孙 政，曹 劲

(1.国核电力规划设计研究院有限公司，北京 100095；2.中国电力规划设计协会，北京 100120)

预制方桩对液化土层的挤密效果研究

孙 政1，曹 劲2

(1.国核电力规划设计研究院有限公司，北京 100095；2.中国电力规划设计协会，北京 100120)

通过对某电厂工程主厂房区的预制方桩施工后桩间土检测、分析、评价，预制方桩基不仅能够满足建（构）筑物稳定和变形的要求，还能对平面分布广、纵向分布深的可液化地层有较好的挤密作用，消除其地震液化性。

预制方桩；挤密；消除；液化。

1 概述

随着我国大型能源基地在相对高地震烈度区的建设，地基土液化成为影响地基稳定性、引起构筑物破坏的重要因素之一。如何消除地基土液化，满足建(构)筑物稳定和变形的要求成为了勘测设计人员重点关注、解决的问题。

本文以山东某电厂岩土工程勘察项目为例，介绍采用预制方桩对场地饱和粉土、砂土进行地基处理，检测、分析、评价预制方桩施工后对面积分布广、纵向分布深的可液化地层的挤密效果。

2 工程概况及地质条件

2.1 工程概况

山东某发电厂位于黄河冲积平原，项目拟建设2台600 MW国产亚临界燃煤凝气式机组。

主厂房地段包括汽机房、除氧间、煤仓间、锅炉房、集控楼及柴油发电机室等建筑物。汽机房、除氧间及煤仓间上部结构型式为框排架及框架结构，锅炉上部结构型式为钢框架结构，集控楼上部结构型式为框架结构，基础型式采用桩基，桩型采用钢筋混凝土预制方桩。

2.2 工程地质条件及地震特征

2.2.1 地形地貌

拟建场地地形平坦，地貌类型为平地，地貌成因类型为冲积平原。

2.2.2 地层结构特征及物理力学性质指标

表1 主要地层结构特征及物理力学性质指标

2.2.3 地下水条件

场地地下水类型为第四系孔隙潜水，主要赋存于砂层和粉土层中。以大气降水和灌溉入渗为主要补给方式，以蒸发和人工开采为主要排泄方式。地下水稳定水位埋深为2.60～3.05 m，相应高程为31.36～32.35 m。地下水稳定水位季节性变化很大，冬春季引黄灌溉和夏季降雨使地下水位上升至较高水位。厂址区年最高水位埋深为1.00 m，地下水位变化幅度为2.00 m。

2.2.4地震动参数

根据工程场地地震安全性评价结果，工程场地50年超越概率10%的平均土条件下的地震基本烈度为7度，设计地震加速度峰值为166.8 cm/s2，地震动反应谱特征周期为0.62 s。按《中国地震动参数区划图》)及《建筑抗震设计规范》的划分，场地的设计地震动峰值加速度综合判定为0.15 g，相应的地震基本烈度为7度，地震动反映谱特征周期为0.40 s(对应于中硬场地土)。

2.2.5 液化判别

按照《建筑抗震设计规范》及《火力发电厂岩土工程勘测技术规程》的要求，“当抗震设防烈度等于或大于7度时，建筑地基有饱和砂土和粉土时，应经过勘测试验判断在地震时的液化可能性。”

由于拟建场地地震基本烈度为7度，且场地存在饱和砂土和饱和粉土，近期年最高水位埋深为1.0 m，所以应进行液化的可能性判别。

根据《建筑抗震设计规范》规定，结合场地地层的地质年代、粉土或粉砂的粘粒含量以及上覆非液化土层厚度及地下水位的关系分析。

由于场地的⑤层粉土及以下的地层为(Q3)地层，符合规范规定，不需考虑液化影响；①、③、④-1层粉土 及③-1层粉细砂为第四系全新统冲积层，上覆非液化土层厚度及地下水位深度不能满足规范规定要求，因此，需根据勘测成果进行计算来进一步判别。液化判别深度为④层层底。

根据《岩土工程勘测报告》液化判别结果，场地范围内的①粉土、③粉土、③-1层粉砂、④-1粉土在地震烈度达7度时将产生地震液化。

场地地基土液化点的平面分布特点：严重液化区与中等液化区总体上呈南北向条带状相间分布。在液化区内，严重液化的勘探点其液化指数为ILE=18.4～35.9，中等液化的勘探点其液化指数为ILE=6.8～17.1；不液化和轻微液化(ILE=0.7～5.5)的勘探点零星分布于中等及严重液化区内，无规律性分布。场地液化等级为中等～严重，最大液化深度为16.30 m。

3 液化处理方案

根据《建筑抗震设计规范》要求，“存在液化土层的地基，应根据建筑物的抗震设防类别、地基的液化等级，结合具体情况采取相应的措施。”

场地20 m深度范围内存在饱和粉土和砂土，在地震烈度达7度时将产生地震液化，液化等级为中等—严重，最大液化深度为16.30 m，按照规范要求需采取全部消除地基液化的措施，且由于上部结构和设备荷重较大，对地基的变形要求较高，根据勘测资料，场内①～⑤层土工程性质较差，承载力较低，不能满足拟建主要构(建)筑物对变形的要求，综合以上因素，采用桩基础。

