刁慧贤

（中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司， 河南 郑州 450000）

1 工程概况

1.1 岩土构成特征

某工程场地属于海岸堆积地貌，场区西部毗邻应急电厂及变电站。勘测深度内揭露的土层共6个主层、4个亚层，岩土工程特性如表1所示。地下水埋深较浅，低洼处到地面。工程位于地震烈度VIII度区，地震动峰值加速度为0.30g。对有代表性的孔进行液化判别，综合判为严重液化场地。液化土层为层①、层②、层②1、层③、层③1，液化最深处至14.7m。

表1 土层主要物理力学指标推荐值

2 地基处理方案比选

全场建（构）筑物基础持力层主要为层②、层③或其夹层，少数坐落在层①或回填土上。由于层①～层③及其夹层均为严重液化土层，需进行地基处理，全部或部分消除液化沉陷、提高地基承载力。主要对以下几种方案进行比选。

2.1 预制桩

工程位于地震烈度VIII度区，地震动峰值加速度为 0.30g。根据文献 2第3.3.2条，不宜采用预应力混凝土管桩（PC）和预应力混凝土空心方桩（PS）[1]。且地层中多夹杂碎石，且持力层和部分夹层标贯击数较大，其它形式预制桩成桩条件也较差，可能需要大面积引孔或造成断桩或截桩，造成造价及工期浪费。

此外，文献2中5.7.5及其条文说明中明确表示，桩的水平承载力主要影响深度为桩顶以下2（d+1）（d为桩径）[2]，本工程上部全为严重液化土。一方面，根据文献1第4.4.3第1条规定，埋深较浅的低承台桩基，不宜计入土或刚性地坪对水平地震作用的分担作用。另一方面，承台底面以上均为严重液化土，根据文献2附录C.0.4，低承台底面以上全为液化土时，应按表C.0.3-3高承台桩基公式计算。经计算，桩顶水平变位10mm时承担的水平力仅约为5.35kN，远远不能承受地震烈度 VIII度区、基本风压 1.10kN/m2传递到桩顶的水平荷载。其次，对柱下独立基础或墙下条形基础，很难达到文献1中4.4.3第3条规定的挤土桩布桩要求（2.5d～4d，且数量不少于5×5），故也不宜计入打入式预制桩对消除液化的有利影响。因此针对本工程，单独采用预制桩方案无法满足全部或部分消除液化的条件，液化情况下也无法满足建筑物对水平承载力的要求。因此本工程不适合单独采用预制桩方案。

2.2 无填料振冲

无填料振冲法可用于处理液化地基。而文献4中研究表明，砂颗粒越细越容易产生宽广的流态区，故对粉土或含粉粒较多的粉质砂，振冲挤密的效果很差。本工程液化土层全为粉细砂，不宜采用无填料振冲法处理。

2.3 振冲碎石桩和强夯

振冲碎石桩和强夯两种方案对比对下：

振冲碎石桩优点为：施工速度快，桩体材料普遍。缺点主要是施工时污泥量较大，且造价受制于工程当地材料价格。

强夯降水优点为：适用范围广，施工难度低、施工速度快。缺点主要是施工时噪音及震动大，且施工时需要配合降水或截振措施。目前强夯法设计施工常结合已有工程经验，尚没有成熟的设计计算方法。

本工程地下水丰富，会影响强夯法施工工艺及夯实效果。若大范围降水一方面造价高，另一方面有可能造成毗邻建（构）筑物不均匀沉降、裂缝或倒塌。此外，强夯法满足规范要求的处理液化深度所需夯击能很大，根据文献3表6.3.3-1，满足有效加固深度要求所需单击夯击能12000kN.m以上[3]， 施工噪音及振动极大，可能对周边电力设施的安全运行造成很大影响，且工程场地上层土均为粉细砂，不利于截震沟自立。而振冲碎石桩施工不需要降水，且文献4中研究表明，距振冲孔中心2～3m以外时，振冲碎石桩施工产生的振动对周围建筑物的影响十分轻微[4]。

