赵丹丹 钱俊秋

(1.南京农业大学 ，江苏 南京 210095; 2.江苏经贸职业技术学院，江苏 南京210007）

近几年来国内地质灾害频发，建筑物发生倒塌事故，很多生命因此消逝。地基和基础是建筑物的根本，它的勘探、设计和施工直接关系到建筑物的安危。我国地域辽阔，自然地理环境复杂，土类分布多种多样，有些土类具有具有其特殊性质，作为地基必须针对其特殊性采取合适的工程措施，保证基础的稳定性和承载力。长江流域许多地区的地质特征存在着埋深比较厚的砂性土层并且液化指数相当高，具有明显的流变性，在外力尤其是地震作用下很容易引发地基失效，导致建筑物或结构的不均匀沉降甚至整体移动，使局部结构损坏，全毁或丧失使用功能，因此在该类地基上建造建筑物，必须考虑其液化性，对地基进行处理。

近年来城市不断扩张，房地产事业蓬勃发展，寸土寸金，许多重要的工程和工业厂房在软弱土地基上兴建，工程的要求推动软土地基的处理技术迅速发展，老的方法不断改进，新的方法不断涌现。本文以实际工程为研究背景，从碎石桩的作用原理、设计方法和施工方案、检测方法等几方面，介绍其在处理液化地基的应用情况，从技术可靠性、经济合理性、施工可行性等方面介绍碎石桩地基的应用。

1 工程概况

本工程位于江苏省南京市江浦区南京农业大学江浦校区内，科研实验厂房，框架结构，二层，7度抗震设防，建筑高度14m，建筑面积约2000m2。据地质勘查报告，该场地土分层如下表所示。

场地土分层

参照勘察设计院勘查报告，地表下16.0m以内的砂性土层，其液化指数IlE为32.5～59.8，根据《建筑抗震设计规范》判定为严重液化土层，作为地基需进行技术处理。

2 设计方案选择比较

施工可行性钢筋混凝土设计方案工程造价/m3降低液化性效果桩基础1300元效果较好施工较复杂，工期较长碎石桩 180元 效果较好施工方便，质量较易得到控制粉喷桩 200元 效果不太理想施工质量不易得到保证

根据地质条件考虑技术经济、处理质量、以及施工和上部结构荷载等综合因素，该工程地基处理采用振动沉管碎石桩。桩径为500mm，桩长9m，间距1.2m，设计桩数2010根，呈梅花形布置，桩顶铺设0.6米厚的碎石垫层作为复合地基持力分布层。

3 机理及作用

属于振密挤密分类，在振动的作用下，将套管打入规定的设计深度成孔，然后往孔中填入碎石，并加以捣实成一根根的桩体，采用沉管碎石桩加固的目的是采用碎石桩，和原来的土体形成复合地基，使土体的孔隙减少，提高地基的承载力，降低砂土的液化指数，改善土的强度和变形特征，原理及作用分为三个方面：

3.1 振动挤密作用。桩管打入地基中，对土产生横向挤密作用，在一定挤密功能作用下，土粒彼此移动，小颗粒添入大颗粒的空隙，颗粒间彼此靠近，空隙减少，使土密实，地基土的强度也随之增强。

3.2 复合地基。由于桩体本身具有较大的强度和变形模量，桩的断面也较大，在桩体振动和挤密的过程中，回填的碎石与地基土组成复合地基，共同承担建筑物荷载，提高地基承载力减少沉降量。

3.3 防止震动液化。由于碎石桩有大量的孔隙通道，在地震力作用下，地下水可顺利通过孔隙通道升降和排出，大大减少和避免地基的液化沉陷现象。

4 施工工艺

4.1 采用沉管成孔方法施工，振动逐步拔管成桩法施工。施工中使用机械为振动沉桩机，DZ―60型震动锤，常用振动锤的振动力为70、100和160KN，本工程使用激振力为70KN，桩管使用无缝钢管材料，管径控制为477mm。这种桩具有施工设备简单，打桩进度快，成本低的特点。

4.2 成桩工艺

桩机定位就位，在地面上把套管的位置确定好。

开动振动设备，把套管打入土中至设计标高。

加入碎石料，按设计要求添加碎石，再拉拔到规定的高度。

振密碎石桩，采用重复压拔管使添加的碎石料密实，成桩。

清理桩尖，移动桩机，重复进行以上步骤，施工其它碎石桩，直到每根桩施工完毕。施工准备→桩位布置→桩机定位沉管→加灌碎石料→拔管→下压桩管→拔管→成桩→清理桩尖→铺碎石垫层。

4.3 质量控制

桩身连续性：以拔管速度控制桩身连续性，不超过0.8m/min。

桩直径：以灌砂量控制桩直径，当灌砂量达不到设计要求时，应在原位再沉下桩管灌碎石（复打）一次或在旁边补加一根。

碎石桩施工前必须进行成桩试验。本工程先打了六根试桩，布检测孔2个进行挤密试验，两周后，按标准贯入方法，判定桩间砂性土是否液化，如液化，计算其液化指数。

经计算③号土层的液化指数IlE=0.1～3.56＜4 轻微液化

④号土层的液化指数IlE=0.0～3.10＜4轻微液化

均满足《建筑地基处理技术规范》[2]要求。因此按此方法继续施工，施工顺序采用跳打形式并由外缘向中心进行，确保周围土体的侧限，处理效果更好。

5 处理效果

5.1 桩间土液化指数得到了有效的降低。施工后两周进行质量检测，检测由抽样进行，检测点不少于桩孔总数的2﹪，本工程共布检测点40个，按标准贯入的方法，对桩间土进行液化判别检测，视其液化指数是否能得到有效降低。

液化判别

根据《建筑地基处理技术规范》〔2〕的规定，采用标准贯入试验判别法,在地面下15m深度范围内的液化土应符合下式要求：

判别结果：本工程采用碎石桩地基加固后，②、③层饱和砂（粉）土的液化指数得到了有效的降低，效果较好。

计算得：②层粉土夹砂IlE＝1.00～3.90轻微液化

③层粉砂没有液化

④层粉砂夹粉土 IlE＝0～5.80 局部轻微液化

但④层40个检测点只有3个检测点的液化指数大于4，其值为5.6，4.1，4.3，占总检测总数的7﹪﹤10﹪，符合《建筑地基处理技术规范》[3]。

5.2 基础沉降比较均匀。

该工程于2010年10月施工完毕，经过1年的沉降观测，最大沉降量61mm，最小沉降量56mm，沉降比较均匀，使用情况良好。

5.3 地基承载力有所提高。

原天然地基的容许承载力为80kpa，经过处理后的复合地基的容许承载力为120Kpa，承载力有显著提高。

结语

本工程采用碎石桩降低砂性土层的液化指数，提高其抗剪强度和抗液化能力，消除其不利影响，满足建筑物对地基稳定和变形的要求，该处理方法机械化程度高，施工速度快，造价低，并且能改善地基土的变形特性和渗透性，因此该地基处理方法在工业与民用建筑、道路建设等工程中具有代表性和借鉴价值。

[1]建筑地基处理技术规范（JGJ79—91）.

[2]建筑抗震设计规范(GB50011—2001).