銀川平原高等級(jí)公路液化土地基處治

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

　　簡(jiǎn)介： 根據(jù)銀川平原液化土地基的分布及特征，提出液化土地基處治的原則，結(jié)合工程實(shí)例介紹本地區(qū)液化土地基處治方法及處理技術(shù)與效果。

　　關(guān)鍵字：銀川平原 液化土 地基處治

　　銀川平原位于寧夏回族自治區(qū)中、北部。北起石嘴山，南至青銅峽，沿黃河分布，南北長(zhǎng)165km，東西寬40～50km.地貌上屬第四紀(jì)黃河沖積平原，構(gòu)造上處于銀川地塹，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)育，地震活動(dòng)頻繁，地震基本烈度8度。平原區(qū)地下水位高，埋深一般小于5m，組成物質(zhì)以第四系全新世松散沖積物為主，淺部發(fā)育粉土、粉細(xì)砂，天然地基承載力低，在地震作用下穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生液化現(xiàn)象。GZ25石中高速公路及GZ35銀古高速公路縱貫平原南北及橫跨平原東西，其沿線均有液化土分布，地基液化是銀川平原高等級(jí)公路地基失效的主要方式，亦是引起高等級(jí)公路破壞的主要原因，對(duì)公路工程建設(shè)的危害性和潛在威脅很大，在高等級(jí)公路建設(shè)中應(yīng)慎重對(duì)待，科學(xué)處治。

　　1．液化土的分布

　　銀川平原可液化土分布廣泛，成因類型較為單一，以第四系全新統(tǒng)松散堆積物為主。根據(jù)歷史地震砂土液化現(xiàn)象及石中高速公路、銀古高速公路工程勘察對(duì)砂土液化的判別資料，參考?xì)v次地震砂土液化的發(fā)生規(guī)律，以地質(zhì)、地貌、構(gòu)造等地質(zhì)背景條件為基礎(chǔ)，對(duì)銀川平原砂土液化進(jìn)行潛勢(shì)分區(qū)。分區(qū)結(jié)果表明，平原區(qū)西部賀蘭山東麓山前洪積平原及沖洪積過渡平原（相當(dāng)于黃河三級(jí)階地），由晚更新統(tǒng)沖洪積砂及砂礫組成，為非液化區(qū)。黃河河漫灘及一、二級(jí)階地淺部由全新統(tǒng)飽和粉土、粉細(xì)砂組成，上部粉質(zhì)粘土厚度一般小于5m，地下水位埋深隨季節(jié)變化在0.5～4m，屬液化區(qū)。其中一級(jí)階地飽和粉土、砂土裸露，無覆蓋層，液化等級(jí)中等～嚴(yán)重，二級(jí)階地上部一般分布有2～6m厚的粉質(zhì)粘土覆蓋層，液化等級(jí)輕微～中等。

　　GZ25石中高速公路北段K20＋500～K73＋200段、中段姚葉公路與南段第1～7合同段縱貫銀川平原南北，GZ35銀古高速公路銀石段橫跨銀川平原東西，其沿線處于黃河一、二級(jí)沖積階地，通過地段均為不同程度的液化地基。

　　2．液化土地基處治方案

　　2.1處治原則

　　液化土在地震作用下產(chǎn)生液化，對(duì)公路路基引起的破壞類型主要為路基下沉、開裂、邊坡坍滑及沉陷四種，其破壞程度受地基土、路堤高度、填料性質(zhì)、地震強(qiáng)度等因素制約，其中地基土的工程地質(zhì)性質(zhì)及水文地質(zhì)條件是關(guān)鍵因素。根據(jù)銀川平原公路工程地質(zhì)勘察資料，確定可液化土層的埋深、厚度、液化程度，分析其對(duì)公路工程的影響與危害程度，結(jié)合地基變形特性、地基處治的目的及公路不同構(gòu)造部位的要求等綜合確定銀川平原液化土地基的處理原則。

