预制桩桩基施工对桩周粉土及砂土密实度的影响分析

王振红,刘瑞民,陈 美,张 琳

(浙江华东建设工程有限公司,浙江 杭州 310014)

预制桩桩基施工对桩周粉土及砂土密实度的影响分析

王振红,刘瑞民,陈 美,张 琳

(浙江华东建设工程有限公司,浙江 杭州 310014)

粉土、砂土是工程建设中常见的两种土类,其密实度和液化特征对工程建设影响十分明显。预制桩基施工对土层会产生一定程度的影响,特别是在粉土、砂土地层中,预制桩桩基施工前后粉土、砂土密实度和液化特征均会存在明显的变化。通过对桩基施工前后粉土、砂土密实度和液化趋势进行分析,得出桩基施工前后粉土、砂土密实度的变化和液化特征的不同,可供工程建设参考。

桩基施工；液化；密实度；对比分析

粉土、砂土是工程建设中经常遇到的两种土类,其密实度对工程建设影响十分显著。在抗震设防烈度大于6度的区域,粉土、砂土的液化特征对建(构)筑物运营等存在不利影响。对于一些重要的建筑,常采用桩基础来满足荷载要求及降低液化影响。对于预制桩单桩基础,桩基施工前后对场地粉土、砂土密实度的影响范围较小,不存在明显的变化。但当采用群桩基础时,由于桩基大面积的施工,对场区粉土、砂土的密实度及液化特征影响会十分明显,往往会改变粉土、砂土的工程特性；反之,粉土、砂土的工程特性的改变也会影响桩的承载力大小,特别是对风机的水平承载力影响更为明显[1]。此外,不同桩数的群桩基础对粉土、砂土的密实度及液化特征影响也存在不同。基于这些问题,分析群桩桩基施工对粉土、砂土密实度及液化特征的影响,找出桩基施工前后土层的性质变化,对降低工程建设成本、提高建(构)筑物的安全性具有重要的实际意义[2-3]。

1 工程概况

江苏某沿海风电场位于东台市境内,风电场距离海岸线约6 km,属南黄海潮间带滩涂地貌单元,地势平坦。根据工程区完成的地震安全性评价报告,工程场区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.15 g,相当于地震基本烈度Ⅶ度。参考已完成风电场勘察报告,勘探深度内均为第四系沉积物,上部①～③层为第四系全新统(Q4)冲海相粉土、粉砂,下部为晚更新世(Q3)陆相、滨海相沉积物。埋深20 m以内主要地层如下：①层稍密状粉土；②-1层稍密状粉土,含少量粉砂；②-2层稍密—中密状粉土；③-1层中密状粉土夹粉砂；③-2层中密—密实状粉砂；③-夹1层中密局部稍密状粉土夹粉砂；③-夹2层流塑状淤泥质粉质黏土；④-1层可塑状粉质黏土。对场区内4台有代表性的风机进行桩基施工前后埋深20 m以内的粉土、砂土密实度进行对比分析,判定风机桩基施工后地基土的挤密效果,并分析桩基施工对粉土、砂土液化的影响。

2 桩基施工前后土层密实度的变化

分别对桩基施工前和桩基施工后各层土的标贯击数进行统计,见表1。

表1 桩基施工前后标准贯入试验成果统计表

从表1可以看出,各层土桩基施工前后除表层①层粉土标贯击数变化较小外,其余各层土标贯击数增大明显,平均值增大一般均在10击以上。桩基施工后对场地周围土体密实度影响较大。①层粉土位于表层,在打桩过程中,粉土在桩体挤压下除进行水平位移外,由于上部无覆盖层挤压,土体会向上隆起,在桩基震动挤密及向上隆起双重因素影响下,桩基施工前后标贯击数变化不大。而②-1层粉土、②-2层粉土、③-1层粉土夹粉砂、③-2层粉砂、③-夹1层粉土夹粉砂在桩基施工时,水平和垂直向均有土体挤压,位移变化会较小,土体挤密明显,因此,标贯击数会明显增大。

