浅谈强夯施工消除地基液化.docx
《浅谈强夯施工消除地基液化.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈强夯施工消除地基液化.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
浅谈强夯施工消除地基液化
浅谈强夯施工消除地基液化
潍坊滨海游艇码头项目韩元超
地基液化，属于工程中经常遇到的一种现象，易造成建筑物下沉、倾斜甚至倒塌等现象。
结合潍坊地区地质情况与游艇码头项目施工过程中北外护岸强夯施工消除地基液化的工程实例，对水运工程中地基液化的消除进行讨论。
一、地基液化的定义、成因、判别及常用的措施
（一）地基液化的定义及成因
地基液化是指饱和状态下的砂土或粉土受到振动时，孔隙水压力上升，土中的有效应力减小，土的抗剪强度降低。
振动到一定程度时，土颗粒处于悬浮状态，土中有效应力完全消失，土的抗剪强度为零。
土变成了可流动的水土混合物。
一般地基液化受地基土质的颗粒级配、透水性能、相对密度、土层埋深、地下水位、地震烈度及持续时间等各方面的共同影响。
（二）地基液化的判别
地基液化的判别，根据《水运工程抗震设计规范》（JTS146-2012）4.2条中当抗震设防烈度为7~9度时，应对饱和土进行液化判别和相应的地基处理。
判别时一般采用初判加最终判别。
初步判别为不液化应满足以下条件：
1.地质年代为第四纪晚更新世（
）及其以前时；
2.土的粒径小于5mm颗粒含量的质量百分率小于或等于30%时；
3.对粒径小于5mm颗粒含量质量百分率大于30%的土，当采用六偏磷酸锅作为分散剂的测定方法测得的粉土，其粒径小于0.005mm的勃粒含量的百分率，7度、8度和9度分别不小于10、13和16时。
黏粒含量采用其他方法确定时，按相关规定换算。
对于初步判别判定为液化地基时，需采用标准贯入试验判别法进行地基土的液化判别，当标准贯入锤击数实测值小于液化判别标准锤击数临界值时（详见表1），判定为液化土。
并根据各液化土层的深度和厚度及检测数据，计算液化指数，确定液化等级（详见表2）。
表1液化判别标准贯入锤击数基准值
设计基本地震加速度
0.10g
0.15g
0.20g
0.30g
0.40g
液化判别标准贯入锤击数基准值
7
10
12
16
19
表2液化等级与液化指数的对应关系
液化等级
轻微
中等
严重
液化指数
（三）常用的地基液化消除措施及加固效果判别
根据不用的地质条件及液化情况，水运工程汇中常用以下几种措施进行液化消除。
1.当地基的液化等级为轻微或中等时，可采取增强上部结构的整体刚度和均匀对称性，合理设置沉降缝，避免采用对不均匀沉降敏感的结构形式等措施。
不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。
2.当地基的液化等级为严重时，除应满足第
（1）条的要求外，尚应采取全部消除地基液化沉陷或部分消除地基液化沉陷的措施。
常用措施有桩基、振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯、换填等方式。
其中桩基应深入液化深度以下稳定土层；振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯应处理至液化深度下界，振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值；换填法应采用非液化土替换全部的液化土层。
3.当只需部分消除地基液化沉陷时，处理深度应满足使处理后的地基液化指数减小的要求，处理后的地基液化指数不宜大于5；采用振冲或挤密碎石桩加固后，桩间土的标准贯入锤击数不宜小于液化判别标准贯入锤击数临界值。
二、地基土质特征
潍坊滨海游艇码头项目，根据设计图纸，当地设计水位（以当地理论最低潮面起算）见下表：
表3设计水位
类别
标高
备注
设计高水位
+2.64m
设计低水位
-0.03m
极端高水位
4.82m
重现期为50年
极端低水位
-0.80m
重现期为50年
