銀川平原高等級公路液化土地基處治

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

　　簡介： 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，結合工程實例介紹本地區(qū)液化土地基處治方法及處理技術與效果。

　　關鍵字：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165km，東西寬40～50km.地貌上屬第四紀黃河沖積平原，構造上處于銀川地塹，新構造運動發(fā)育，地震活動頻繁，地震基本烈度8度。平原區(qū)地下水位高，埋深一般小于5m，組成物質以第四系全新世松散沖積物為主，淺部發(fā)育粉土、粉細砂，天然地基承載力低，在地震作用下穩(wěn)定性差，易產生液化現(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公路地基失效的主要方式，亦是引起高等級公路破壞的主要原因，對公路工程建設的危害性和潛在威脅很大，在高等級公路建設中應慎重對待，科學處治。

　　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砂土液化的判別資料，參考歷次地震砂土液化的發(fā)生規(guī)律，以地質、地貌、構造等地質背景條件為基礎，對銀川平原砂土液化進行潛勢分區(qū)。分區(qū)結果表明，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（相當于黃河三級階地），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、二級階地淺部由全新統(tǒng)飽和粉土、粉細砂組成，上部粉質粘土厚度一般小于5m，地下水位埋深隨季節(jié)變化在0.5～4m，屬液化區(qū)。其中一級階地飽和粉土、砂土裸露，無覆蓋層，液化等級中等～嚴重，二級階地上部一般分布有2～6m厚的粉質粘土覆蓋層，液化等級輕微～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生液化，對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、地震強度等因素制約，其中地基土的工程地質性質及水文地質條件是關鍵因素。根據(jù)銀川平原公路工程地質勘察資料，確定可液化土層的埋深、厚度、液化程度，分析其對公路工程的影響與危害程度，結合地基變形特性、地基處治的目的及公路不同構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，不處理液化地基；

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

　　（3）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，不處理液化地基；

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

　　2.1.2橋涵構造物

　?。?）小橋涵、通道按液化等級處理，輕微液化對基礎結構或上部結采取構造措施，以減小地基不均勻沉降，中等～嚴重液化全部消除液化；

　?。?）大中橋、立交跨線橋不分液化等級應全部消除液化。

　　2.2地基處治方案

　　高等級公路液化土地基處理方法，應根據(jù)公路構筑物的特性及地基的要求，液化土地基的工程特性、液化等級及液化深度與對公路工程的影響威害程度，結合施工環(huán)境條件、施工工期及當?shù)刂凡牧系膩碓?，經技術經濟比較后綜合確定。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，構造物對地基要求各異，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)不同路段的特征經綜合分析，采用換填、擠密砂石樁、強夯三種方法處理液化土地基。

　　3．地基處理技術

　　3.1換填法

　　3.1.1換填法特點

　　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，換填以強度較高的砂礫、碎石、卵石等，并分層夯壓實。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換填法應用

　　石中高速公路南段第1合同段K110＋300～K110＋400段，位于惠農渠南岸橋頭，路堤平均高度4.22m，地下水位埋深0.4m，地基土呈二元結構，表層1.8～2.5m為淤泥質粉土、粉細砂，之下為砂礫石，上部淤泥質粉土及粉細砂，標貫擊數(shù)2～4，液化指數(shù)18.6，為嚴重液化地基，需進行工程處理。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)土質情況分層夯實，其處理范圍為路堤中心至兩側坡腳外排水溝外緣全部。并將挖除的液化土，經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，或用于護坡道及綠化用土。

　　本段經換填處理后，經進行標貫，動探檢測，地基土達到中密～密實，地基承載力達到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

　　擠密砂樁是利用擠密或振動使地基土密實，并在振動或擠密過程中回填砂料，形成砂樁，與樁間土一起組合復合為地基。其主要目的是提高地基土承載力，減少變形和增強抗液化性。在加固地基抗液化方面的機理主要是，通過在成樁過程中樁管對周圍液化土產生橫向擠壓力，使其周圍土層孔隙比減小，密實度增大；通過在樁孔內充填粗砂，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，防止砂土產生液化，加快地基排水固結；通過在成孔成樁時振動錘的強烈振動，使填入料和地基土在擠密的同時獲得強烈的預震，增加砂土抗液化能力。

　　3.2.2擠密砂樁的應用

　　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8.5～9.4m，地基土上部為飽和低液限粉土，標貫擊數(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，為嚴重液化，要求全部消除液化，采用擠密砂樁處理液化地基。

　?。?）設計計算

　　本項目通過計算，采用擠密砂樁樁徑0.4m，樁長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。設計要求砂樁和樁間土經處理后樁間土地基承載力大于150kpa，標貫擊數(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，采用標準貫入試驗對處理效果進行了檢驗，并采取原狀土樣作了室內土工試驗。試驗結果表明，標貫擊數(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，地基承載力達到180kpa以上，孔隙比由0.84～0.88減小到0.61～0.72.本場地經擠密砂樁加固后，抗剪強度顯著提高，壓縮性明顯降低，消除了8度地震時產生液化的可能性。

