砂石桩法在饱和砂土液化处理工程中的应用
时间：2022-08-31 05:56:02
摘 要：阐述了饱和砂土液化的概念，砂土液化带来的危害以及砂石桩法处理液化砂土的机理，通过温博段Ⅲ标砂石桩施工工程实例，介绍了砂石桩的施工工艺，说明了砂石桩处理液化砂土是可行的一种方法。
饱和松砂受到震动时，会受到往返的剪切作用，这时会发生体积压密的永久变形。而与体积压密变形相对应，是要从砂粒空隙中排除相同体积的水。当砂层的渗透系数较小时，体积压密变形的速率大于孔隙水的排除速率，孔隙水处于受阻状态，孔隙水压力就要升高，孔隙水压力的升高，减少了砂层中的有效应力，从而减少砂层的抗剪强度。当其有效应力降低为零时，砂层就丧失其抗剪强度和承载能力，这时，砂层处于一种粘滞液体状态，这种又固体状态变成液体状态的现象，就是通常所说的砂土液化现象。
砂土液化造成的危害主要是在地震时大量产生地滑、边坡塌滑、建筑物的沉陷倾斜，甚至倒塌，并在地面常常发生喷砂冒水的现象。国内外的多次地震震后调查表明，地震时砂土液化致使许多建筑物的严重破坏，造成了不可估量的损失。因此，工程所在区的液化砂土必须采取措施进行处理。
液化砂土处理的方法主要有：挤密砂桩法、强夯法、换填非液化土层法、填土压重法、混凝土连续墙或其他方法围封可液化地基。本文主要介绍砂石桩法处理液化砂土的方法。
1.砂石桩工作机理
砂桩、碎石桩和砂石桩统称砂石桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将砂或砂卵石（或砾石、碎石）挤压入土孔中，形成大直径的砂或砂卵石（碎石）所构成的密实桩体，它是处理砂土液化的一种常用的方法。
这种方法经济、简单且有效。对于松砂地基，可通过挤压、振动等作用，使地基达到密实，从而增加地基承载力，降低孔隙比，减少建筑物沉降，提高砂基抵抗震动液化的能力。
考虑到影响液化的因素，液化砂土的处理原则就是改善土质条件和排除孔隙水的条件，提高土的密实度或透水性，从而提高其抗液化的能力。挤密砂桩处理后，在增加了土体的密实度及不均匀系数的同时，改善了土体的排水条件，并通过部分置换，与土体形成复合地基，提高了土体的抗液化能力。
2.工程实例
2.1工程概况
温博段Ⅲ标桩号Ⅳ27+798.2～Ⅳ28+100.0段为饱和地震液化砂土，采用全断面布设挤密砂石桩地基处理，处理范围为超出渠道外坡脚线5.0m。合计造孔54757.5延米，孔内回填砂石料11907.0m3，处理面积22936.8m2。桩体直径500mm，设计桩间距为1.8*1.8m。砂石桩法桩体的填料采用级配良好碎石，粒径为5～20mm，含泥量不大于3%。
2.2施工方法
砂石桩采用锤击单管沉管法施工，施工工艺如下：
2.2.1清理平整施工场地
施工前，首先对场地用220HP推土机进行清理整平，并由测量人员会同监理工程师对清基厚度进行联合测量，使施工基础面高程达到设计要求，并对挤密桩施工范围内的坑穴进行回填处理，使之达到设计要求。
2.2.2测量、定位放线
先由测量人员根据施工桩位平面布置图，用全站仪放出每个单元工程轴线，并做好轴线控制点，控制点为300mm长的木桩钉小钉，木桩四周用砼固定，以免发生轴线偏移，再由现场施工技术人员按桩间距、排距等边三角形布置桩位，桩位点用φ25mm、深200mm的白灰点确定，并测量场地高程；每个单元工程桩位放完进行复核。并经监理工程师验收合格后方可进行施工。
2.2.3桩机就位
