十字翼共振法在宿迁地区的应用研究

唐风华 杜广印 夏涵

摘  要：宿迁地区位于废黄河流域，大量分布近代沉积的粉砂、粉土，在地震作用下极易产生液化。十字翼共振法作为一种有效的砂土液化地基处理方法，近年来得到了很好地推广和应用。文章以宿迁金鹰天地和宿新高速为背景，通过对共振法加固后的砂土液化场地进行静力触探测试、标准贯入测试，最后得到十字翼共振法在处理徐宿地区可液化地基具有较好的适用性。共振法进行地基处理后，锥尖阻力、侧壁摩阻力和标贯击数都得到了提高，尤其是砂土层的锥尖阻力增大幅度为1.84倍，侧壁摩阻力增大幅度为1.47倍，标贯击数最大增幅为2.65倍。结果表明，通过十字翼共振法处理后的砂土可液化地基的抗液化效果得到了明显的改善。

关键词：十字翼振杆;共振法;静力触探;标准贯入;液化地基

中图分类号：TU472 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）13-0175-03

Abstract： Suqian area is located in the Abandoned Yellow River basin， where a large number of silt and silt deposited in recent years are easily liquefied under the action of an earthquake. As an effective method of sand liquefaction foundation treatment， the resonant compaction method has been widely used in recent years. This paper， taking Suqian Jinying and Suxin expressway as the background， carries out CPT and SPT on the sandy soil liquefaction site strengthened， and finally obtains that the resonance compaction method has good applicability in dealing with the liquefaction foundation in Xushu area. After the foundation treatment by the resonance compaction method， the tip resistance， sidewall friction resistance and the number of SPT blow count are all improved， especially in the sand layer， the increased range of tip resistance is 1.84 times， the increasing range of sidewall friction resistance is 1.47 times， and the maximum increase range of standard penetration attacks is 2.65 times. The results show that the anti-liquefaction effect of the liquefiable sand foundation treated by the resonance method is obviously improved.

Keywords： vibratory probe; resonant method; CPT; SPT; liquefiable ground

1 概述

宿迁地区是江苏主要地震危险区之一，区内广泛分布废黄河泛滥沉积物，一般以粉土、粉细砂为主，而且埋藏较浅，地下水位又较高，地基土的天然承载力较低，在地震作用下非常容易产生液化现象。传统的砂土液化地基处理一般采用强夯法[1]、水泥土搅拌桩法[2]、碎石桩法[3]和换填法[4]。

强夯法加固深度有限（≤10m），加固效果会随着深度的增加快速衰减;施工时需要有一套重锤、起重机等强夯施工机具，同时会产生较大的环境振动和噪声。水泥土搅拌桩法由于水泥固化速率慢，不能用于含石块的杂填土，当用于处理的泥炭土或地下水具有侵蚀性时，宜通过试验确定其适用程度。碎石桩处理范围有限，需要大量砾石、碎石类填料，造价高，其成桩质量难以保证。换填法需要运输大量填料，造价较高。

共振法是一种优良的消除液化的方法，凭借其施工简单方便、加固效果显著和工程造价低等优势，已在国外粉砂土地基的加固和抗液化处理方面取得了很好的应用[5-9]。共振法主要是通过两个方面来增加抗液化效果的，一是通过振动杆的强力反复振动，使振杆周围的土层结构破坏并暂时性地发生破坏，并在之后重新排列，使土层孔隙变小，密度增加;二是振动杆贯入过程中会侧向挤压土体，使土体变得密实，并最终依靠两方面的共同作用实现加固目的。相较于传统的振动密实法，土层和振杆的共振所引起的振动放大效应可以有效提高振動能量从振杆传递到周围土层的效率，且振杆和土的相对运动幅度很小，对周围的影响也更小。近年来，共振法在我国发展十分迅速，已经拥有了一套完整的勘察-施工-评价体系并越来越多地被应用于地基土的抗液化处理[10]。

本文依托宿迁金鹰天地及宿新高速可液化地基处理工程，采用十字翼共振法进行地基处理。通过在地基处理前和地基处理后，采用静力触探测试和标准贯入测试进行加固效果评价和抗液化评价。

2 工程实例及处理方法

2.1 工程概况

宿迁金鹰天地广场暨宿迁金鹰国际购物中心地位于宿迁市宿城区，位于古黄河西侧。该场地地势从东至西呈递减的趋势，高程为23.2～27.8m，地貌为黄河泛滥冲积平原，第四系覆盖高度大于60m。工程地质条件如表1所示。

宿新高速是宿迁至新沂高速公路是江苏高速公路网规划“五纵九横五联”中“联一”的重要组成部分。路线起点接宁宿徐高速公路宿迁南枢纽，经宿遷宿城区、宿豫区和徐州新沂市，终点接京沪高速公路，其中宿迁段38公里。经过勘察得知，该路段主要以粉土和砂质粉土为主（表2）。

2.2 共振法加固

十字翼共振杆如图1所示。根据现场勘查情况，振杆长度根据加固深度选择16m。振杆中部有均匀分布的通孔，不但减少了振杆质量，而且有利于能量传递和孔隙水压力的消散。振杆底部有尖刺齿，振杆侧壁有凸型半圆齿，有利于振杆的贯入和拔出。