　　2.1.1一般路基路段

　?。?）路堤高度小于等于3m時(shí)，不處理液化地基；

　?。?）路堤高度大于3m小于5m，在地面以下6m深度范圍內(nèi)液化土層累計(jì)厚度小于2m時(shí)，不處理液化地基；

　?。?）8度地震區(qū)上覆非液化土層厚度或地下水位埋深大于6m時(shí)，不處理液化地基；

　?。?）在不能滿足上述條件之一時(shí)，按液化等級(jí)處理液化土地基，輕微液化路段不處理，中等液化路段部分消除液化，嚴(yán)重液化路段全部消除液化。

　　2.1.2橋涵構(gòu)造物

　　（1）小橋涵、通道按液化等級(jí)處理，輕微液化對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或上部結(jié)采取構(gòu)造措施，以減小地基不均勻沉降，中等～嚴(yán)重液化全部消除液化；

　　（2）大中橋、立交跨線橋不分液化等級(jí)應(yīng)全部消除液化。

　　2.2地基處治方案

　　高等級(jí)公路液化土地基處理方法，應(yīng)根據(jù)公路構(gòu)筑物的特性及地基的要求，液化土地基的工程特性、液化等級(jí)及液化深度與對(duì)公路工程的影響威害程度，結(jié)合施工環(huán)境條件、施工工期及當(dāng)?shù)刂凡牧系膩碓?，?jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后綜合確定。銀川平原工民建常用的處理方法包括混凝土夯擴(kuò)樁、碎石擠密樁、振沖碎石及灰砂樁等。公路工程由于其線性分布特征，液化土處治范圍一般較大，構(gòu)造物對(duì)地基要求各異，需綜合考慮處理方法。GZ25石中高速公路南段第1～7合同段，位于銀川平原南部，沿線液化土分布較廣，根據(jù)不同路段的特征經(jīng)綜合分析，采用換填、擠密砂石樁、強(qiáng)夯三種方法處理液化土地基。

　　3．地基處理技術(shù)

　　3.1換填法

　　3.1.1換填法特點(diǎn)

　　換填法處理液化土地基是將分布于淺層的可液化土部分或全部挖除，換填以強(qiáng)度較高的砂礫、碎石、卵石等，并分層夯壓實(shí)。全部挖除換填法適用于分布于地表且厚度小于3m的可液化土地基處理，從根本上改善了地基，全部消除了液化，為最徹底的措施。

　　3.1.2換填法應(yīng)用

　　石中高速公路南段第1合同段K110＋300～K110＋400段，位于惠農(nóng)渠南岸橋頭，路堤平均高度4.22m，地下水位埋深0.4m，地基土呈二元結(jié)構(gòu)，表層1.8～2.5m為淤泥質(zhì)粉土、粉細(xì)砂，之下為砂礫石，上部淤泥質(zhì)粉土及粉細(xì)砂，標(biāo)貫擊數(shù)2～4，液化指數(shù)18.6，為嚴(yán)重液化地基，需進(jìn)行工程處理。液化地基，處治采用挖除換填法，即將表層液化土全部挖除，換填砂礫土，根據(jù)土質(zhì)情況分層夯實(shí)，其處理范圍為路堤中心至兩側(cè)坡腳外排水溝外緣全部。并將挖除的液化土，經(jīng)處理后用于橋頭路堤100m以外路段的路基填料，分層填筑于路堤中部，或用于護(hù)坡道及綠化用土。

　　本段經(jīng)換填處理后，經(jīng)進(jìn)行標(biāo)貫，動(dòng)探檢測(cè)，地基土達(dá)到中密～密實(shí)，地基承載力達(dá)到250kpa以上，比處理前提高了2～3倍以上，極大地改善了地基土抗液化性，全部消除了液化，保證橋頭路堤的穩(wěn)定。

　　3.2擠密砂樁

　　3.2.1擠密砂樁的特點(diǎn)