根据游艇码头项目及相关项目的地质勘查报告得知，土层自上而下依次为表层的粉土、粉砂、①1粉土、①2粉砂、②粉质粘土、③1粉土、③2粉砂、④粉质粘土、⑤1粉砂、⑤2粉土及⑥粉质粘土。
其中粉土、粉砂、①1粉土、①2粉砂粘聚力较差，根据标准贯入试验得知，表层粉土平均平均标贯击数N<1.0击，层厚1.0～2.0m；粉砂平均标贯击数N<1.0击，层厚1.0～3.0m；①1粉土平均标贯击数N=8.6击，层厚1.6～8.3m；①2粉砂平均标贯击数N=7.9击，层厚2.8～10.5m。
上述土层平均分布底高程为-8.27～-10.32m。
粉质粘土为不液化土层，③1粉土平均标贯击数N=40.7击，层厚0.5～3.8m。
（附游艇码头项目各主要土层桩基参数）
表4各主要土层桩基参数
土层
编号
土层
名称
土的状态
土层
平均
深度
（m）
打入桩
泥浆护壁钻（冲）孔桩
液性
指数
IL
孔
隙
比e
标
贯
击
数
N
（击）
极限侧摩阻力标准值
qf
（kPa）
极限
桩端
阻力
标准值qR
（kPa）
土的水平地基抗力系数随深度增长的比例系数
m
（MN/m4）
极限
桩侧摩阻力
标准值
qf
（kPa）
极限
桩端阻力标准值
qR
（kPa）
土的水平地基抗力系数随深度增长的比例系数
m
（MN/m4）
表层
粉土
0.48
N<1
0.9
20
4.5
20
3
表层
粉砂
N<1
0.9
20
4.5
20
3
①1
粉土
0.46
0.68
N=8.6
5.2
27
5
20
4
①2
粉砂
N=7.9
4.5
30
5
20
4
②
粉质
粘土
0.61
0.63
N=5.9
10.8
36
750
6
50
500
5
③1
粉土
0.36
0.64
N=40.7
14.7
45
1200
15
55
550
15
③2
粉砂
N=43.4
15.6
65
3550
15
55
900
15
④
粉质
粘土
0.75
0.66
N=12.9
18.4
60
1200
8
55
600
8
⑤1
粉砂
N=42.9
21.9
75
4000
18
70
1000
20
⑤2
粉土
0.38
0.65
N=40.9
20.6
50
2100
18
55
1000
20
⑥
粉质
粘土
0.59
0.65
N=16.8
23.0
60
1500
10
60
650
10
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）与《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）可知，潍坊市寒亭区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。
依据表1的判别方式，表层的粉土、粉砂、①1粉土、①2粉砂属于可液化土层，下方土层为不可液化土层。
多数钻孔为严重液化孔，中等液化孔占1/3,仅有一处为不液化孔。
进一步查看勘察资料，潍坊地区水运施工范围，多为吹填形成，土层多为表层的粉土、粉砂、①1粉土、①2粉砂，根据勘察设计文件，需进行地基处理来消除液化现象。
潍坊地区吹填土质以粉土、粉砂为主，颗粒级配较小，粉砂中夹杂淤泥性土较多，粉砂松散，不均匀，平均标贯击数
击。
后续施工中倒滤层遭遇破坏，极易造成后方回填砂的流失，长期易造成塌陷，对现场实体建筑的稳定性造成极大地影响。
对此应当采取相应的措施来保证液化消除。
三、液化地基处理方式选取
本地区吹填区域常用的处理方式为振冲加强夯的方式，而在水中，因护岸与防波堤主要作用为挡浪、消浪，对内侧形成围挡，减少波浪对港池内的影响，故不适合采用桩基进行处理。
碎石桩一般为陆上处理方式，目前水下施工尚不成熟。
对此，本工程消除液化的方式还有水下振冲、换填及强夯等三种方式。
水下振冲，经查看资料仅在广州黄埔港新沙港区一期工程、齐齐哈尔市区橡胶坝工程等几个工程中应用，多用于深层地基处理，本工程液化土层深度在-10m左右，原泥面深度分布不均，尤其是北外护岸处，对船舶作业存在较大影响。
考虑施工进度、条件，设计单位未采用，后方吹填区域地基处理将采用无填料振冲进行处理。
