一，强度有差异，存在地基不均匀沉降问题。地下水位多高于渠底，部分在渠底上2.0～5.0m，施工时存在排水问题及细砂、砂壤土在外水压力下渗透破坏问题，运行时存在渗漏和地震液化问题，应采取降排水、防渗衬砌及抗液化处理措施等。施工中应注意流砂、管涌等不良地质问题。环境水对混凝土无腐蚀性。渠线穿越砂丘、砂地地貌单元，施工时存在老砂丘、砂地复活及新砂丘、砂地生成问题，运行时存在风砂淤积渠道问题，建议设计部门采取防治措施。该段地层岩性特征：①细砂（eolQ24 ）:松散状。②细砂（alQ14 ）:稍密状。③黄土状中壤土（alQ4）:多呈硬塑状；标贯击数5～19击，平均10击，属硬土。④重砂壤土（alQ3）：多呈可塑状；压缩系数平均值0.165MPa-1，多具中等压缩性。⑤黄土状轻壤土（alQ3）：多呈可塑状，多具中等压缩性。⑥黄土状中壤土（alQ3）：多呈可塑状；压缩系数平均值0.167MPa-1，多具中等压缩性。⑦重粉质壤土（dlplQ2）：多呈可塑状，多具中等压缩性。
由于地下水具动态变化特征，水位变化受降雨影响较大。
三、工艺变更
根据原设计，采用振动沉管碎石桩工艺，在168+198~168+588段施工过程中出现打不下去的情况，为验证是不是局部地质造成施工困难，转移桩机至168+788~168+840和168+888~168+988等段分别进行试验性施工，结果全部不能顺利施工，其间出现：打不下去、成孔后不能拔出桩管等情况，更造成桩管在起拔过程中出现弯折、轴承受力过大造成损坏等情况。
由于这些原因，造在施工不能正常进行，延误了工期，对后期的渠道开挖造成了不利影响。也造成了设备的损坏，产生了直接的损失。
为了改变现状，根据地质情况结合专家意见，将振动沉管碎石桩变更为液压步履柴油锤桩机。
根据柴油锤桩机在施工中的下料阶段，没有自身振动，可能产生有砂石料留在料斗中，造成填料不足的情况，对其进行了加装平台振动器，利用平台振动器的振力保证砂石料能完成进入孔中。料斗根据计算出的实际填料量进行设计，做到料斗能一次性盛装所需砂石料，然后利用装载机上料。
（在导管、料斗旁加装振动器）
（根据计算出的实际填料量进行设计的料斗、装载机上料）
由于地质原因，在拔管过程中出现局部难拔管现象。采用在导管周围用水浇湿的方法后，取得很好效果。
（导管周围浇水）
四、柴油锤施工工艺：
１、基本要求：
（1）、骨料采用碎石硬质材料，级配要符合设计规范要求，最大粒径不宜大于50mm,含泥量不大于5℅。
（2）、根据试桩施工情况确定施工工艺参数。
（3）、按成桩试验确定的施工工艺参数进行施工。
（4）、按照设计桩位，桩长，桩数施工。
（5）、采取桩径0.6m,正三角形布置，桩间距为2m
（6）、采用间隔（跳打）进行，按照“由外侧向中间”的施工顺序施工，
如下图：
在既有建筑物邻近施工时，离建筑物方向进行。
（6）、施工时桩位水平偏差小于0.3倍套管外径，套管垂直度偏差小于1﹪。
２、柴油锤碎石桩施工工艺流程
（１）、挤密砂石桩施工流程图
（２）、操作要点：
ⅰ、进行桩位测放：测量人员测量放出中心线及边线控制桩，做好控制桩保护，标示桩点里程，根据桩位平面布置图，用钢尺布桩，布桩误差控制在2cm内。
ⅱ、机具定位：移动桩机，使桩机对准打桩位，合拢合瓣桩尖后，使桩管（尖）对准桩位后桩尖接触桩位点。将管桩向下垂直下落，使桩尖对准桩位标记，继续向下垂移桩管使桩尖入土（扶管桩对位时，在停机状态下进行，并有专人观察桩管对位情况，及时纠正偏斜情况，保证管桩垂直下沉）。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，垂直度偏差一般控制在1%以内。
ⅲ、启动桩锤，桩管沿桩位下沉，将桩管下到设计深度。ⅳ、稍提升桩管使桩尖打开。ⅴ、 沉管达到设计深度后，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。桩管提升80~100cm，桩管内的砂石料流出（如砂石料没有减少，说明桩尖没有打开，要继续提升桩管，直到桩尖打开为止）。严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数控制在1.2～1.4。避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。ⅵ、桩身拔管：管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，设有专人负责碎石灌入量，防超灌或少灌。开始匀速拔管，边振边拔，每拔高度1.0m，导管进行反插，反插次数不少于1次，如此反复直至全管拔出，完成一根桩施工。