　　擠密砂樁是利用擠密或振動(dòng)使地基土密實(shí)，并在振動(dòng)或擠密過程中回填砂料，形成砂樁，與樁間土一起組合復(fù)合為地基。其主要目的是提高地基土承載力，減少變形和增強(qiáng)抗液化性。在加固地基抗液化方面的機(jī)理主要是，通過在成樁過程中樁管對(duì)周圍液化土產(chǎn)生橫向擠壓力，使其周圍土層孔隙比減小，密實(shí)度增大；通過在樁孔內(nèi)充填粗砂，在地基中形成滲透性能良好的豎向排水降壓通道，有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高，防止砂土產(chǎn)生液化，加快地基排水固結(jié)；通過在成孔成樁時(shí)振動(dòng)錘的強(qiáng)烈振動(dòng)，使填入料和地基土在擠密的同時(shí)獲得強(qiáng)烈的預(yù)震，增加砂土抗液化能力。

　　3.2.2擠密砂樁的應(yīng)用

　　石中高速公路南段第2合同段大古鐵路高架橋兩端，路堤高度達(dá)8.5～9.4m，地基土上部為飽和低液限粉土，標(biāo)貫擊數(shù)2～7，厚度3.0～5.5，其下為砂礫石，地下水位埋深0.6m，經(jīng)液化判別，上部低液限粉土為可液化土，液化指數(shù)16.4，為嚴(yán)重液化，要求全部消除液化，采用擠密砂樁處理液化地基。

　　（1）設(shè)計(jì)計(jì)算

　　本項(xiàng)目通過計(jì)算，采用擠密砂樁樁徑0.4m，樁長(zhǎng)穿透上部可液化層至下部砂礫石層，按正方形布置，樁距1.0m，加固范圍至路堤坡腳處。設(shè)計(jì)要求砂樁和樁間土經(jīng)處理后樁間土地基承載力大于150kpa，標(biāo)貫擊數(shù)N>10，全部消除液化，砂料采用中粗混合砂，含泥量不大于5％。

　　（2）加固效果

　　全部砂樁施工完畢后，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)處理效果進(jìn)行了檢驗(yàn)，并采取原狀土樣作了室內(nèi)土工試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，標(biāo)貫擊數(shù)由加固前2～7提高到9～18，被加固軟塑狀低液限粉土已變成了硬可塑狀，地基承載力達(dá)到180kpa以上，孔隙比由0.84～0.88減小到0.61～0.72.本場(chǎng)地經(jīng)擠密砂樁加固后，抗剪強(qiáng)度顯著提高，壓縮性明顯降低，消除了8度地震時(shí)產(chǎn)生液化的可能性。

　　3.3強(qiáng)夯

　　3.3.1技術(shù)特點(diǎn)

　　強(qiáng)夯法處理地基是1969年由法國(guó)Menard技術(shù)公司首先創(chuàng)用的。它通過10～40t的重錘和10～40m落距，對(duì)地基以沖擊和振動(dòng)，從而提高地基的強(qiáng)度并降低其壓縮性。我國(guó)于1978年開始在天津新港、河北秦皇島等地進(jìn)行了強(qiáng)夯法的試驗(yàn)研究和工程施工，取得了較好的加固效果，接著強(qiáng)夯法迅速在全國(guó)各地推廣應(yīng)用。

　　強(qiáng)夯法適用于處理碎石土、砂土、粉土、粘性土、雜填土和素填土等地基。它不僅能提高地基土的強(qiáng)度，降低其壓縮性，同時(shí)還能改善其抗振動(dòng)液化的能力和消除土的濕陷性，所以還常用于處理可液化地基和濕陷性黃土地基等。強(qiáng)夯法處理液化土地基，在江蘇省徐連高速公路作為課題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并在工程中得到成功應(yīng)用。