根据场地岩土工程勘测资料，⑥层粉细砂在场地内普遍分布，层厚2.20～6.40 m，一般层厚为3.00～5.00 m，层底埋深22.50～24.10 m，其标准贯入试验击数平均值为37.5击(未经杆长修正)，静力触探锥尖阻力平均值qc＝18.23 MPa，中密—密实，饱和，具有压缩性低、强度高、力学性质较好的特点，且厚度分布较均匀，为非液化地层，是良好的桩端持力层。利用该层作桩端持力层，桩基穿越液化地层，桩端伸入液化深度以下稳定土层的长度(不包括桩尖的部分)一般大于2d，满足规范要求。在预制桩打入的过程中，桩对周围的土产生很大的横向挤压力，将地基中等于桩体体积的土挤向周围的土层中，这种强制挤密使可液化粉土和砂土的相对密度增加，孔隙比降低，干密度和内摩擦角增大，土的物理力学性质得到改善，将有效防止饱和粉土和砂土的震动液化。

4 桩基设计参数

桩体采用钢筋混凝土预制方桩。

桩边长：45 cm。

桩长：根据持力层埋深及承台埋深，桩长一般为11～17 m。

布桩形式：采用矩形布桩，见图1。

图1 主厂房矩形布桩图

桩间距：根据一期经验和二期试桩结果确定桩间距大部分为1.6 m。

5 桩基施工方法

预制桩施工采用步履式打桩机，根据桩长及进入持力层深度采用导杆式DD63锤，沉桩控制当土层一般时以标高为主、贯入度为辅，当土层较硬时以贯入度为主、标高为辅。

5.1 施工工艺流程

场地平整→桩位测设→桩身外观检查(设置标尺)→桩机就位→喂桩、插桩→桩身校正→稳桩→击打沉桩(观测记录)→打桩至设计标高→桩机移位。

5.2 技术措施要点

开工前准备：认真熟悉图纸、地质资料，编制实施性技术方案，进行技术交底；核查现场地下管线及周围建筑物情况，洒灰线标志或采取加固、隔震措施；对进场的方桩进行复验检查及设置标尺，对桩机进行计量检验标定；按图纸测量放线定桩位(插钢筋头或小木桩)，测量记录桩位的标高(高程)。

桩起吊、运输、堆放：吊点(或支承点)位置采用2吊点，设于距桩端0.207L处；喂桩、沉桩时采用1吊点，吊点位置设于距桩端0.29L(L=10～16 m)处。砼强度达到100%时方可运输、施打沉桩；吊索与桩身接触处设胶垫；桩堆放时不超过四层，层间按吊点。

沉桩：桩尖就位插好后轻放桩锤，使桩均匀缓慢入土，并检查桩的垂直度(偏差≯0.5%)；打桩开始时重锤低击，落锤的起锤高度＜0.5 m，视桩沉入情况逐步加大冲击力；打桩过程中采用2台经纬仪在相互垂直的2个方向进行垂直观测，确保桩的垂直度(打桩架的垂直度≯1%)，并控制桩顶偏差≯5 cm；沉桩中设专人准确进行量测记录标高、贯入度。沉桩过程中如出现贯入度剧变、桩身突然发生倾斜、移位或有严重回弹、桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎时，暂停打桩，并及时会同监理、设计单位研究，处理后方可继续施工。

6 桩间土液化检测

在工程施工完成四周后，根据设计要求，采用标准贯入试验对桩间土的挤密效果进行了检验。共布置了4个勘探点，进行21个标准贯入试验。标准贯入试验锤击数N前后比较见表2，标准贯入试验液化判别结果见表3。

表2 标准贯入试验锤击数N前后比较

从表2中数据可知，桩基施工结束，并达到休止期后，通过对桩间土进行标准贯入试验，标准贯入试验平均击数有了大幅度的提高。这说明在基桩的挤压下，各地层土的密度增大，孔隙减少，土层结构变的密实。

表3 标准贯入试验液化判别结果

续表3

从表3计算和比较结果看，桩基施工后的场地内原中等—严重液化的地基土层的液化性得到完全消除。

7 结论

通过工程主厂房区的岩土工程勘测、基础设计、桩基施工及桩基施工后桩间土检测证明，对于存在平面分布广、纵向分布深的液化地层，且上部土层工程性质差的有重要建(构)筑物的建设场地，采用预制方桩处理后，对可液化的粉土、砂土有很好的挤密效应，不仅能够满足建(构)筑物稳定和变形的要求，同时桩基可以穿越液化地层，通过挤密作用消除地震液化。

Research on Compaction Effect of Prefabricating Square Pile in Liquidation Soil Layer

SUN Zheng1, CAO Jin2
(1.State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute Co., Ltd., Beijing 100095, China; 2.China Electric Power Planning & Engineering Association, Beijing 100120, China)

It passed through detection, analysis, evaluation, that earth among pile construction with prefabricating square pile of main power house in electric power engineering.Prefabricating pile can not only meet the requirement of building stability and deformation, bet also have better compaction effect for liquidation soil layer of horizontal distribution widespread and longitudinal distribution deep, earthquake liquefaction property.

prefabricating square pile; compaction; eliminatleion; liquidation.

TU47

B

1671-9913(2017)03-0006-05

2017-05-01

孙政(1964- )，山东莱阳人，高级工程师，主要从事岩土工程勘察和三标管理工作。