五、工艺比较
相同处——同样起到提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性的作用：1、挤密作用在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体积的碎石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。2、排水降压作用碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石和粗砂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降压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，防止砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。3、砂基预震效应碎石桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动，使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，对增强砂土的抗液化能力是极为有利的。
优点——
沉管桩机积大，占用施工面积大，除了需要打桩的施工区外，还需要平整桩机活动范围；柴油锤桩机体积小，占用施工面积小，只需要平整打桩区就能满足桩机移动。
沉管桩机体积大，移动困难，施工中需要多个工人配合；柴油锤桩机体积小，移动灵活速度快，只需要2-3个工人就能满足施工工。
沉管桩机成桩速度慢；柴油锤桩机成樁速度快。
（柴油锤桩机占地小、移动灵活、占用人工少）
（沉管桩机体积大、移动困难）
六、创造效益
经过工艺变更后，碎石挤密桩能够顺利进行，且减少了场地平整的人力和机械的投入、减少了桩机施工的人力投入、加快了施工进度。经检测后达到了设计要求（见附表）。
保证了施工的顺利进行，为后期的渠道开挖节约了时间，为工程按期竣工创造了条件；减少了人工和设备的投入，为工程节约资金投入做出了贡献。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：饱和砂土；液化处理；工艺变更
Abstract: The saturated sand under dynamic loads prone to easy have liquefaction and loss of carrying capacity, so that the embankment suffered massive destruction. This paper combines with the practical experience of water diversion project construction, to expand the liquefaction of saturated sand treatment process.Key words: saturated sand; liquefaction; process change
中图分类号：TU44文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02
一、工程概况
我公司承建的南水北调中线潮河段工程，起始桩号：SH(3)164+500 ～SH(3)172+500,全长8km.其中SH(3)164+500 ～SH(3)164+575和SH(3)167+680 ～SH(3)169+090总长1485米的总干渠两侧地基加固处理使用挤密砂石桩。
二、工程地质
(1) 渠基土岩体工程地质条件
起止桩号SH(3)164+500～SH(3)172+500，段长8000m，跨教场王、大马村和后吕坡～老张村等3个工程地质段。
桩号SH(3)164+500～SH(3)165+080 为粘砂多层结构，以挖方为主，局部为半挖半填，挖方深度一般9～10.5m。渠底板主要位于中壤土中，渠坡主要由细砂、重砂壤土和中壤土构成。重砂壤土、细砂土质不均，具弱～中等透水性，重砂壤土具地震液化潜势，建议采取强夯或换填土处理措施，强夯时地表应清基0.3～0.5m。地下水位高于渠底板，临近渠道设计水位，施工时存在排水问题及细砂、砂壤土在外水压力下渗透破坏问题，运行时存在渗漏和地震液化问题，应取降排水和防渗衬砌措施等。施工中应注意流砂、管涌等不良地质问题。该段地层岩性特征：①细砂（eolQ24）中密状。②重砂壤土（alQ14）:多呈可塑状，多具中等压缩性。③细砂（alQ3）: 中密。④中壤土（alQ3）：可塑～软塑状，多具中等压缩性。⑤重粉质壤土（dlplQ2）：多呈可塑状，多具中等压缩性。
