王德強(qiáng),王行軍,宮進(jìn)忠

(1.河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所,河北廊坊 065000;2.中國地質(zhì)大學(xué)〈北京〉,北京 100083;3.河北省地球物理勘查院,河北廊坊 065000)

廊坊市規(guī)劃區(qū)飽和砂土液化的危害及防治措施

王德強(qiáng)1,王行軍2,宮進(jìn)忠3

(1.河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所,河北廊坊 065000;2.中國地質(zhì)大學(xué)〈北京〉,北京 100083;3.河北省地球物理勘查院,河北廊坊 065000)

在對(duì)河北省廊坊市規(guī)劃區(qū)液化飽和砂土分布及危害調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,提出采用振沖碎石樁法、樁基礎(chǔ)方法、CFG樁復(fù)合地基技術(shù)進(jìn)行防治飽和砂土液化的措施。

飽和砂土液化;防治措施;廊坊市規(guī)劃區(qū)

廊坊市位于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的核心地帶,素有“京津走廊上的明珠”之稱,其城市規(guī)劃區(qū)范圍為東經(jīng)116°31′～116°48′,北緯39°27′～39°37′,總面積約355 km2,包括市區(qū)、開發(fā)區(qū)、尖塔鎮(zhèn)、北史家務(wù)鄉(xiāng)的全部和萬莊鎮(zhèn)、九州鎮(zhèn)及北旺鄉(xiāng)的大部,總?cè)丝?5萬。

本區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)華北平原沉降帶北緣,冀中臺(tái)陷內(nèi)的廊坊-固安凹餡之東北部。該區(qū)自新近紀(jì)以來新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,形成了北北東向斷陷盆地,堆積了巨厚的新近系(2280～4800 m)和第四系(500～600 m)沉積物。淺層地下水位埋深從市區(qū)的1.3 m到郊區(qū)的22 m,形成反漏斗;深層地下水埋深從市區(qū)的72 m到郊區(qū)的25 m,形成降落漏斗①廊坊市水利局、廊坊市地礦局:“河北省廊坊市地下水資源開發(fā)利用報(bào)告”;。新近系和第四系地層中發(fā)育飽和液化砂土②。

1 飽和砂土液化

密實(shí)的砂土和粉土具有較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性,是良好的建筑物地基,但被地下水飽和的松散砂土和粉土,不僅強(qiáng)度低,而且水穩(wěn)定性很差,當(dāng)其受到外力震動(dòng)時(shí),顆粒間趨于緊密,孔隙水壓力增大,有效應(yīng)力減小。當(dāng)有效應(yīng)力趨于零時(shí),砂土的抗剪強(qiáng)度消失,從而引起地面沉陷、斜坡失穩(wěn)或地基失效的現(xiàn)象,常伴隨有噴水冒砂。

1.1 液化條件

發(fā)生砂土液化必須具備砂土、飽和、震動(dòng)3個(gè)條件,影響液化的主要因素有:(1)砂土的粒度成分,顆粒細(xì)小、均勻級(jí)配的砂土、粉砂、細(xì)砂及含少量粘親水膠體物質(zhì)的砂易于產(chǎn)生液化;(2)砂的密度,疏松的砂易液化,密實(shí)的砂抗液化;(3)上覆土層厚度,有效覆蓋壓力愈大,愈不容易液化;(4)液化歷史,發(fā)生過液化又重新被壓密的砂土,較易重新液化;(5)地面震動(dòng),動(dòng)強(qiáng)度(地震震級(jí))愈高,歷時(shí)愈長,液化破壞愈嚴(yán)重,液化影響的深度愈大,波及范圍也愈廣[1]。

砂土液化在地震時(shí)可大規(guī)模發(fā)生并造成嚴(yán)重危害,1966年邢臺(tái)和1976年唐山地震中,有些建筑物的破壞就是由砂土液化造成的。

1.2 砂土液化層分布

根據(jù)巖土工程勘察單位多年巖土工程勘察資料,利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及土工測試結(jié)果,判別出砂土

②河北省地球物理勘查院:“廊坊市規(guī)劃區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報(bào)告”。液化區(qū)主要分布于萬莊商貿(mào)、康順里、第三小學(xué)、同樂小區(qū)、明珠圖書城、恒基家園、市供銷社、管道醫(yī)院、煤炭四部、運(yùn)通家園、寶隆商貿(mào)、第一中學(xué)、華苑小區(qū)、安次物資和國際花園等地段。