换填法，是水运工程常用的地基处理方式，多用于重力式码头。
将上层软弱地基挖除，在进行基床抛石、夯实、整平。
此项施工方法技术成熟，应用广泛，但考虑到北外护岸上部荷载较小，抛石量将增加较多，工期将相应增加，故未采用。
强夯法，是本工程采用的地基处理方式，北外护岸及南北方波堤均有使用。
其中北外护岸采用陆上强夯加水下强夯的方式，防波堤采用基槽开挖、抛石后使用水下强夯的处理方式。
后期因施工单位考虑到施工船舶作业水深及强夯作业宽度（强夯区域最宽处为46米）的问题，经设计同意更改设计方案为陆上抛石强夯。
四、实体分析
游艇码头项目北外护岸，地质情况与上述情况相同。
采用方式为陆上抛石后采用陆上强夯的施工工艺进行地基液化的消除。
通过试验段的检测，对地基液化情况进行检测，能够达到消除液化的目的，具体情况如下：
（一）地质情况
北外护岸采用陆上强夯施工工艺，原泥面标高在-3m～-5m左右，陆上抛石标高在+3m左右，平均抛石厚度在7～8m之间。
试验段位于地质勘查报告中钻孔H15与H16之间，液化土层深度在-9.65m左右（见图1）。
图1钻孔H15与H16地质剖面图
（二）设计强夯处理参数
根据设计要求，采用两遍点夯加一遍普夯的处理方式。
点夯夯击为为4000KN·m,梅花形布置，夯点间距4m，普夯夯击能为1000KN·m。
强夯处理的地质为抛石堤。
根据《港口工程地基规范》（JTS147-1-2010）第8.5.2条单机夯击能应根据要求的加固深度经现场试夯或当地经验确定，缺少试验资料或经验时按照公式（8.5.1）计算，也可按照表8.5.1（附表5）预估。
（8.5.1）公式：
式中:
H——强夯的有效加固深度（m）；
α——经验系数，一般采用0.4～0.7，具体数值可通过试验确定；
M——锤重（kN）;
H——落距（m）。
本工程采用的是抛石堤上进行强夯，经验系数取0.7。
夯击能为4000kN·m。
通过公式进行计算，最大加固深度为14m。
抛石堤顶至液化层深度最大为12.65m左右，有效加固深度大于液化的深度，固依据设计夯击能4000KN·m时可以满足地基处理的要求。
表5强夯法的有效加固深度（m）
单击夯击能（KN·m）
碎石土、沙土等粗颗粒土
粉土、粘性土、湿陷性黄土等细颗粒土
1000
5.0～6.0
4.0～5.0
2000
6.0～7.0
5.0～6.0
3000
7.0～8.0
6.0～7.0
4000
8.0～9.0
7.0～8.0
5000
9.0～9.5
8.0～8.5
6000
9.5～10.0
8.5～9.0
8000
10.0～10.5
9.0～9.5
（三）强夯后的检测
本次试验段在强夯完成后，累计夯沉量在1.3m左右，强夯完成后的标高在+1.7m。
根据设计要求，在强夯完成后两周以上进行标贯试验，检测点数量为一个断面3个检测点，检测深度至-10m。
检测单位根据设计要求对强夯试验段进行检测。
采用钻机钻透抛石层后进行标贯试验，并对实验数据进行分析。
因北外护岸最终顶标高为+7.0m，与现在的标高+1.7m存在较大的变化，采用《水运工程抗震设计规范》（JTS146-2012）4.2.4条要求进行液化判别。
结果如下：
表6液化判别表
钻孔标号
土层编号
岩土名称
实测值
修正值
标贯点深度
地下水埋深
建成后标贯点深度
建成后地下水埋深
临界值
是否液化
JC1
2
粉砂
12
19
7.45
0
12.85
4.1
17
不液化
2
粉砂
16
25
8.45
0
13.85
4.1
18
不液化
2
粉砂
20
31
9.45
0
14.85
4.1
19
不液化
2
粉砂
17
26
10.45
0
15.85
4.1
19
不液化
JC2
2
粉砂
17
28
6.45
0
11.78
4.1
16
不液化
2
粉砂
20
32
7.45
0
12.78
4.1
17
不液化
2
粉砂
16
25
8.45
0
13.78
4.1
18
不液化
2
粉砂
25
39
9.45
0
14.78
4.1
19
不液化
2
粉砂
19
29
10.45
0
15.78
4.1
19
不液化
JC3
2
粉砂
14
21
8.45
