西昌市西溪河河道整治水利工程中砂土液化的判别及处理建议

西昌市西溪河河道整治水利工程中砂土液化的判别及处理建议

赵斌,王宇

中水君信工程勘察设计有限公司，四川 成都 610072

简介：本文通过对西昌市西溪河河道整治水利工程勘察中砂土液化判别入手，依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）进行判别，对部分饱和砂土层出现的液化进行分析，并提出处理建议。

关键词:砂土液化；临界锤击数；实际标贯击数；高压旋喷桩

1、工程概况

西溪河为安宁河左岸一级支流，流经西溪乡、黄连关镇，工程区位于西昌市黄连关镇，处于西溪河形成的冲积山间平原之间，地形开阔平坦，总体自北东向南西降低。两岸为第四系全新统冲积堆积之Ⅰ级阶地，阶面高程1468.5～1490.3m，阶面高出河水面1.5～3.0m。本工程堤线主要沿西溪河左、右岸布置，总长900m，堤防形式为坡式护岸堤。

工区内出露地层为第四系全新统河流冲积堆积层（Q4al），具有多层结构，表层覆盖1.5～2.5m厚的粉质粘土；中部为一层厚约1.0～5.0m细砂，青灰色，松散，饱和状态，主要由石英等矿物组成，含云母片；下部为砂卵石层，砾石粒径一般为2～5cm，最大可达10cm，次圆状～圆状，磨圆度较好，分选性一般，隙间充填物为中细砂，含量约15～25%，厚度大于6.0m。

工区内地形平坦，地质构造简单，未见明显构造痕迹。根据1/400万《中国地震动参数区划图》（GB18306—2015），工程场地50年超越概率10％地震动峰值加速度值为0.30g，对应的地震基本烈度为Ⅷ度，依据《水电工程区域构造稳定性勘察规程》（NB／T 35098-2017）工程区区域稳定性较差。

2、堤基土的物理性质

（1）粉质粘土（Q4al）

分布于Ⅰ级阶地表层，厚0.5～2.0m，表层为耕植土层，稍湿，结构松散，承载力低，变形量大。

（2）细砂层（Q4al）

分布于Ⅰ级阶地的粉质粘土下部，厚约1.0～5.0m，青灰色，松散，饱和状态，主要由石英等矿物组成，含云母片。据取样试验（表1），粗砂含量7.9％，中砂含量14.0％，细砂含量57.4％，粉粒含量11.9％，粘粒含量8.7％。不均匀系数为2.1～2.5，曲率系数1.1～1.4，属级配不良。据试验成果（表2），砂层的标准贯入试验锤击数（深度修正后）N=4.6～6.6击/30 cm，平均击数为5.7击/30cm，为松散层。

表1 细砂土物理试验成果表（扰动样）

表2 N标准入试验成果统计表（深度修正后）

（3）漂卵砾石层（Q4al）

据钻探揭示，漂卵砾石层主要分布于西溪河河床及两岸阶地下部，局部可能存在砂层透镜体。据取样试验（表3），漂卵石含量43.2％,砾碎石含量39.5％, 小于2mm砂粒含量为18.2％，小于0.075mm含量1.4％,不均匀系数为5.84～246.67，曲率系数1.45～5.62，属级配不连续土。

表3 Q4al的漂卵砾石试验成果表

续表3

3、砂土液化的判别

（1）初判

Q4al漂卵砾石夹砂层据取样试验成果：粒径＞5mm的含量为78.15%，依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008附录P中土的振动液化判别初判标准“土的粒径大于5mm含量的质量百分率大于或等于70%时，可判为不液化”，且砂卵石层中未见连续的纯砂层分布，因此可判断砂卵石层不存在地震液化的影响。

