砂石桩的加固效果分析

陆绍胜，梁启定

LU Shaosheng，LIANG Qiding

(浙江省有色金属地质勘查局，浙江 绍兴312000)

萧山地区钱塘江以南分布着较大范围的以粉土、粉细砂为主的地层，该地层虽然地基承载力总体较高，但部分地段上部粉土承载力偏低，局部属轻微液化土层。因此，以浅部粉土层作建筑物基础持力层，必须对其进行地基加固处理。砂石桩是利用振动或冲击方式，在软弱地基中成孔后，填入砂、砾石、卵石、碎石等材料并将其挤入土中，形成密实的砂或碎石组成的桩体。砂石桩加固松散砂土和粉土地基的主要作用是挤密、振密作用。由于在振动成桩过程中，桩间土受到多次预振，使地基的抗液化能力提高，因此它主要用来消除粉砂土地基的液化，并且使松散粉土的承载力得到较大的提高［1］。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。

1 工程概况及地基条件

某工程位于萧山地区钱塘江以南，为6 层框架结构商住楼，最大柱荷载约3 650 kN，平面图见图1。

根据地质勘察报告资料，地基各主要土层分布如下:①素填土，厚度约0.60～1.10 m;②-1砂质粉土，厚度1.20～2.80 m，稍密，qc=1 650 kPa (qc为双桥静探锥尖阻力，下同)，性质稍好;②-2砂质粉土，厚度2.60～3.40 m，松散—稍密，qc=1 020 kPa，性质稍差;②-3砂质粉土，厚度5.30～6.80 m，中密—密实，qc=6 540 kPa，性质较好;②-4 粉砂，厚度3.10～5.90 m，中密—密实，qc=9 820 kPa，局部夹砂质粉土，性质好;③淤泥质粉质黏土，未钻穿，流塑，qc=650 kPa，为高压缩性软土，性质差。其中②-1、②-2层砂质粉土在地震烈度6 度时，局部有轻微液化现象。各土层的主要物理力学指标见表1。

2 基础方案比较

萧山地区类似地层的多层建筑物所采用的基础类型也各有不同，主要有夯扩桩、水泥搅拌桩、砂石桩、预应力管桩等。现对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。这种桩型加固效果虽然较好，但由于桩基施工时噪音大，对周边居民的正常生活影响很大，所以不适用于本工程。

图1 平面图

表1 各土层的主要物理力学指标

(2)水泥搅拌桩:通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将水泥浆或水泥粉和软黏土强制搅拌，一定时间后，通过土和水泥水化物间的物理化学作用，形成有一定强度和渗透性较低的水泥土固结体［2］。水泥土搅拌法适用于处理淤泥及淤泥质土、黏性土、粉土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基［3］。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。

(3)预应力管桩:采用静压或锤击的方式，将预制的管桩沉入到②-4 层粉砂持力层中，该法施工速度较快，质量有保障，实际工程中采用此法的较多，但造价稍高。鉴于本场地②-4 层粉砂顶板起伏较大，局部厚度偏小，且下卧层为高压缩性软弱土层。因此，本工程基础不宜选用该方案。

(4)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，消除粉土、粉砂液化的影响，另外也易于施工。因此，本工程基础选用该方案。

3 砂石桩的设计与施工

(1)砂石桩设计:采用φ377 挤密砂石桩，有效桩长7 m 左右，进入②-3 砂质粉土约1 m 以上。桩采用等边三角形布置，并从基础边缘以外布置二排桩。另外，基础底面还应铺设厚300～500 mm 砂石垫层并碾压密实。

(2)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50 mm，填料含泥量不大于5%，拔管速度控制在1.5 m/min 以下，每拔0.5～1.0 m，停拔振动5～10 s，充盈系数达到1.2 以上。

4 砂石桩加固效果

(1)加固效果检测:在施工完毕15 d 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，检测深度约为7 m，检测点随机布置并做到大致均匀分布，加固效果见图2。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20%～45%;②-2 层砂质粉土qc值有着显著的提高，平均可增加60%～105%;表明砂石桩对松散状粉土挤密加固效果显著。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%～16%，孔隙比减少12%～18%，压缩模量增大25%～40%。

图2 加固效果对比

(2)从在桩间土作的静力触探试验及其结果得知:砂石桩处理液化效果是比较理想的，尤其是在②-1、②-2 土层中，砂石桩处理后的静力触探试验阻值均有一定增大，②-2 土层增大更加明显，原来液化的土层经挤压后成为非液化土层。从施工现象看，尽管大量碎石贯入到地下，但桩周围地面仍然产生大量沉降，并且有大量水排出，说明粉土振动挤密后，水从砂石桩中可以畅通地排出，孔隙水压力得到了及时的消散，土产生了很好的固结，从而使密实度增大。

(3)砂石桩随着土的深度不一样，加固程度也不一样，浅部粉土层加固效果相对较差，这可从静力触探试验及其结果得到证实。②-1 层粉土qc值提高20%～45%，而其下部的②-2 层粉土qc值提高60%～105%，其原因是②-1 层粉土为表层土，受到挤压后，由于上面有变形空间，从而向上膨胀，使浅部②-1 层粉土得不到很好的挤密加固。

(4)沉降观测:工程施工时，每施工一层，沉降观测一次，至竣工验收时，沉降均匀，沉降量及沉降差均满足设计及规范要求。

5 结 语

(1)砂石桩对表层粉土的加固效果较差，对表层以下松散及稍密的粉土加固效果显著，设计和施工时应引起重视。

(2)采用砂石桩加固粉土、砂土地基，可明显提高地基承载力，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。

(3)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。

(4)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，具有较好的经济效益。

［1］ 林宗元.简明岩土工程勘察设计手册(下册)［M］. 北京:中国建筑工业出版社，2003

［2］ 龚晓南.复合地基［M］.杭州:浙江大学出版社，1992.

［3］ 浙江省建筑设计研究院，浙江大学建筑工程学院. DB 33/1001—2003 建筑地基基础设计规范［S］. 杭州:浙江大学出版社，2003.