管桩在改善土体液化性能中的实践.pdf

1722023年9 月岩土工程与勘察江西建材管桩在改善土体液化性能中的实践孙晋山西工程科技职业大学，山西太原030619摘要：管桩不仅可以用作工程桩，提高地基承载力；也可以用于地基处理，改良地基土体性质。在改变地基土液化的众多方法中，管桩由于自身的特殊性得到越来越多的应用。文中结合实例，对管桩处理地基进行了综合分析，结果表明，由于管桩施工中的挤土效应，打入管桩后土体的液化指数有一定降低，标准贯入值有一定程度的提高。关键词：PHC管桩；液化土；复合地基中图分类号：TU74文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 17 2-0 3Practiceof Pipe Piles inImprovingSoil Liquefaction PerformanceSun JinShanxi Vocational University of Engineering Science and Technology,Taiyuan,Shanxi 030619Abstract:Pipe piles can not only be used as engineering piles to improve the bearing capacity of the foundation;It can also be used forfoundation treatment to improve the properties of the foundation soil.Among the many methods for changing the liquefaction of foundationsoil,pipe piles are increasingly being applied due to their unique characteristics.This article combines examples to conduct a comprehensiveanalysis of pipe pile foundation treatment.The analysis shows that due to the squeezing effect during pipe pile construction,the liquefactionindex of the soil after driving the pipe pile has been reduced to a certain extent,and the standard penetration value has been improved to acertain extent.Key words:PHC pipe pile;Liquefied soil;Composite foundation1工程概况某工程拟建建筑物包括办公楼、质检中心、动力车间、发酵提纯车间、锅炉房、倒班宿舍以及局部配套1层地下车库等，地上建筑物拟采用框架或钢结构，地上3 8 层，基础拟采用筏基或独基，基础埋深3.0 5.8 m，详见表1，建筑物抗震设防类别为丙类。表1地上建筑物及基础概况地上高/长宽上部结基础基础埋深/建筑物层数mmm构形式形式m质检中心、办筱形835.19319框架5.8公楼基础发酵提纯321.311832钢结构桩承台3车间动力车间、锅321.311832钢结构桩承台3炉房筏形倒班宿舍730.112319框架5.8基础筏形办公楼车库框架5.8基础筏形宿舍车库框架5.8基础作者简介：孙晋（19 7 7-），男，山西太谷人，硕士，讲师，主要研究方向为地下工程。2工程地质拟建场地地基土为中软土，建筑场地类别为类，处于对建筑抗震不利地段。该场地为第四系全新统河流冲积地层（Q,l a l*p l），场地地层性质如下所示。第层：无序填土，成分以建筑垃圾、生活垃圾、粉土为主，平均土层厚度3.32 m，形成时间不足5 年，物理力学性质及工程性质均较差。第层：粉土，平均土层厚度5.14 m，稍密，压缩系数al-2平均值为0.334，实测标贯击数平均值N=1.8击，承载力特征值fak=70kPa。第层：粉质黏土，局部为粉土，平均土层厚度4.6 7 m，压缩系数a1-2平均值为0.4 0 2，实测标贯击数平均值N=4.3击，承载力特征值fak=80kPa。第层：粉土与粉质黏土夹砂，平均土层厚度4.5 3m，塑性指数介于6.0 13.6，其中，粉土为中密，粉质黏土为可塑状态，局部为细砂。压缩系数a1-2平均值为0.2 7 8，实测标贯击数平均值N=6.9击，承载力特征值fak=110kPa。第层：粉质黏土，平均土层厚度3.8 2 m，可塑状，局部为粉土，压缩系数a1-2平均值为0.2 8 1，实测标贯击数平均值N=11.4击，承载力特征值fak=100kPa。