桩号SH(3)165+080～SH(3)168+770 为粘性土均一结构，以半挖半填为主，挖方深度一般6.0～9.0m，最大挖深13m左右。渠底板一般位于重砂壤土（alQ3）中，渠坡主要由重砂壤土、黄土状轻、中壤土构成。重砂壤土（alQ4）厚2.0～4.6m，弱透水，粉砂（eolQ4）和细砂（alQ4）透镜体为中等透水层，上述土层均为中等液化；重砂壤土（alQ3）厚2.8～10.0m，土质不均，夹细砂、轻壤土透镜体。桩号SH(3)167+250之前砂壤土及其后粉砂（Q4）为中等液化，作为填土地基的砂壤土厚度较小，建议采取换填土处理措施。砂性土结构较松散，边坡稳定性较差，桩号SH(3)162+998 之后较高边坡建议采用多级边坡。地下水位高于渠底板低于渠道设计水位，施工时存在施工排水问题及砂壤土、细砂透镜体在外水压力下渗透破坏问题，运行时存在侧向渗漏和地震液化问题，应采取降排水和防渗衬砌处理措施。施工中应注意流砂、管涌等不良地质问题。该段地层岩性特征：①重砂壤土（alQ14）:多呈可塑状，具中等压缩性。②重粉质壤土（alQ14）:多呈软塑状，具中等压缩性。③砂壤土（alQ3）：多呈可塑，具中等压缩性。④黄土状轻壤土（alQ3）：可塑～软塑状，具中等压缩性。⑤中粉质壤土（dlplQ2）：多呈可塑状，多具中等压缩性。
桩号SH(3)168+770～SH(3)172+500 为砂性土均一结构，以挖方为主，部分为半挖半填，挖方深度7.0～13.0m。渠底板多位于细砂和重砂壤土中，局部位于黄土状中壤土顶部，渠坡主要由细砂和重砂壤土构成。细砂（alQ4）厚3.0～11.6m，中等透水，土质不均，存在地震液化潜势，应采取抗液化措施；重砂壤土厚2.0～9.0m，弱～中等透水，土质不均，夹细砂、黄土状轻壤土透镜体。边坡岩性不均，以砂土为主，稳定性较差，应注意边坡穩定问题。渠底岩性不均一，强度有差异，存在地基不均匀沉降问题。地下水位多高于渠底，部分在渠底上2.0～5.0m，施工时存在排水问题及细砂、砂壤土在外水压力下渗透破坏问题，运行时存在渗漏和地震液化问题，应采取降排水、防渗衬砌及抗液化处理措施等。施工中应注意流砂、管涌等不良地质问题。环境水对混凝土无腐蚀性。渠线穿越砂丘、砂地地貌单元，施工时存在老砂丘、砂地复活及新砂丘、砂地生成问题，运行时存在风砂淤积渠道问题，建议设计部门采取防治措施。该段地层岩性特征：①细砂（eolQ24 ）:松散状。②细砂（alQ14 ）:稍密状。③黄土状中壤土（alQ4）:多呈硬塑状；标贯击数5～19击，平均10击，属硬土。④重砂壤土（alQ3）：多呈可塑状；压缩系数平均值0.165MPa-1，多具中等压缩性。⑤黄土状轻壤土（alQ3）：多呈可塑状，多具中等压缩性。⑥黄土状中壤土（alQ3）：多呈可塑状；压缩系数平均值0.167MPa-1，多具中等压缩性。⑦重粉质壤土（dlplQ2）：多呈可塑状，多具中等压缩性。
由于地下水具动态变化特征，水位变化受降雨影响较大。
三、工艺变更
根据原设计，采用振动沉管碎石桩工艺，在168+198~168+588段施工过程中出现打不下去的情况，为验证是不是局部地质造成施工困难，转移桩机至168+788~168+840和168+888~168+988等段分别进行试验性施工，结果全部不能顺利施工，其间出现：打不下去、成孔后不能拔出桩管等情况，更造成桩管在起拔过程中出现弯折、轴承受力过大造成损坏等情况。
由于这些原因，造在施工不能正常进行，延误了工期，对后期的渠道开挖造成了不利影响。也造成了设备的损坏，产生了直接的损失。
为了改变现状，根据地质情况结合专家意见，将振动沉管碎石桩变更为液压步履柴油锤桩机。
根据柴油锤桩机在施工中的下料阶段，没有自身振动，可能产生有砂石料留在料斗中，造成填料不足的情况，对其进行了加装平台振动器，利用平台振动器的振力保证砂石料能完成进入孔中。料斗根据计算出的实际填料量进行设计，做到料斗能一次性盛装所需砂石料，然后利用装载机上料。
（在导管、料斗旁加装振动器）
（根据计算出的实际填料量进行设计的料斗、装载机上料）
由于地质原因，在拔管过程中出现局部难拔管现象。采用在导管周围用水浇湿的方法后，取得很好效果。
（导管周围浇水）
四、柴油锤施工工艺：
１、基本要求：