　　3.3.2強(qiáng)夯法設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　?。?）強(qiáng)夯技術(shù)參數(shù)的確定。強(qiáng)夯法雖然已在工程中得到廣泛的應(yīng)用，但至今尚無一套非常成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，一般應(yīng)參照國(guó)內(nèi)強(qiáng)夯法加固地基的成功經(jīng)驗(yàn)，初步確定各類地基的強(qiáng)夯參數(shù)，在強(qiáng)夯施工前，選擇代表性路段（夯區(qū)）進(jìn)行試夯，以確定合理的強(qiáng)夯參數(shù)與施工工藝。強(qiáng)夯法的主要設(shè)計(jì)參數(shù)包括：錘重、落距、墊層材料與厚度，有效加固深度、夯擊能、夯擊次數(shù)、夯擊遍數(shù)、間隔時(shí)間、夯擊點(diǎn)布置和處理范圍等。

　?。?）施工質(zhì)量控制。強(qiáng)夯地基的質(zhì)量檢驗(yàn)，包括施工過程中的質(zhì)量監(jiān)測(cè)和夯后地基的質(zhì)量檢驗(yàn)，其施工過程檢驗(yàn)指標(biāo)分別為施工控制夯沉量和有效處理深度。強(qiáng)夯施工結(jié)束后，間隔2周對(duì)地基加固質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)頻率為每100m一個(gè)斷面，每斷面檢驗(yàn)3點(diǎn)，其中路中一點(diǎn)、左右邊坡坡腳各一點(diǎn)，檢驗(yàn)方法可選用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)等方法并結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)。檢測(cè)深度不小于設(shè)計(jì)處理深度。

　　3.2.3強(qiáng)夯法應(yīng)用

　　石中南段第7合同段K132＋500～K134＋200段應(yīng)用強(qiáng)夯技術(shù)處理液化土地基。

　?。?）場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

　　該路段為關(guān)馬湖互通立交區(qū)，處于黃河?xùn)|岸一級(jí)階地，地勢(shì)平坦，地下水位埋深0.5～1.3m，地震烈度8度。場(chǎng)區(qū)由第四系全新統(tǒng)（Q4al）松散沖積物組成，可劃分4個(gè)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)層。

　　第Ⅰ層耕土層：分布于場(chǎng)區(qū)地表，灰黃色，稍濕～濕，以粘性土為主，結(jié)構(gòu)松散，厚1.0～1.4m.

　　第Ⅱ?qū)拥鸵合薹弁粒狐S褐色～灰褐色，軟塑～流塑，飽和，厚1.5～2.9m，標(biāo)貫擊數(shù)3～7.

　　第Ⅲ層細(xì)砂：黃褐色～灰褐色，飽和，厚1.6～7.0m，標(biāo)貫擊數(shù)深度7m以上2～11，7m以下13～22.

　　第Ⅳ層圓礫：雜色，磨圓度較好，分選性差，中粗砂充填，中密～密實(shí)，厚度大于20m，層位穩(wěn)定，地基強(qiáng)度高。

　　按《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ004－89）第2.2.3條公式進(jìn)行液化判定，場(chǎng)區(qū)第Ⅱ?qū)拥鸵合薹弁僚c第Ⅲ層上部埋深7m以上的細(xì)砂為可液化土，液化指數(shù)6.8～18.3，液化等級(jí)為中等～嚴(yán)重，第Ⅲ層埋深7m以下及第Ⅳ層為非液化土。設(shè)計(jì)要求全部消除液化。

　　（2）強(qiáng)夯設(shè)計(jì)參數(shù)

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外類似工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本項(xiàng)目構(gòu)筑物的要求與場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，經(jīng)綜合分析，采用錘重18t、錘底面積5m2的夯錘實(shí)施強(qiáng)夯，夯點(diǎn)按正方形布置，點(diǎn)間距5m，夯擊三遍，即主夯、副夯與滿夯，主、副夯單擊夯能2000KN·m，按規(guī)定間距夯擊，夯擊數(shù)4擊，滿夯單擊夯能850KN·m，采用夯錘印彼此搭接四分之一連續(xù)夯擊，夯擊數(shù)按最后一擊夯沉量不大于3cm控制，三遍夯擊間歇時(shí)間均為72小時(shí)，砂礫墊層厚70cm.