3 桩基施工前后场地液化对比分析

在厚液化土层中建有的桩基,对砂土物理力学性质的改善有明显的促进作用；它可使砂土挤密,有效应力增加,孔隙比、渗透性减小等。这势必会影响砂土液化性状的改变[4]。

本场区20 m深度范围内,分布有饱和的粉砂、粉土(①、②-1、②-2、③-1、③-2、③-夹1层),其黏粒含量(粒径<0.005 mm)小于10%。根据《建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)》的规定,属液化判别范围,需采用标准贯入试验判别法作进一步判别。实测标贯锤击数N小于或等于标贯锤击数临界值Ncr时,判为液化土,并进一步计算液化指数IlE,判定液化等级；实测标贯锤击数N大于标贯锤击数临界值Ncr时,判为非液化土[5]。标贯锤击数临界值和液化指数计算公式详见《建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)》,计算时取N0=10,β=0.80。

由表2可知,桩基施工前场地存在轻微液化,液化土层主要为①层粉土、②-1层粉土、③-1层粉土夹粉砂及③-夹1层粉土夹粉砂,液化指数范围0.65～5.12；桩基施工后,场地内地基土均为非液化土。

表2 桩基施工前后液化情况统计表

因此可以判定本次桩基施工后桩周土挤密效果明显,场地液化等级由轻微变为不液化。

4 桩型对土层密实度的影响分析

本风电场风机基础根据不同的地质条件情况,采用了4种布桩型式,见表3。桩基布置分外圈、中圈、内圈三层,外圈桩中心距离风机基础中心点间距为17.8 m,中圈桩中心距离风机基础中心点间距为13.6 m,内圈中心距离风机基础中心点间距为4.15 m,各圈桩按等间距布置。

表3 风机基础4种布桩型式

4台风机中,2#风机采用布桩型式1,18#风机采用布桩型式2,9#风机采用布桩型式3,4#风机采用布桩型式4。4台风机桩基施工前后标贯变化情况见表4。

表4 2#风机桩基施工前后标贯增大比例统计表

从表4中可知,18#风机(布桩型式2)在桩基施工前后标贯增大比例较大,各层土的标贯击数在桩基施工后相比桩基施工前增大了0.81倍以上,平均值增大了1.35～3.38倍。其次为4#风机(布桩型式4),标贯击数平均值在桩基施工后相比桩基施工前的平均值增大了0.78～1.41倍。2#风机(布桩型式1)变化最小,标贯击数平均值在桩基施工后相比施工前增大了0.52～1.24倍。由此可以得出,当风机周围布桩数逐渐增多时,其桩基施工前后标贯击数增大比例也逐渐增加,但当桩基数量增加到一定程度时,标贯击数变化不明显,甚至会出现标贯击数变化降低的情况。分析原因,在土体中打入一定数量的桩时,桩周土体已趋近于密实,当在土体中继续打入预制桩时,桩会对密实的土体造成再次扰动,使土体密实性变差,标贯击数降低。

5 结 语

从以上分析可得出如下结论。

1)桩基施工后对场地粉土、砂土密实度及液化影响较大。

2)在桩基施工前后,除①层粉土标贯击数变化不大外,其余各层土标贯击数增大明显,平均值增大一般均在10击以上。

3)桩基施工前各台风机场地内均存在轻微液化,桩基施工后场地内粉砂土均为不液化土。

4)不同的布桩型式对场地的粉土、砂土的标贯击数影响不同。当风机周围布桩数逐渐增多时,其桩基施工前后标贯击数增大比例也逐渐增加,但当桩基数量增加到一定程度时,标贯击数变化不明显,甚至会出现标贯击数变化降低的情况。

[1] 王建华,冯士伦.液化土层中桩基水平承载特性分析[J].岩土力学,2005,26(10)：1597- 1601.

[2] 柳剑锋.静压预制桩在粉土、砂土地区挤密效应的探讨[J].西部探矿工程,2012(10)：12- 13.

[3] 刘佳东,成建强,曹胜敏.预制桩在砂土地区的挤密效应的分析[J].港工技术,2014,51(1)：49- 51.

[4] 韩立华,刘松玉.挤土桩对土层液化影响研究[J].工程抗震与加固改造,2005,27(1)：66- 69.

[5] 中国建筑科学研究院.GB 50011—2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2010.

Analysis on the Influence of the Precast Pile Foundation Construction to the Compactness of Silt and Sand around the Pile

WANGZhenhong,LIURuimin,CHENMei,ZHANGLin

2016- 10- 20

王振红(1985— ),男,安徽阜阳人,工程师,从事岩土工程勘察工作和工程地质研究工作。

TU473.1+3

B

1008- 3707(2017)04- 0013- 03