利用履带式吊车移动桩机至孔位处，平稳就位后，使其桩管（钢靴）锥尖正对桩孔中心点（白灰点）。桩管底部为四瓣活瓣尖锥形钢制桩靴，对准孔位中心白灰点后，人工将四瓣活瓣闭合形成尖锥形，桩机缓缓下放桩管，直至活瓣锥尖进入地面少许，活瓣不再自由分开时，施工人员撤离，开始成孔工作。
2.2.4成孔
（1）正式施工前，应进行工艺试验，用以确定填砂石量、提升速度、提升工艺等，工艺试验完成，作为控制质量的标准，以保证挤密均匀和桩身的连续性。各类参数确定后，方可正式施工。（2）桩机平稳就位，桩靴闭合后，双向测量桩管垂直度，符合要求后，启动固定在打桩机架滑道上的导杆式柴油打桩锤，锤击沉管，开始时轻击慢沉，待桩管稳定后再按正常速度沉管，达到设计孔深。（3）成孔顺序为：由先外后里，隔排跳打，即从整片挤密地基的外边线向里成孔，间隔一排孔隔排施工，成孔后立即回填，以防止邻孔之间互相挤压或振动坍塌；成孔顺序可根据实际地质情况及桩间距确定隔排跳打或隔排各行跳打或连续成孔等。（4）锤击成孔过程中，应随时注意观察、测量桩管的垂直度，避免成孔垂直度偏差太大，超出规范允许范围。桩孔垂直度偏差应小于1.0%。（5）锤击成孔过程中，如出现异常情况，如沉管速度突然减慢甚至大幅度减慢，桩管突然出现倾斜现象等，应认真分析原因，必要时暂停施工，找出出现问题的原因，研究应对措施，确定继续施工或移孔位施工。（6）桩机成孔及成桩采用后退法施工。
2.2.5桩孔灌填砂石料
（1）桩管沉入土层中达到设计深度后，利用小型装载机运输合格的碎石料，从桩管上部安装的进料斗向桩管内灌碎石，单桩桩孔内的填入量要通过试验确定，估算时可按照设计桩孔体积乘以充盈系数确定，充盈系数一般取1.2～1.4，灌入的砂石料采用5～20mm碎石。（2）灌入碎石料时，采用装载机铲斗进行计量：先准确测量出铲斗的体积，在铲斗内两端处每10cm用红漆标注一条刻度线，然后测量出每条刻度线所对应的体积，以便施工过程中对碎石灌入量进行控制。（3）往桩管内灌入足够的碎石料后，采用逐步拔管工艺，每拔0.5m高，，停拔振动20～30m，或将桩管压下再拔，，使碎石均匀的振或压实在桩管内。振动力以30～70kN为宜，不应太大，以防过分扰动土体。拔管速度控制在1.0～1.5m/min范围内。 （4）成桩工作结束后，用钢尺测量出空孔长度，计算成桩长度，若发现桩长不满足设计要求，上报处理方案，经监理工程师批复后进行处理。
2.2.6移至下个孔位
开动履带式吊车，将打桩机移至下个孔位，重复上述步骤，直至全部砂石桩施工结束。
3.质量控制措施
（1）施工前应检查砂石料的含泥量及有机质含量、样桩的位置等。（2）施工中检查每根砂石桩的桩位、砂石量、标高、垂直度等。（3）砂石桩的施工质量检验对桩间土可采用标准贯入或其他原位测试等方法进行检测。桩间土质量的检测位置应在等边三角形或正方形的中心。检测数量不应少于桩孔总数的2%。（4）对沉管法，桩孔直径误差为±50mm，桩长误差为-100mm。
4.结语
（1）砂石桩施工结束后，按照规范规定进行了标准贯入试验，试验结果均合格，说明改善了液化砂土土质条件和排除孔隙水的条件，提高了土的密实度或透水性，从而也提高了其抗液化的能力。（2）目前砂石桩的质量检测依据规范为建筑行业规范，“数量不少于桩孔总数的2%”。运用到水利工程中来，笔者以为检测数量太大，因为水利工程不似建筑工程一栋楼房就一个基坑，它的施工面积很大，往往施工完成后进行质量检测需花费很长的时间和费用等，对工程进度不利。因此，水利工程的质量检测数量笔者认为可斟酌、讨论确定。
参考文献
（1）江正荣 《建筑施工手册》
（2）JGJ79-2002 《建筑地基处理技术规范》
（3）周健等 《地下水位与环境岩土工程》