根据钻孔揭示，阶地表层的粉质粘土下部有厚约1.0～5.0m的细砂层，青灰色，松散～稍密，饱和状态。据颗分试验成果，粗砂含量7.9％，中砂含量14.0％，细砂含量57.4％，粉粒含量11.9％，粘粒含量8.7％。据标贯试验成果，锤击数N=4～7击/30 cm，平均击数为5.7击/30cm，为松散层。依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008附录P中土的地震液化初判标准：“地层年代为第四纪晚更新世Q3或以前的土，可判为不液化”；“土的粒径小于5mm的颗粒含量的质量百分率小于或等于30%，可判为不液化”；“对粒径小于5mm的颗粒含量的质量百分率大于30%的土，其中粒径小于0.005mm的颗粒含量在地震动峰值0.20g时不小于18%，可判为不液化”；“工程正常运用后，地下水位以上的非饱和土，可判为不液化”可判断该细砂层均不符合以上标准，初判为细砂层存在地震液化的可能。

（2）复判

复判采用标准贯入锤击数法：当N＜Ncr时，应判为液化土。

液化判别标准贯入锤击数临界值应根据下式计算：

Ncr=N0［0.9+0.1（ds-dw）］

式中——土的粘粒含量质量百分率（%），当<3%时，取3%。

    N0——液化判断标准贯入锤击数基准值。

    ds——当标准贯入点在地面以下5m以内的深度时，应采用5m计算。

表4 砂土液化标准判别表

N0采用地震动峰值加速度0.20g，近震的液化标准贯入锤击数，依据《水利水电工程地质勘察规范》GB50487-2008附录P表P.0.4.1查得N0=10。

由表4可知，该细砂层的标准贯入锤击数（N）有小于液化判断标准贯入锤击数临界值（Ncr）的情况，复判该层细砂存在地震液化问题。

4、砂土液化的处理

对于可能液化的砂层，常用的处理措施有以下几种：1.采用整体挖除换填，2.采用振冲碎石桩，3.采用预制桩，4.高压旋喷桩。整体挖除换填方案，经济投资较省，但工程量大，加之砂层基本处于水下，开挖困难，施工难度大，而且河道较窄，两岸房屋离河岸很近，开挖可能会危及房屋安全，不建议采用；振冲碎石桩方案，用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的碎石或砂所构成的密实桩体，较为经济合理，能比较快速的加固软土地基，但砂层在水下，难以成孔，加之振动也可能会导致砂土液化，危及沿河房屋安全，不建议采用；预制桩方案，方便简捷，经济合理，对周边房屋扰动小，但桩体与桩周土结合较差，下游河道较窄，两岸房屋较近，无法进一步放缓边坡，故不建议采用。高压旋喷桩.0经济型较好，施工难度较低，能有效解决砂土的液化问题，是较适合的处理方案。

结合各种限制因素及工程实际情况，推荐采用高压旋喷桩方案，高压旋喷桩具备了施工设备结构紧凑、体积小、机动性强、占地少，并且施工机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响的优点。结合现场实际情况，确定基础开挖至砂层后，采用高压旋喷桩深入砂层以下砂卵石层0.5m的方案，对于两岸建筑物较多地段，采用桩距0.8m，对于两岸无建筑物地段，采用桩距2m，均按两排呈梅花形布置。

旋喷建议采用SJ-20型三重管旋喷钻机钻孔，射水试验后，即可开钻，射水压力0.8Mpa；在钻孔的同时，即可配制浆液，水泥采用PC42.5R普通硅酸盐水泥；浆液的配比选定后，将水加入搅拌桶，掺加水泥和氯化钙，搅拌10～20min，过滤经高压泵加压至14～20Mpa（初拟）至钻机用于喷射。旋喷自下而上进行，用仪表控制压力、流量、风量，当分别达到预定数量值时开始提升，边提升边旋转喷浆。旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。

根据本工程实际情况，初拟主要旋喷参数如下(实施时根据旋喷试验调整相应参数)：

1）水灰比采用1：1～1.5：1的水泥浆液；

2）压力初拟为14～20Mpa；

3）旋喷提升速度宜控制在25～28cm/min范围内，顶部1.0m范围宜控制在20～23cm/min速度提升；

4）旋转速度宜控制在20～28r/min范围内，顶部1.0m范围宜控制在20r/min速度提升。

5、结论

1、工区内的卵石层不存在地震液化的可能，细砂层存在地震液化问题。

2、对存在地震液化问题的细砂层，建议采用高压旋喷桩对其进行处理。

参考文献

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[5]SL291-2003,水利水电工程钻探规程[S].

[6]SL251-2000,水利水电工程天然建筑材料勘察规程[S].