本區(qū)液化場地水位埋深1.0～4.5 m,液化指數(shù)0.52～12.05,多數(shù)小于5.0,為輕微至中等液化,少數(shù)為嚴(yán)重液化;液化土層可劃分為2層,第一層為黃色粉土、粉砂,層厚1～4 m,底層埋深3～5 m,N= 6.3～10.5擊,fk=90～120 kPa,屬歧口組(Q4q);第二層為灰色細(xì)中砂,層厚3～10 m,底層埋深8～15 m,N=20.3～22.4擊,fk=200～240 kPa,屬高灣組(Q4g)。

綜合分析區(qū)內(nèi)液化場地的巖相古地理和水文地質(zhì)資料,可以得出下列規(guī)律性。

(1)砂土空間上呈條帶狀展布:其中歧口組液化層呈西北向,與近代無定河及渾河河道有關(guān);高灣組液化層呈南北向,與中世紀(jì)漯河河道有關(guān)。

(2)快速堆積成因:液化場地15 m深度內(nèi)很少或無泥炭和螺殼伴生,表明其快速堆積的沖洪積巖相古地理特征。

(3)水文地質(zhì)條件:液化帶淺層地下水涌水量較高,為7.5～5.0 m3/h·m(其余地區(qū)5.0～2.5 m3/h·m),水化學(xué)類型HCO3-CaMg、HCO3-NaMg為主,礦化度<1.0 g/L。

1.3 飽和砂土液化危害

在某一地質(zhì)環(huán)境內(nèi)已建成的任何建筑物都應(yīng)被看作為一項(xiàng)重要的原型試驗(yàn),研究該建筑物是否適應(yīng)這樣的地質(zhì)環(huán)境,往往可以得到很多用勘探、測試手段所難以得到的在理論和實(shí)踐上都極有價(jià)值的資料。通過這種研究可劃分出穩(wěn)定性不同的地段,了解使建筑物受到損害的各種工程地質(zhì)作用的發(fā)展情況,判明工程地質(zhì)評(píng)價(jià)的正確性等。對(duì)現(xiàn)存建筑物的野外實(shí)地調(diào)查,研究其興建后所產(chǎn)生的工程地質(zhì)現(xiàn)象,是工程地質(zhì)調(diào)查所特有的工作內(nèi)容[2]。

據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特性、所處的地質(zhì)環(huán)境、出現(xiàn)的變形現(xiàn)象,結(jié)合長期觀察資料,可分析建筑物變形的原因。

系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查表明,沿上述砂土液化帶,發(fā)現(xiàn)大量墻體傾斜和房屋建筑開裂現(xiàn)象。

(1)墻體傾斜現(xiàn)象:多沿京山鐵路兩側(cè)分布,如萬莊至采育公路鉆前大隊(duì)段、華北石油小學(xué)、采四發(fā)熱門診對(duì)面、裕華里小區(qū)電力宿舍、河北物勘院、第二小學(xué)、小廊坊光輝里、桑園東街47號(hào)民居、和平路南端大成飯店、安慶里西25號(hào)以北(第一中學(xué)東)圍墻,傾斜70°～80°,長50～100 m,并伴有開裂腐蝕,有的岌岌可危,靠樹木或房屋支撐。

(2)房屋建筑開裂現(xiàn)象:多達(dá)數(shù)十處,裂縫寬1～5 cm,長數(shù)米,如中信賓館3層樓、長途汽車站主樓臺(tái)階、12層的管道局員工公寓(建設(shè)中發(fā)生傾斜)、第一中學(xué)教學(xué)樓及門衛(wèi)、開發(fā)區(qū)祥云城辦公樓等。

2 防治措施

調(diào)查中發(fā)現(xiàn),在砂土液化帶這一不良地質(zhì)環(huán)境上,發(fā)生破壞的建筑物類型多為民用簡易建筑,那些經(jīng)過適當(dāng)?shù)鼗幚淼母叩燃?jí)建筑破壞現(xiàn)象較少見。

隨著廊坊市城市建設(shè)的發(fā)展,多層及高層建筑越來越多,砂土液化這一不良工程地質(zhì)現(xiàn)象必須防治。防治砂土液化多采用改善飽水砂層的密實(shí)程度和深基礎(chǔ)方法。20世紀(jì)90年代初CFG樁復(fù)合地基技術(shù)逐漸成熟,采用該技術(shù)防治砂土液化,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,更能提高地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.1 改善飽水砂層密實(shí)度

多采用振沖碎石樁法、沉管碎石樁法處理地基,這兩種方法系在液化砂層和軟土層中制造一以碎石散粒材料組成的樁體與原地基土一起構(gòu)成復(fù)合地基,碎石樁體具有排水功能,有效消散地震等震動(dòng)引起的超靜空隙水壓力,從而減輕或消除砂土液化。