　　根據(jù)初定的強(qiáng)夯參數(shù)，選擇K133＋450～K133＋500段進(jìn)行強(qiáng)夯試驗(yàn)，通過測(cè)試，與夯前測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果，以確定本工程采用的各種強(qiáng)夯參數(shù)。

　?。?）強(qiáng)夯試驗(yàn)評(píng)價(jià)

　　在試驗(yàn)段強(qiáng)夯7天后，進(jìn)行了標(biāo)貫及土工試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，土層標(biāo)貫擊數(shù)比夯前明顯增大，夯前第Ⅱ?qū)臃弁翗?biāo)貫擊數(shù)3～7，夯后提高到11～19，第Ⅲ層7m以上細(xì)砂夯前標(biāo)貫擊數(shù)2～11，夯后提高到12～22，且全部消除了液化，同時(shí)地基土物理力學(xué)性能得到了比較大的改善，含水量降低，天然容重增大，孔隙比減小，密實(shí)度提高，地基土抗剪強(qiáng)度得以明顯改善。

　　通過強(qiáng)夯試驗(yàn)，單擊能量采用2000KN·m時(shí)，有效加固深度7.0m，由于本工程可液化土主要分布于7m以上，因此采用單擊能量2000KN·m可以達(dá)到處理深度要求，最佳夯擊次數(shù)為4擊。

　?。?）強(qiáng)夯施工效果

　　從試夯區(qū)試驗(yàn)結(jié)果表明，試夯區(qū)的加固效果十分顯著，可以滿足工程設(shè)計(jì)要求，其強(qiáng)夯參數(shù)可以直接用于施工，本項(xiàng)目采用強(qiáng)夯法處理液化土地基，施工歷時(shí)3個(gè)月，通過標(biāo)貫、動(dòng)力觸探及室內(nèi)土工試驗(yàn)檢驗(yàn)，其加固效果達(dá)到預(yù)期目的，全部消除了液化。

　　4．結(jié)語(yǔ)

　　銀川平原液化土分布廣泛，液化土是高等級(jí)公路建設(shè)中的主要工程地質(zhì)問題之一。石中高速公路南段針對(duì)不同的工程地質(zhì)條件，不同的公路構(gòu)造部位，采取了相應(yīng)的處理原則和設(shè)計(jì)方案，經(jīng)工程實(shí)踐證明，換填法可徹底改善地基土的特性，徹底消除液化，適用于分布于地表厚度小于3m且規(guī)模較小的可液化土地基處治；擠密砂樁對(duì)深層地基加固及固結(jié)排水良好，既提高了地基強(qiáng)度，消除不均勻沉降，又徹底消除液化，適用于橋頭高路堤液化土地基處治；強(qiáng)夯對(duì)面積較大淺層液化地基加固效果明顯。由于其不同的處治方案其加固效果與投資差異較大，因此對(duì)液化土地基處治應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件結(jié)合公路工程特點(diǎn)，制定合理的處治原則，選擇合理有效的處治措施。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]寧夏建筑工程研究所.寧夏地基土特性及技術(shù)對(duì)策研究.1993.

　　[2]葉書麟.地基處理工程實(shí)例應(yīng)用手冊(cè).1998.

　　[3] 中國(guó)公路工程咨詢監(jiān)理總公司.姚伏至葉盛高速公路工程地質(zhì)勘察報(bào)告.1996.

　　[4]中國(guó)公路工程咨詢監(jiān)理總公司.葉盛至中寧高速公路工程地質(zhì)勘察報(bào)告.1999

　　[5]寧夏公路勘測(cè)設(shè)計(jì)院.麻黃溝至姚伏高速公路工程地質(zhì)勘察報(bào)告.1999.