山西汾河一级阶地及河漫滩区地基处理设计方法的讨论

ANXiangyong，YANFengxiang，FANXiying，etal.DiscussionondesignmethodofgroundtreatmentinShanxiFenhefirstgradeterraceandfloodplain［J］.WaterＲesourcesandHydropowerEngineering，2019，50（S1）：17-20.

山西汾河一级阶地及河漫滩区地基

处理设计方法的讨论

12113

安向勇，阎风翔，樊习英，苏晓学，巩天真

（1.国网山西省电力公司经济技术研究院，山西太原030006；2.山西大学土木工程系，山西太原

030013；3.山西科汇工程质量检测有限公司，山西太原030013）

要：山西汾河一级阶地及河漫滩地区地质情况复杂，地基处理不得当则会出现工程事故而造成经济损失。结合实际工程，提出了针对此场地的勘察及地基处理的方法：结合传统勘察方法再配合静探摘

－土工试验法对场地进行勘测，根据灵敏度指标和液性指数将该区域地基分为4类，根据不同的类型采用不同的地基处理设计方案。对于灵敏+液化地基，推荐使用碎石桩+CFG桩进行处理。关键词：灵敏度；液化指数；勘察及地基处理的方法；汾河一级阶地及河漫滩

doi：10.13928/j.cnki.wrahe.2019.S1.004中图分类号：TU753

文献标识码：B

文章编号：1000-0860（2019）增刊1-0017-04

DiscussionondesignmethodofgroundtreatmentinShanxiFenhefirstgradeterraceandfloodplain

ANXiangyong1，YANFengxiang2，FANXiying1，SUXiaoxue1，GONGTianzhen3

（1.StateGridShanxieconomicandTechnologyＲesearchInstituteofelectricpowercompany，Taiyuan030006，Shanxi，China；

2.CivilEngineeringDepartmentofShanxiUniversity，Taiyuan030013，Shanxi，China；3.ShanxiKehuiEengineeringQualityInspectionCo.，Ltd，Taiyuan030013，Shanxi，China）

Abstract：ThegeologicalsituationofShanxiFenhefirstgradeterraceandfloodplainiscomplexandengineeringaccidentsoftenappeared.Combinedwithpracticalengineering，thispaperputsforwardsurveyandgroundtreatmentdesignmethod.First，usestaticagent-soiltestmethodtodeterminethesoilsensitivityindex，andthencombinedwithliquidityindexthisregiongroundcanbedividedintofourcategories.Accordingtothedifferenttypesdifferentfoundationtreatmentdesignhavebeenused.Ｒecom-mendgravelpile+CFGpiletotreatsensitive+liquefiedfoundation.

Keywords：sensitivity；liquidation；surveyandgroundtreatmentdesignmethod；Fenhefirstgradeterraceandfloodplain

0引言

层多为饱和的粉土、粉质黏土及细砂层或其互层，经常规勘察后多判定其为液化地基而采用碎石桩的方法对其进行处理。但在生产实践中发现，采用碎石桩处

山西汾河一级阶地及河漫滩湖相地基土的上部土

收稿日期：2019-01-27

基金项目：国网山西省电力公司科技项目（SGSXJYOOPSJS1800005）

作者简介：安向勇（1975—），男，高级工程师，硕士，主要研究方向为电力基础建设。E－mail：543354191@qq.com通信作者：阎风翔（1977—），女，副教授，硕士，主要研究方向为地基处理。E－mail：elanfeng9610@163.comWaterＲesourcesandHydropowerEngineeringVol.50sup1

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安向勇，等∥山西汾河一级阶地及河漫滩区地基处理设计方法的讨论理地基后，地基承载力不升反降且沉降长时间不能稳定。例如：太原某500kV变电站采用碎石桩处理地基，设备基础浇灌后就开始沉降，1个月的沉降量就达到140mm。阳煤集团清徐某化肥厂1000T空压机基础浇灌完，设备尚未安装，基础沉降变形就达到了100mm。这些工程后期都进行了补桩，二次处理费用高达600万～700万元之多，造成了很大的经济损