第层：粉土夹砂，以粉土为主，局部为细砂，平均土层厚度3.7 7 m，压缩系数ai-2平均值为0.2 8 4，实测标贯击数平均值N=14.8击，承载力特征值fak=140kPa。第层：粉质黏土，可塑硬塑状态，局部为粉土。平均土层厚度2.7 4 m，压缩系数ai-2平均值为0.2 7 4，实测标贯击数平均值N=19.6击，承载力特征值fak=150kPa。173.-52023年9 月岩土工程与勘察江西建材第层：细砂，中密，平均土层厚度2.5 m，实测标贯击数平均值N=21.0击，承载力特征值fak=170kPa。场地地下水类型：第层粉质黏土以上属潜水，其下属微承压水。实测稳定混合水位埋深介于地表下2.1 3.4 m，考虑干湿交替影响，判定场地水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具中等腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。3地基处理3.1场地液化的判别根据勘察报告，拟建场地抗震设防烈度为8 度，通过对4 6个标贯试样的计算可知，主要液化土层为第层粉土、第层粉土与粉质黏土层中的粉土，液化指数值范围为3.2 5 2 5.9 7，液化指数平均值为18。根据GB50011一2 0 19 建筑抗震设计规范表4.3.5，判定拟建场地液化等级为严重。3.2设计及施工布置建筑物抗震设防类别为丙类，且属于严重液化场地，根据GB50011一2 0 19 建筑抗震设计规范表4.3.6，其抗液化措施为“全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构进行处理”。因此，该工程地基处理时，要考虑提高地基承载力、消除不均匀沉降，同时，采用抗液化措施，并加强基础和上部结构2综合经济、工艺、工期、工况、场地环境条件等因素，考虑到自然地面下2 0 m内除第层外，土质均较差，并存在液化土层，普通的复合地基难以满足设计要求，故采用预应力管桩复合地基。（1）设计参数如下：选用PHC400AB95-10.5预应力管桩，并将上节螺旋箍筋全长改为6200，桩采用正三角形布置，桩距1.2 m。桩端进人第5 层粉土层约2 m，有效桩长约10.5m。单桩承载力特征值35 0 kN。桩孔采用C35膨胀混凝土填充，其中加人6 10的钢筋，填充深度3m。桩顶和基础垫层之间设置30 0 mm厚碎石褥垫层，每边外扩出基础边5 0 0 mm。碎石褥垫层由中砂和碎石组成，比例为砂：石=3：7，碎石粒径不宜大于30 mm，褥垫层夯填度不得大于0.9。（2）为了保证施工质量和地基处理效果，避免土体向单一边挤压造成超静水压力、地基土体挤密程度不均等现象，对压桩顺序进行了设计。压桩顺序为3：由中心逐渐向外侧对称施工；先施工较密的群桩，后施工较疏的群桩；每排均采用隔桩跳打的方法。同时，严格控制打桩速度，尽量减少孔隙水压力的叠加。4效果对比及分析44.1地基处理化情况对比工程桩施工完成2 8 d后，进行复合地基载荷试验，同时，进行土体开挖，检验桩间土的处理效果。表2地基处理前后液化情况对比轻微中等严重液化等级液化指数液化指数液化指数钻孔数钻孔数钻孔数平均值平均值平均值处理前13.8311.84524.55处理后62.136.380降低率/%4246100一一注：钻孔数为办公楼范围内打人桩的数量。注：钻扎数为办公楼范围内打入桩的数量。由表2 可以看出，处理后已经没有严重液化的孔，中等液化孔数量未改变，但大多数重度液化孔可能变为中等液化孔，轻微液化孔数大幅增多，由此可见，打桩后土体的液化有较大程度的改善，严重液化消失，降为中等液化或轻微液化；中等液化、轻微液化也有不同程度的改善。4.2地基处理前后入试验指标对比根据GB50011一2 0 19 建筑抗震设计规范，在地面下20m深度范围内，液化判别标准贯人锤击数临界值可按下式计算：Ncr=No1n(0.6d,+1.5)-0.1dwJ/3/p。(1)式中，Ne为液化判别标准贯人锤击数临界值，N。为液化判别标准贯人锤击数基准值（见表3），d，为饱和土标准贯人点深度（m），d 为地下水位（m），P 为黏粒含量百分率（%），当小于3或为砂土时，应采用3；为调整系数，设计地震第一组取0.80，第二组取0.9 5，第三组取1.0 5。表3液化判别标准贯入锤击数基准值N设计基本地震加速度/g0.10.150.20.30.4液化判别标准贯人锤击数基准值710121619由表4 可知，打桩前后土层标贯值也有不同程度提高，桩端以上土层标贯值较桩端以下提高明显；桩端以上土层粉土的标贯值提高幅度比黏土高，粉黏夹层的标贯值提高值最大，达到临界锤击数。表4地基处理前后标准贯入试验指标对比标贯平均值增加率增加率临界锤土层施工前施工后1%平均值击数粉土1.82.4338.1粉质黏土4.35.527.910.2桩端以上34.3粉土与粉质8.912.64212.8黏土夹砂粉质黏土11.415.43516.9桩端以下30?