（1）、骨料采用碎石硬质材料，级配要符合设计规范要求，最大粒径不宜大于50mm,含泥量不大于5℅。
（2）、根据试桩施工情况确定施工工艺参数。
（3）、按成桩试验确定的施工工艺参数进行施工。
（4）、按照设计桩位，桩长，桩数施工。
（5）、采取桩径0.6m,正三角形布置，桩间距为2m
（6）、采用间隔（跳打）进行，按照“由外侧向中间”的施工顺序施工，
如下图：
在既有建筑物邻近施工时，离建筑物方向进行。
（6）、施工时桩位水平偏差小于0.3倍套管外径，套管垂直度偏差小于1﹪。
２、柴油锤碎石桩施工工艺流程
（１）、挤密砂石桩施工流程图
（２）、操作要点：
ⅰ、进行桩位测放：测量人员测量放出中心线及边线控制桩，做好控制桩保护，标示桩点里程，根据桩位平面布置图，用钢尺布桩，布桩误差控制在2cm内。
ⅱ、机具定位：移动桩机，使桩机对准打桩位，合拢合瓣桩尖后，使桩管（尖）对准桩位后桩尖接触桩位点。将管桩向下垂直下落，使桩尖对准桩位标记，继续向下垂移桩管使桩尖入土（扶管桩对位时，在停机状态下进行，并有专人观察桩管对位情况，及时纠正偏斜情况，保证管桩垂直下沉）。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，垂直度偏差一般控制在1%以内。
ⅲ、启动桩锤，桩管沿桩位下沉，将桩管下到设计深度。ⅳ、稍提升桩管使桩尖打开。ⅴ、 沉管达到设计深度后，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。桩管提升80~100cm，桩管内的砂石料流出（如砂石料没有减少，说明桩尖没有打开，要继续提升桩管，直到桩尖打开为止）。严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数控制在1.2～1.4。避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。ⅵ、桩身拔管：管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，设有专人负责碎石灌入量，防超灌或少灌。开始匀速拔管，边振边拔，每拔高度1.0m，导管进行反插，反插次数不少于1次，如此反复直至全管拔出，完成一根桩施工。
五、工艺比较
相同处——同样起到提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性的作用：1、挤密作用在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体积的碎石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。2、排水降压作用碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石和粗砂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降压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，防止砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。3、砂基预震效应碎石桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动，使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，对增强砂土的抗液化能力是极为有利的。
优点——
沉管桩机积大，占用施工面积大，除了需要打桩的施工区外，还需要平整桩机活动范围；柴油锤桩机体积小，占用施工面积小，只需要平整打桩区就能满足桩机移动。
沉管桩机体积大，移动困难，施工中需要多个工人配合；柴油锤桩机体积小，移动灵活速度快，只需要2-3个工人就能满足施工工。
沉管桩机成桩速度慢；柴油锤桩机成樁速度快。
（柴油锤桩机占地小、移动灵活、占用人工少）
（沉管桩机体积大、移动困难）
六、创造效益
经过工艺变更后，碎石挤密桩能够顺利进行，且减少了场地平整的人力和机械的投入、减少了桩机施工的人力投入、加快了施工进度。经检测后达到了设计要求（见附表）。
保证了施工的顺利进行，为后期的渠道开挖节约了时间，为工程按期竣工创造了条件；减少了人工和设备的投入，为工程节约资金投入做出了贡献。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。