0
12.97
4.1
18
不液化
2
粉砂
15
22
9.45
0
13.97
4.1
19
不液化
2
粉砂
12
19
10.45
0
14.97
4.1
19
不液化
由上表可知，钻孔JC1、JC2、JC3在设计最终标高+7.0米时可消除下部砂土层液化现象，说明此强夯工艺有效可行。
五、本地区其他项目地基液化处理简介
在游艇码头附近的北海渔村项目，对吹填完成后的地基进行处理。
对地基处理完成后的情况进行简单介绍。
（一）地质情况
北海渔村项目地质情况为上层的填土（粉砂、粉土）平均厚度在4.17m，2层的粉土标贯击数在7.1击，2-1粉砂标贯击数在7.1击。
3层的粉砂厚度在4.97m，标贯击数在16.5击。
4层为粉质粘土，厚度在3.43m，标贯击数在5.7击。
5层为粉质粘土，标贯击数在8.3击。
6层为粉土，标贯击数在21击。
粉土粉砂为液化土层，粉质黏土按照规范不属于液化土层。
（二）处理方式
北海渔村项目对此设置两处试验区：
一区：
采用无填料振冲+满夯地基处理，振冲深度8.0m，满夯夯击能1000KN·m。
二区：
采用无填料振冲+点夯+满夯地基处理，振冲深度8.0m，点夯夯击能2000KN·m，满夯夯击能1000KN·m。
（三）处理结果
一区地基处理完成后，地基液化指数在7.24~22.64.地基液化等级为中等~严重。
二区地基处理完成后，地基液化指数在5.28~13.61，地基液化等级为轻微~中等。
上述两种方式都未能有效的消除地基液化。
六、工艺总结
地基液化现象在陆上施工中可选择的方式较多，根据不同的地质条件可以采用桩基、振冲、振动加密、挤密碎石桩、强夯、换填等工艺进行液化消除。
而对于港口工程中水下地基液化的消除因建筑物结构形式的不同，可采取的措施相对较少。
尤其针对防波堤及护岸结构，受限于水深条件、地质条件及工程造价、工期安排等问题，施工工艺的选择是至关重要的。
鉴于本次试验段中出现一些问题提出以下几点建议：
1.因每个地区的地质条件、风浪条件、水文条件、施工环境不同，根据当地条件选取合适的处理方式是至关重要的。
原设计中北外护岸部分采用水下强夯的施工工艺，同时强夯施工区域最宽为46米，抛石完成后标高月-3米至-1米左右，部分区域无法保证施工船舶的有效吃水深度，最终北外护岸更改设计方案为陆上强夯施工。
在今后的工作中，设计方案的审查应与现场实际的施工情况相结合，及时发现并纠正，能够更好的保证施工进度。
2.本次陆上强夯，夯前标高在+3.0m，强夯过程中随着累计夯沉量的增加，施工面标高低于设计高水位，在高潮时，水位超过了强夯面，夯坑内积水严重，从而导致强夯施工缓慢。
同时在检测过程中，因高潮位高于强夯完成后的标高，静载试验及标贯试验存在较大的安全隐患。
对此，建议在今后的工作中，提高夯前标高，保证强夯施工过程中不会被水淹没。
一遍点夯完成后，建议恢复到夯前标高。
这样能够极大地增加有效工作时间，加快施工进度，同时保证试验检测工作的安全及数据的准确。
3.通过两个临近项目的对比，对于潍坊地区，简单的振冲、强夯施工效果无法有效的消除地基液化现象。
需要采取其他的方式进行处理，如在振冲结束后采用轻型井点降水，加快孔隙水压力的消散。
处理效果有可能会有所改善。
4.本次施工自强夯施工开始至检测结束，共耗时约一个半月的时间，对施工进度造成较大的影响。
如条件允许的情况下，建议使用基槽开挖的方式取代强夯施工，将液化土层全部挖除后进行抛石施工，对工程进度能够更好的提供保障。
5.加强安全管理。
水工工程临水作业，水上施工受风浪条件的影响较大，及时收听海洋天气预报，提前了解当地的风浪情况，在遇到恶劣天气的情况下及时将人员、设备撤离，能够极大地减少安全事故的发生。
六、参考文献
《水运工程抗震设计规范》（JTS146-2012）
《潍坊滨海游艇码头项目地质勘查报告》（中交第一航务工程勘察设计院有限公司）
《港口工程地基规范》（JTS147-1-2010）
《北外护岸强夯试验段地基检测报告》（核工业青岛工程勘察院）
《潍坊滨海旅游集团有限公司北海渔村项目地基处理试验区检测报告》（山东正元建设工程有限责任公司）
升级会员 