采用振沖碎石樁法加固時(shí),應(yīng)處理至液化深度下界,加固后樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)不宜小于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)臨界值?；A(chǔ)外緣的處理寬度,應(yīng)超過基礎(chǔ)底面下處理深度的1/2且不小于基礎(chǔ)寬度的1/5。

管道局九區(qū)多層住宅樓、管道局機(jī)修廠加工車間、管道局醫(yī)院住院部、廊坊一中原教學(xué)樓便采用碎石樁法消除液化。

2.2 深基礎(chǔ)法

多采用樁基礎(chǔ)方法,樁型為端承樁,即極限承載力狀態(tài)下,樁頂荷載由樁端阻力承受[2]。樁體材料為鋼筋和混凝土。

采用樁基礎(chǔ)方法時(shí),樁必須穿透液化土層,樁端深入液化深度以下穩(wěn)定土層中的長度(不包括樁尖部分),應(yīng)按計(jì)算確定,且對(duì)碎石土、礫、粗、中砂,堅(jiān)硬粘性土和密實(shí)粉土不應(yīng)小于0.5 m,對(duì)其他非巖石土上部不應(yīng)小于1.5 m。

管道局九區(qū)高層住宅樓采用了樁基法防治飽和砂土液化。

2.3 CFG樁復(fù)合地基技術(shù)

CFG樁復(fù)合地基技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種新型地基加固技術(shù),樁體材料是由少量的水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁,和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基[3]。CFG樁除具加固地基提高承載力作用外,還具排水、提高地基土密實(shí)度作用,從而達(dá)到減輕和消除砂土液化作用。近年來在廊坊地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用[4]。

CFG樁成樁初期,因樁孔內(nèi)充填過濾性較好的粗顆粒填料,在地基中形成了滲透性能良好的人工豎向排水、減壓通道,使空隙水沿樁體向上排出,有效地消散和防止震動(dòng)產(chǎn)生的超孔隙水壓力增高,加速地基排水,提高土體強(qiáng)度。成樁過程中的震動(dòng)增強(qiáng)了填料和土體相對(duì)密實(shí)度,提高砂土的抗液化能力,提高地基土強(qiáng)度。

采用CFG樁方法時(shí),樁必須穿透液化土層,樁端應(yīng)落在好土上(有一定厚度,密實(shí),不液化的粉土、砂土、礫石土),以保證建筑物對(duì)承載力和變形要求,基礎(chǔ)外圍一定范圍應(yīng)布設(shè)護(hù)柱。

廊坊市工具廠專家樓、阿爾卡迪亞小區(qū)住宅樓等均采用CFG樁復(fù)合地基技術(shù)進(jìn)行了防治。

3 結(jié)論

飽和砂土液化是本區(qū)主要的不良工程地質(zhì)問題,嚴(yán)重威脅建筑物安全,必須防治。多層建筑以碎石樁法防治砂土液化這種不良工程地質(zhì)問題,高層建筑采用樁基礎(chǔ)或CFG樁復(fù)合地基法防治上述不良工程地質(zhì)問題,條件允許應(yīng)優(yōu)先采用CFG樁復(fù)合地基法。

[1] 河北省國土資源廳.河北省地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃報(bào)告[R].石家莊:河北省國土資源廳,2004.

[2] 陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[3] 閻明禮,張東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M].北京:中國水利水電出版社,2003.

[4] 周紅軍.CFG樁復(fù)合地基在河北廊坊地區(qū)的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008,35(6):55-57.

[5] 孫小杰,吳兆軍,毛潔,等.CFG樁和碎石樁復(fù)合處理液化土層的設(shè)計(jì)與施工[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2007,34(4):3 -5.

Hazard of Saturated Sand Liquefaction in Planned District of Langfang City and the ContralM easure

WANG De-qiang1,WANG Xing-jun2,GONG Jin-zhong3(1.Hebei Institute of Regional Geology and Mineral Resources Survey,Lang-fang Hebei 065000,China;2.China University of Geo-science,Beijing 100083,China;3.Hebei Exploration Institute of Geophysical,Langfang Hebei 065000,China)

Based on the investigation on the distribution of liquefied saturated sand in the planned district in Langfang of Hebei Province and study analysis on the hazard,vibro replacement stone column,pile foundation and CFG pile composite ground technology were suggested to control the saturated sand liquefaction.

saturated sand liquefaction;control measure;planned district of Langfang City

TU441

A

1672-7428(2010)04-0062-03

2010-01-21

河北省廊坊市規(guī)劃區(qū)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查(冀國土資勘便字[2004]137號(hào))

王德強(qiáng)(1968-),男(漢族),河北人,河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所工程師,地質(zhì)專業(yè),從事工程地質(zhì)與礦產(chǎn)地質(zhì)工作,河北省廊坊市曙光道32號(hào)。