失。分析原因

［1－6］

：在勘察及地基处理过程中忽略了饱和粉土和黏性土的结构性，即忽略了扰动对其原有结构的破坏。碎石桩施工对地基土产生了很大的扰动，土体原有结构被破坏，桩侧、桩周阻力变小，单桩及桩间土力学性质低下，使得地基承载力降低且变形急剧增加。对于这个问题，从理论上讲，随着时间的增加，孔隙水压力消散，扰动影响消失，桩间土强度恢复，地基会重新稳定。但实践表明，规范中建议的间歇时间是不够的，地基稳定的时间可能是几月乃至几年，因时间无法预测而造成施工困难。为了解决汾河一级阶地及河漫滩湖相地基土施工扰动后的地基稳定性问题，在试验研究和工程实践积累的基础上，本文总结归纳了适合这种高灵敏度结构性地基场地的勘察及地基处理实用方法，以指导工程实践。

1山西汾河一级阶地及河漫滩区勘察方法

汾河一级阶地及河漫滩地区由于其特殊的沉积环

境具有上细下粗的二元结构，其饱和细粒土层的分层情况和厚度因沉积条件不同而千变万化，地基土的性质也相应千差万别：只液化指数高或灵敏度高，或液化指数和灵敏度都很高。如果勘察时不进行灵敏度的测试，忽略土体结构性的影响，就会产生一系列问题。所以，在汾河一级阶地及河漫滩区建设工程，首先应有合理的勘察方法。1.1

高灵敏度土在汾河一级阶地及河漫滩区的分布情况

在进行了大量的资料收集和现场踏勘后发现，不是所有的汾河一级阶地及河漫滩都存在高灵敏度问题，有些区段不需要考虑这个问题。总结如下：从汾河发源地宁武县东寨镇管涔山起至太原上兰村出山口的上游地段，不存在高灵敏度土问题；从汾河的上兰村至介休义棠的汾河中游，晋中盆地，北起上兰村，南到义棠，西边界晋祠、清徐，东边界榆次太谷，尤其在晋阳湖区域与清徐的富水区域，富存高灵敏度土问题；从介休义棠到洪洞石滩段、从洪洞石滩至河津再至汾河入黄河口，也不存在高灵敏度土问题。

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1.2灵敏度的测试方法

在富存高灵敏度土的汾河一级阶地及河漫滩地区建设工程，要特别重视岩土工程勘察，特别是饱和细粒土层的分层情况及其工程性质。在此区域除进行常规岩土工程勘察外，还应测定细粒土层的灵敏度大小。

常用的地基土灵敏度的测试方法有两种：室内土

工试验法

［7－9］和静力触探法［10－11］

。室内土工试验法是依据

《土工试验方法标准》［7］

中推荐的测试方法测量原状和重塑土的无侧限抗压强度然后求两者比值即

为灵敏度。静力触探法是基于双桥静力触探结果利用中国地质大学的经验公式求出［10］。土工试验法中所取的原状土已经受到扰动，使得原状土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度之比偏小。静力触探试验测得的原状土强度较真实，所以可以用静探数据快速确定该区域饱和粉土的灵敏度，具有较好的时效性和经济性。但是，该方法不能充分体现重塑土无侧限抗压强度的真值，因为未大面积施工之前，现场地基土的扰动情况无法模拟。

为了避免室内土工试验法中原状土无法保持其原始状态和静力触探法无法体现重塑土充分扰动的问

题，建议采用静探－土工试验法［12］

，即扰动前用静探试验和扰动后用土工试验相结合的方法。灵敏度计算公式为

St=Ns×

fsq'（1）

u

式中，fs为现场双桥静力触探侧摩阻力值（kPa）；q'u为与原状土相同密度和含水量并彻底破坏其结构的重塑试样的无侧限抗压强度（室内土工试验测得）（kPa）；Ns为调整系数，经过大量试验数据统计，在汾河地区可取3～3.5。

这种方法既能反映原状土的原状特性，又能体现重塑土充分扰动的情况，经与岩土工程手册中液性指数与灵敏度关系对照，结果合理。此种方法可推广用于饱和黏性土和饱和粉土的灵敏度测定，特别方便用于工程地质勘察工作。