工程加固开始前需确定四个重要参数：

振点间距，留振时间，振杆运动模式（沉入，悬停和拔出）和密实实施顺序。

根据试振结果确定主要施工工艺指标：（1）振点间距

根据场地情况取1.8m。振点按三角形布置;（2）留振时间

30s;（3）振杆运动模式选择在30Hz;（4）密实实施顺序采用两次间隔振动加固，第一遍施工时采用隔点施工（即在整个施工布点中间隔一个点施工一次），第一遍施工结束后间隔几天让土重新固结以后开始在第一遍振点间的中间点进行第二遍施工。如图2所示。

2.3 静力触探测试

静力触探试验采用国产手摇机械式双桥静力触探的CPT设备，其探头规格为：锥角为60°，圆锥直径为43.7mm，锥底截面积为15cm2，侧壁摩擦筒的表面积为300cm2，侧壁摩擦筒的长度为218.5mm，测试深度间隔为10cm。

2.4 标准贯入测试

液化判别根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTGTB02-01-2008）中关于地基的液化规定进行。测试过程严格按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009版）进行。

3 试验结果

从图3可以看出采用十字翼共振法加固后的地基，采用CPT测试的锥尖阻力和侧摩阻力都有不同程度的提高。其中，4.0～11.0m的土层的处理效果是最明显的，试验后的锥尖阻力随深度总体趋势是在增加的，增加幅度为1.84倍，侧壁摩阻力与锥尖阻力趋势是相同，增加幅度为1.47倍。可以看出在表层土会有所降低;到达粘粒含量较大的土层时锥尖阻力或是侧壁摩阻力大小相同或是略微有所降低，这是由于粘粒含量的增加所造成的。液化土层的试验结果是说明幅度有明显的增加，液化基本消除。由图4中可以看出在7.5m以上的土层锥尖阻力或是侧壁摩阻力有所减少这是由于在检测前几天下雨之后没有能及时排水，后来挖的排水沟在这个区的前后边界处所以会造成一定的影响，但是排水完成之后这种影响就会消失。

在进行排水之后，进行了另外5个孔的CPT实验，结果如图4所示。由图可以看出在进行排水之后，工后的实验数据基本都是要比工前数据要大，而且进行排水之后的实验数据也说明排水之后的数据同样大于排水之前的数据。

标准贯入测试结果如图5所示，采用共振法加固后，标贯击数有了明显的提高。根据结果计算得到，标贯击数增长都超过了1倍，其中最大增幅为2.65倍。根据判液化的公式或是外文文献中的理论：当标贯基数大于20这个值以上我们就可以认为该土是不液化的。从图5中可以看出每层土的增加趋势。

4 结论

本文采用十字翼共振法对宿迁地区可液化地基进行处理，处理前后分别对场地进行了标准贯入试验、静力触探测试，对测试结果分析后得到如下结论：

（1）十字翼共振法处理可液化地基具有较好的适用性。通过共振法处理后的地基抗液化效果得到了明显的改善。

（2）通过静力触探测试，共振法进行地基处理后，锥尖阻力、侧壁摩阻力都得到了提高，尤其是砂土层的锥尖阻力增大幅度可以达到1.84倍，侧壁摩阻力增大幅度可以达到1.47倍。

（3）通过标准贯测试，共振法进行地基处理后，标贯击数有了明显增长，其中最大增幅为2.65倍。

参考文献：

[1]吴兴辉，门青波，常玉娟.强夯法加固砂土地基效果的检测分析[J].岩土工程技术，2014，28（6）：287-290.

[2]于志新.陕北榆林地区砂土地基处理与加固技术分析[J].价值工程，2013（25）：96-96，97.

[3]洪晓珍.振冲碎石桩在某工程砂土地基加固中的应用[J].福建建设科技，2018（1）：31-32.

[4]张晓斐，苗磊，胥维纤.水工建筑物液化砂土地基处理方法浅析[J].地下水，2016，38（4）：197-198.

[5]刘松玉，程远.共振法加固公路可液化地基试验[J].中国公路学报，2012，25（06）：24-29.

[6]程远，刘松玉，蔡国军，等.基于CPTU测试的共振密实法加固可液化地基效果评价[J].东南大学学报（自然科学版），2011，41（05）：1075-1080.

[7]邹海峰，蔡国军，刘松玉，等.基于孔压静力触探试验的土类指数共振法加固液化地基效果评价[J].岩石力学与工程学报，2013，32（S2）：4105-4114.

[8]方鹤.共振法处理液化地基技术在盐丰高速公路的应用[J].科技创新与应用，2016（27）：251-252.

[9]唐风华，崔大伟，杜广印，等.共振法处理液化地基的效果评价[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（11）：163-164.

[10]罗涛.十字翼共振法处理可液化地基的室内模型试验研究[D].东南大学，2017.

[11]刘松玉，杜广印，苗永红.十字形振动翼[P].中国专利，200710020591.9.2008-12-24.