　　3.3強夯

　　3.3.1技術特點

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

　　強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度，降低其壓縮性，同時還能改善其抗振動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。強夯法處理液化土地基，在江蘇省徐連高速公路作為課題進行了試驗研究，并在工程中得到成功應用。

　　3.3.2強夯法設計要點

　　（1）強夯技術參數(shù)的確定。強夯法雖然已在工程中得到廣泛的應用，但至今尚無一套非常成熟的設計計算方法，一般應參照國內強夯法加固地基的成功經驗，初步確定各類地基的強夯參數(shù)，在強夯施工前，選擇代表性路段（夯區(qū)）進行試夯，以確定合理的強夯參數(shù)與施工工藝。強夯法的主要設計參數(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)、間隔時間、夯擊點布置和處理范圍等。

　?。?）施工質量控制。強夯地基的質量檢驗，包括施工過程中的質量監(jiān)測和夯后地基的質量檢驗，其施工過程檢驗指標分別為施工控制夯沉量和有效處理深度。強夯施工結束后，間隔2周對地基加固質量進行檢驗，檢驗頻率為每100m一個斷面，每斷面檢驗3點，其中路中一點、左右邊坡坡腳各一點，檢驗方法可選用標準貫入試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗及現(xiàn)場荷載試驗等方法并結合室內土工試驗。檢測深度不小于設計處理深度。

　　3.2.3強夯法應用

　　石中南段第7合同段K132＋500～K134＋200段應用強夯技術處理液化土地基。

　?。?）場地工程地質條件

　　該路段為關馬湖互通立交區(qū)，處于黃河東岸一級階地，地勢平坦，地下水位埋深0.5～1.3m，地震烈度8度。場區(qū)由第四系全新統(tǒng)（Q4al）松散沖積物組成，可劃分4個工程地質結構層。

　　第Ⅰ層耕土層：分布于場區(qū)地表，灰黃色，稍濕～濕，以粘性土為主，結構松散，厚1.0～1.4m.

　　第Ⅱ層低液限粉土：黃褐色～灰褐色，軟塑～流塑，飽和，厚1.5～2.9m，標貫擊數(shù)3～7.

　　第Ⅲ層細砂：黃褐色～灰褐色，飽和，厚1.6～7.0m，標貫擊數(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，厚度大于20m，層位穩(wěn)定，地基強度高。

　　按《公路工程抗震設計規(guī)范》（JTJ004－89）第2.2.3條公式進行液化判定，場區(qū)第Ⅱ層低液限粉土與第Ⅲ層上部埋深7m以上的細砂為可液化土，液化指數(shù)6.8～18.3，液化等級為中等～嚴重，第Ⅲ層埋深7m以下及第Ⅳ層為非液化土。設計要求全部消除液化。

　?。?）強夯設計參數(shù)

　　根據(jù)國內外類似工程經驗，結合本項目構筑物的要求與場地工程地質條件，經綜合分析，采用錘重18t、錘底面積5m2的夯錘實施強夯，夯點按正方形布置，點間距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，三遍夯擊間歇時間均為72小時，砂礫墊層厚70cm.

　　根據(jù)初定的強夯參數(shù)，選擇K133＋450～K133＋500段進行強夯試驗，通過測試，與夯前測試數(shù)據(jù)進行對比，檢驗強夯效果，以確定本工程采用的各種強夯參數(shù)。

　　（3）強夯試驗評價

　　在試驗段強夯7天后，進行了標貫及土工試驗，試驗結果表明，土層標貫擊數(shù)比夯前明顯增大，夯前第Ⅱ層粉土標貫擊數(shù)3～7，夯后提高到11～19，第Ⅲ層7m以上細砂夯前標貫擊數(shù)2～11，夯后提高到12～22，且全部消除了液化，同時地基土物理力學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，密實度提高，地基土抗剪強度得以明顯改善。

　　通過強夯試驗，單擊能量采用2000KN·m時，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可以達到處理深度要求，最佳夯擊次數(shù)為4擊。

　　（4）強夯施工效果

　　從試夯區(qū)試驗結果表明，試夯區(qū)的加固效果十分顯著，可以滿足工程設計要求，其強夯參數(shù)可以直接用于施工，本項目采用強夯法處理液化土地基，施工歷時3個月，通過標貫、動力觸探及室內土工試驗檢驗，其加固效果達到預期目的，全部消除了液化。

　　4．結語

　　銀川平原液化土分布廣泛，液化土是高等級公路建設中的主要工程地質問題之一。石中高速公路南段針對不同的工程地質條件，不同的公路構造部位，采取了相應的處理原則和設計方案，經工程實踐證明，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；擠密砂樁對深層地基加固及固結排水良好，既提高了地基強度，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；強夯對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，因此對液化土地基處治應根據(jù)場地工程地質條件結合公路工程特點，制定合理的處治原則，選擇合理有效的處治措施。

　　參考文獻：

　　[1]寧夏建筑工程研究所.寧夏地基土特性及技術對策研究.1993.

　　[2]葉書麟.地基處理工程實例應用手冊.1998.

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

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

　　[5]寧夏公路勘測設計院.麻黃溝至姚伏高速公路工程地質勘察報告.1999.