1.3汾河一级阶地及河漫滩场地土的类型划分根据静探－土工试验法测定出土层灵敏度指标大

小后，综合考虑液性指数［13］

可将汾河灵敏性区域地基分为4类：

第一类地基，既有高灵敏度土（简称

“灵敏土”）又有液化土，即灵敏度≥4、液化指数＞5。该区域主要集中在晋中盆地的晋阳湖区域与清徐、小店富水区域。

第二类地基，只有高灵敏度土无液化土，即灵敏

水利水电技术第50卷2019年增刊1度≥4、液化指数≤5。

第三类地基，存在液化土无高灵敏度土，即灵敏度＜2、液化指数＞5的中等或严重液化场地。

第四类地基，既不存在高灵敏度土也不存在液化土，即灵敏度＜2、液化指数≤5的非液化场地或轻微液化场地。

这里需要强调的是，土的结构灵敏性与液化性是不同的：液化土在碎石桩振动挤密后，液化指数可降低或消除，而土的灵敏性是在地基土被扰动后才得以表现，即碎石桩不能处理掉土的灵敏性。液化是考虑建筑物使用过程中遇到地震时的安全性，而灵敏主要体现在施工过程中或使用前期。灵敏比液化复杂得多，液化的主要影响因素是颗粒成分和孔隙比，而灵敏与颗粒成分、颗粒的排列方式、颗粒的联结方式等诸多因素有关。

2山西汾河一级阶地及河漫滩区地基处理方法

针对所划分的4类地基，建议采用不同的地基处理设计施工方法。

对于第一类地基，既需要处理液化，也需要考虑高灵敏度土的影响。其中液化主要是建筑物在使用过程中遇到地震会失效，而灵敏则是在施工过程中造成承载力下降且不易恢复。所以笔者认为可以用碎石桩处理液化，用其他刚性桩如CFG桩对地基进行补强。对此类地基，推荐使用碎石桩+CFG桩或碎石桩+其他刚性桩组合型复合地基进行处理。还可以采用格栅式刚性桩复合地基进行围封。上部建筑物需要更高承载力时可采用桩基础进行处理。

对于第二类地基，不需要处理液化，只需要考虑高灵敏土的影响。处理方法有刚性桩复合地基、桩基础和加筋垫层。加筋垫层没有扰动高灵敏土层，灵敏性没有被激发就不会发生地基的失效。

对于第三类地基，地基土只需要考虑液化，处理方法有碎石桩法、桩基础和格栅式刚性桩复合地基。

对于第四类地基，地基土既不需要处理液化也不需要考虑灵敏性的影响，一般采用提高承载力的办法来处理地基。常用的有垫层法、复合地基及桩基础。

3地基处理思路

在山西汾河一级阶地及河漫滩区场地勘察及地基处理时，不仅要考虑土的液化问题，还要考虑高灵敏度的问题。具体方法总结如下：首先利用汾河一级阶地高灵敏度土区划图确定场地土是否存在灵敏性，然后通过静探－土工试验法确定地基土的灵敏度指标，

水利水电技术第50卷2019年增刊1安向勇，等∥山西汾河一级阶地及河漫滩区地基处理设计方法的讨论根据灵敏度指标结合液化指数对地基进行分类，最后采用有针对性的地基处理方法，以便有效避免土的灵敏性对工程建（构）筑物的影响。

4

碎石桩+CFG桩组合地基处理灵敏+液化地基实例

4.1

加固原理

单独用碎石桩处理液化+灵敏土地基不能满足建

筑使用要求时，可采用碎石桩+CFG桩组合地基［14］

。其中，先施工碎石桩消除液化，然后用CFG桩进行补强。CFG的刚性桩体应穿越灵敏土层支撑在坚硬土层上，桩侧摩阻力虽然因受到扰动而降低但是桩端非灵敏土层仍能提供较大阻力。所以碎石桩+CFG桩组合地基不仅能消除场地土的灵敏性，而且能大幅度提高场地土的承载力和压缩模量。同时，先进行碎石桩施工，就可以避免CFG桩施工中经常出现的断桩、颈缩等情况。碎石桩、CFG桩组合桩施工机具一致，具有工艺简单、施工方便快捷的优点，同时利用工业废料粉煤灰，既可节约造价，又可为环保作出贡献，有较强的经济效益和社会效益。4.2工程实例