粉土夹砂14.818.52526.49由此可见，管桩在打入土体的过程中，经过多次振动，地基土在不同程度上产生了一定程度的振密，同时，桩周土体由桩身向外产生不同程度的水平位移，土颗粒重新排列，改变了土体原有结构，使得孔隙比降低，土体密实度增加，改善了土体的抗液化能力，提高了土体的力学性能。管桩在打人土体的过程中，桩周土体挤密作用可叠加放大，然而桩端的挤密作用叠加深度有限，所以桩周土体的挤密作用大于桩端土体6 。但是，随着土体深度的增加，桩身周围土体处理效果表现出浅层不如深层的特点。这可以理解为，浅层土体能够视作二维受力，深层土体则属于三维受力，在三向力的作用下，扰动土体更容易密实。桩端以下浅层位置，压密效果显著；桩端以下深层位置，压密效果相对较差。这反映出随着深度的增加，桩端以下土层挤密和压密作用逐渐减弱。同时可以看出，在粉质黏土和粉土夹砂土层，桩端上下标贯值的增加幅度不规律。本次管桩具体应用没有考虑桩距、面积置换率、嵌固深度等影响，实则这些因素对管桩处理效果也会起到非常关键的作用。5结语综上所述，本文通过实际案例研究了管桩处理液化地基的效果，证明管桩改善土体液化性能是可行的。当然，桩距、面积置换率、桩身材料、桩身嵌固深度等的不同，都会对地基处理效果产生不同影响。本次实践应用受到时间和条件限制，技术参（下转第17 6 页）176：上接第17 3页）-.岩土工程与勘察2023年9 月江西建材160N二1501403.54.55.56.57.5开挖深度/m（b）第二道锚杆轴力图4锚杆轴力与开挖深度演变规律6基坑周边沉降量分析通过监测数据分析基坑周边土体沉降量，监测测点对称布置，A和D测点布置于基坑左右坑角附近，B和C测点布置于对应基坑中部。根据实际监测数据，基坑开挖后，周边地表沉降量如图5 所示。由图5 可知，沉降量与监测点距基坑中心距离呈现凸形关系，越靠近基坑中心线，地表的沉降量越大，直至达到最大，为15.2 mm，但仍然满足规范要求。上述所有监测数据均表明，本工程锚杆支护结构具备可靠性。1612840AB监测点CD图5基坑周边沉降量7结语数不具有普遍性，因此，该结论存在一定的局限性。需要注意的是，本文试验效果具有实用性和推广性。参考文献【1庄迎春，谢康和，朱益军，等.地层组合对砂土液化的影响分析J岩土力学，2 0 0 3，2 4（6）：9 9 1-9 9 6.2孙吉主，罗新文，高晖.地层结构对砂土液化影响的有效应力动综上所述，本文以贵州省贵阳市贵安新区马场科技新城商业综合体项目为案例，分析了基坑水平位移及竖向位移随基坑开挖深度变化的演变规律，通过曲线走势图进行了直观展示，结合基坑支护结构应力及周边沉降数据，验证了本文所提支护结构的有效性，同时得出如下结论，以期为相关深基坑工程施工提供有益参考。（1）坡顶的水平/竖向位移与基坑开挖深度呈正相关关系。加人第一道锚杆支撑时，坡顶水平/竖向位移幅度随开挖深度增大有所减小；加入第二道支护结构后，一定开挖范围内，坡顶水平/竖向位移增加幅度有所减小，但是后期又开始增大。（2）锚杆轴力受基坑开挖深度的影响不大，第一道锚杆的轴力主要维持在115 kN，第一道锚杆的轴力主要维持在155kN。（3）沉降量、监测点与基坑的距离，两者呈现凸形关系，越靠近基坑中心线位置，地表沉降量越大，直至达到最大值，为15.2 mm。参考文献1】张钦喜，樊绍峰，周予启，深基坑桩锚支护侧土压力反分析及数值模拟J】.岩石力学与工程学报，2 0 0 9（2 8）：32 14-32 2 0.2武崇福，李长洪.深基坑桩锚支护结构桩身内力及土压力试验研究J.施工技术，2 0 12（41）：4-7.3严微，曾友谊，王维说.深基坑桩锚支护变形和内力分析方法探讨J】.重庆大学学报，2 0 0 8（31）：343-348.4欧吉青.某深基坑桩锚支护体系计算方法与结果分析J.南华大学学报，2 0 0 7（2 1）：7 3-7 7.5陈林靖，孙永佳，王志刚.深基坑内撑式支护结构的有限差分算法研究J岩石力学与工程学报，2 0 16（1）：3315-332 1.6钟连祥，陈飞，熊如宗，等.深基坑桩锚支护结构变形分析和数值模拟J.江西理工大学学报，2 0 18（39）：6-10.7】周勇，李康。基于开挖过程的深基坑桩锚支护结构位移的数值模拟分析J.兰州理工大学学报，2 0 18（44）：132-136.力分析J】.岩土力学，2 0 0 6，2 7（5）：7 8 7-7 9 0，7 9 4.3陈国兴，胡庆兴，刘雪珠.关于砂土液化判别的若干意见【J地震工程与工程振动，2 0 0 2，2 2（1）：141-15 1.4杨庆义.PHC管桩对桩间土地层液化影响J】.科学之友，2 0 11(3):3-4.5吕振利，陈建平.PHC管桩对液化土层的改善效果分析J】.施工技术，2 0 11，40（7）：38-40.6刘明辉.管桩复合地基应用J】.建筑知识（学术刊）,2 0 12（6）：146-147.