综上所述，振冲碎石桩为该电厂地基处理最优方案。

3 振冲碎石桩几个关键问题探讨

3.1 桩长计算

用于液化地基的振冲碎石桩的桩长应根据文献1中4.3.6～4.3.9条文及文献3中7.2.2-5条确定。以机械通风冷却塔为例，抗震设防类别为丙类，下部水池适应沉降变形能力较好，考虑采用部分消除液化沉陷的措施（详见文献1中4.3.8条规定）。根据附近土层液化参数计算表（表2）,结合该区域的工程地质剖面图（天然地面标高为+1.89m），按线性内插法计算得剩余液化指数为5对应的深度为天然地面以下7.612m。故机械通风冷却塔（基底绝对标高+2.4m）部分消除液化沉陷所需理论桩长为7.612+（2.4-1.89）=8.122m，约取8.2m。

表2 土层液化参数计算表

3.2 试验性施工及结论分析

按桩径Φ800mm，等边三角形布桩，桩间距2m，有效桩长13m（液化最深处桩长），选用55kW振冲器，在有代表性场地进行试验性施工。根据得到的检测报告：试桩后复合地基承载力特征值为140kpa；单桩竖向抗压极限承载力为137kN；但处理后液化等级仍为严重液化，没有大幅度消除或减轻液化。需分析液化消除不理想的原因，调整施工或设计参数，重新进行二次试桩。

经多方面分析，液化消除不理想可能为以下几个方面原因：

①试桩施工过程中缺乏对振冲器经各深度的水压、密实电流、留振时间等原始材料的记录，不排除上述因素选取不当导致的施工质量不合格；

②本工程上部全为粉细砂，对桩间土做标准贯入试验时，不排除塌孔或清孔不彻底造成的桩间土标贯数偏低；

③试桩时振冲器功率选择过小，二次试桩可考虑加大振冲器功率。

④文献4中经验公式估算出来的桩间距可能偏大，二次试桩可考虑适当加密桩间距；

⑤试桩图中设计桩底标高进入层④1粉质黏土，该层软塑～可塑，具高压缩性，标贯数较低。这种性质的土容易造成碎石材料在此堆积，或沿软弱通道流失。二次试桩可提高桩底设计标高，使桩底不进入层④1。

⑥土层粉砂中黏粒含量为1.4%～17.3%，细砂中黏粒含量为1.3%～6.2%，不排除局部粉细砂层中黏粒含量偏高对试桩结果的影响。建议二次试桩检测前适当增加休止期[5]，同时对土样做颗粒分析试验，核实每层土的黏粒含量及土层性质。

4 结语

本文结合具体工程对高地震烈度区严重液化场地上多种地基处理方案进行对比，得出最优方案为振冲碎石桩。接着对振冲碎石桩几个关键问题进行探讨。整个过程中着重强调以下几点：

①高地震烈度区严重液化场地地基处理方案的确定较复杂，在多方面对比分析过程中，除了处理效果和经济性等因素，还应着重考虑由拟定地基处理方案造成的对周边建（构）筑物的影响。防止因本工程地基处理造成周边其他建（构）筑物裂缝、倾斜或倒塌。

②振冲碎石桩造价与桩体材料供应及施工机具等因素密切相关，项目前期应做好拟建工程场地材料价格及施工机具等多因素的调研工作。

③振冲碎石桩等复合地基的设计应将理论、经验和试验性施工相结合。既定方案不能脱离理论支撑，也要充分汲取类似工程经验或地区经验，同时也要结合现场试验性施工得出的结论，必要时进行方案或参数调整。

④对施工及检测单位而言，试桩及检测过程中应做好原始数据的观测和记录，方便对试桩结果进行分析或验证。而对于设计单位，在进行方案对比分析前，应收集所有可能用到的资料，并确保资料的可靠性。