挤密砂石桩在杭州滨江地区工程中的应用

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1、前言  
    杭州滨江地区分布有较大范围以粉土、中细砂为主的地层，该地层虽地基承载力不算低，但属液化土层。因此，以该层作建筑地基之用，必须对之进行消除液化加固处理。挤密砂石桩除挤密作用外，还具有排水功能，能有效地消散地震等震动引起的超静孔隙水压力，从而使液化现象大为减轻。另外，砂石桩还有造价较低，砂石资源丰富，可就地取材，节约钢材、水泥等优点。
    2、工程概况及地基条件  
    天福花园住宅小区位于滨江四号地块，南临钱塘江，北靠钱江三桥。小区多为7层砖混住宅楼，并带半地下或全地下自行车库。根据地质勘察报告资料，地基各主要土层分布如下：①-1人工填土，厚约2.50m；①-2淤泥质填土，厚0.80～2.10m局部分布；①-3素填土，厚0.00～1.00m，局部分布；②-1砂质粉土，厚2.50～4.30m，全区分布较均匀，qc＝4000kPa，性质较好；②-2砂质粉土，厚2.00～4.40m，松散，全区分布较均匀，qc＝2000kPa；②-3粘性粉土，厚090～1.00m，松散，局部分布，qc＝900kPa，性质较差；③-1砂质粉土，厚度1.00～3.00m，全区分布，qc＝4000kPa，性质尚可；③-2砂质粉土夹粉砂，厚1.90～5.50m，稍密，全区分布，qc＝8000kPa，性质较好；③-3砂质粉土，厚4.50～7.60m，性质较差，qc＝2000kPa；④淤泥质粉质粘土，未钻穿，全区分布，性质较差，qc＝900kPa。其中①-3、②-2、②-3层在地震烈度七度时，为液化土层，由此判定场地为液化地基。 
    3、基础方案比较  
    滨江四号地块内有多家房产商在开发，所采用的基础类型也各有不同，主要有夯扩桩、水泥粉喷桩、挤密砂石桩等。现就以上几种基础类型进行方案比较： 
    (1)夯扩桩。采用振动或锤击沉管，在管内浇灌混凝土后进行夯压、扩底，属扩底沉管灌注桩。这种桩型，若桩长较短，未穿透液化土层，虽单桩承载力高，但不能有效消除砂土液化的影响。若采用长桩穿透液化土层，则在砂质粉土中施工，土层受到扰动、挤压，孔隙水压力无法扩散，从而引起液化，且因桩身受到孔隙水压力的作用，易产生沉桩冒水冒浆现象，导致桩身结构的严重破坏，从而降低单桩承载力。  
    (2)水泥粉喷桩。采用高压旋喷注粉法，把粉体固化材料喷入被搅动的软土中，形成了一个圆柱形水泥土体桩，并按复合地基设计。这种方法虽然能提高地基的承载力，但不能有效消除砂土液化。另外，在粉砂层土中施工，桩成型质量难以保证，效果不好。
    (3)挤密砂石桩。采用振动沉管并在管内灌入砂、石而成桩，并按复合地基设计。这种方法不仅可提高地基土的承载力，还可改善排水固结条件，消除砂土液化的影响，另外也易于施 工。因此，本工程基础选用该方案。  
    4、挤密砂石桩的设计与施工  
    (1)挤密砂石桩设计：采用φ377挤密砂石桩，有效桩长9～10m。根据液化土层的埋深，桩应穿透液化土层，进入③-1砂质粉土层1m以上。桩采用等边三角形满堂布置，面积置换率为5.73%，并从基础外缘扩大三排保护桩。设计复合地基承载力为160kPa。另外，基础底面还应铺设厚30～70cm砂石垫层，垫层应分层压实。  
    (2)挤密砂石桩施工：砂石填料中的砂与石之比为7∶3，碎石最大粒径不大于50mm，填料含泥量不大于5%，拔管速度控制在1.5m/min以下，每拔0.5～1.0m，停拔振动5～10s，充盈系数达到1.2以上。  
    5、挤密砂石桩加固效果  
    (1)加固效果检测：在施工完毕28天且地基土强度得到一定恢复后，采用静力触探法对桩间土进行原位测试，检测深度为10m，检测点随机布置并做到大致均匀分布。由检测结果可知，地基加固后②-1层砂质粉土qc值有较大提高，平均可增加48%～100%，表明挤密砂石桩对中密状砂质粉土加固效果较好，其复合地基承载力标准值Ｑ≥180kPa。在施工过程中，通过振动沉管挤密砂石桩的振动，将土体挤密和排水固结，可使粉砂土层的含水量降低10%～20%、孔隙比减少18%～25%、压缩模量增大40%～60%。土体密实性显著增大，有效加快了土体固结速度，使得土体迅速排水固结，从而增强了粉砂土抗液化能力。  
    (2)沉降观测：小区每幢楼每施工一层，沉降观测一次，共10次。沉降最大的一幢，至主体结构封顶时最大沉降量为43mm，最小沉降量为31mm，平均沉降量为38.6mm；至竣工验收时，最大沉降量为43mm，最小沉降量为34mm，平均沉降量为40mm。沉降量及沉降差均满足规范要求。  
    6、结束语  
    (1)采用挤密砂石桩加固粉砂土地基，可明显提高地基承载力，并且能有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，提高地基的抗液化能力。  
    (2)挤密砂石桩在设计和施工时，选择合理桩距非常重要，桩距太大，即置换率过低，相应的复合地基承载力也低，达不到设计要求；桩距太小，即置换率过高，桩不易施工。本工程就曾因桩距太小，施工时打不下去，不得不修改桩距，才得以顺利施工。根据本工程施工经验，打桩影响范围在1.00～1.5m，约3～4倍桩径，设计时桩距一般可控制在4倍桩径大小。  
    (3)挤密砂石桩不仅可节约钢材、水泥，而且还有施工方便、造价低等优点，具有较好的经济和社会效益。