太原某500kV变电站新建工程站址地貌单元属汾河河漫滩与汾河一级阶地过渡区域，属于区划图中汾河一级阶地及河漫滩，被判定为高灵敏度地基。地基土自上而下概述如下：

层①粉土（Qal+pl

4）：湿，稍密，干强度及韧性低—中等，局部夹粉砂或粉质黏土透镜体。局部表层分

布一定厚度的人工素填土。

层②粉砂夹粉土（Qal+pl

4）：饱和，松散—稍密，颗粒组成不均匀，略具微层理，夹稍密状粉土，层厚比约1/6。局部夹粉质黏土透镜体。

层③粉土（Qal+pl

4）：很湿，稍密，局部稍密—中密，颗粒组成中等均匀，略具微层理，摇振反应中等，干强度及韧性低，局部岩性为粉质黏土。

层④粉细砂（Qal+pl

3）：饱和，稍密—中密，颗粒组成不均匀，局部夹粉土薄层。

层⑤粉土（Qal+pl

3）：很湿，稍密—中密，颗粒组成中等均匀，略具微层理，干强度及韧性低，夹粉质

黏土薄层，局部岩性为粉细砂。

层⑥粉细砂（Qal+pl

3）：饱和，中密，颗粒组成不均匀，略具微层理，局部夹粉质黏土或粉土。

根据液化计算结果，综合判定层②粉砂夹粉土为液化土层，其他土层为非液化土层。场地的液化指数一般为19.91～31.01，综合判断场地的液化等级为

19

安向勇，等∥山西汾河一级阶地及河漫滩区地基处理设计方法的讨论严重。用静探－土工试验法测定出层③、层⑤粉土夹粉质黏土层灵敏度为3.81～4.44，该场地需考虑灵敏的影响。

工程中先用碎石桩处理液化。碎石桩设计参数：桩径500mm，桩间距1.1m，桩长14.0m。经碎石桩处理后，液化已被消除，但由于灵敏度的问题，地基在之后的施工过程中出现了大量的沉降。为满足变电站对沉降的要求，需通过CFG桩对地基补强，增强复合地基的承载力和压缩模量，减小地基变形，使其符合设计要求。补强的CFG桩桩径为400mm，有效桩长为14.5m；布置方式分为1－2型（4根碎石桩配2根CFG桩），1－3型（3根碎石桩配1根CFG桩），1－4型（4根碎石桩配1根CFG桩）3种。3种桩型处理后的复合地基承载力和压缩模量如表1所列。

表1

桩

后变电站至今未出现工程问题。

5结论

在山西汾河一级阶地及河漫滩区场地进行勘察及地基处理时，不仅要考虑土的液化问题，还要考虑土的高灵敏度问题。

（1）利用汾河一级阶地高灵敏度土区划图确定场地土是否存在灵敏性，然后通过静探－土工试验法确定地基土的灵敏度指标，有针对性地采用分类地基处理方法。

（2）综合考虑建筑物安全性和经济性，对荷载较大的区域，采用CFG桩1－3型；对荷载较小的区域，采取CFG桩1－4型。参考文献：

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3种桩型处理后的复合地基承载力和压缩模量

型

复合地基承载力特征值

/kPa

390288258

复合地基变形模量

/MPa

28.220.818.6

CFG桩1－2型CFG桩1－3型CFG桩1－4型

由载荷试验结果可以看出，经过CFG桩补强后复合地基的承载能力达到258kPa以上和变形模量达到18.6MPa以上，补强效果明显。这3种形式CFG桩的置换率分别为6.0%、4.0%、3.0%，承载力和变形模量都会随着CFG桩的置换率增加而增加。1－2型与其他两种相比，承载力提高了51.0%和35.0%，变形模量提高了52.0%和36.0%；而1－3型也比1－4型的承载力提高了11.6%，变形模量提高了11.8%。分析原因不光是CFG桩本身强度高，CFG桩刚性也大，约束住了桩间土，使得其作用也能发挥出来，这种作用当桩距变小时尤其明显，如1－2型方案承载力和变形模量提高得非常多。

在工程实例中，CFG桩造价相对较高，综合考虑建筑物安全性和经济性，实际工程中根据站内建（构）筑物的荷载类型等设计指标不同，采用了CFG桩1－3型和1－4型。对荷载较大的区域，采用CFG桩1－3型；对荷载较小的区域，采取CFG桩1－4型。如站内电缆沟下荷载较小，采用1－4型。施工

（责任编辑陈海燕）

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