
在广州地区进行拉森钢板桩施工时,由于地质条件复杂,尤其在砂层地基中,必须高度重视地基液化的风险。液化是指饱和砂土在地震或动荷载作用下,孔隙水压力迅速上升,有效应力降低至接近零,导致土体失去承载能力的现象。在基坑支护工程中,若未对砂层地基进行液化验算,可能导致支护结构失稳、地面沉降甚至坍塌等严重后果。因此,在拉森钢板桩设计与施工过程中,必须结合现场地质勘察资料,科学开展砂层地基的液化可能性评估。
首先,应依据《建筑抗震设计规范》(GB 50011)和《建筑地基基础设计规范》(GB 50007)的相关规定,对场地内的砂层进行液化判别。液化判别的基本流程包括:确定地下水位、获取标准贯入试验(SPT)击数、计算临界贯入击数,并进行对比判断。广州地区地下水位普遍较高,多数砂层处于饱和状态,具备液化的必要条件。因此,需重点分析粉细砂、中砂等易液化土层的分布深度、厚度及物理力学参数。
在实际工程中,以某深基坑项目为例,拟采用拉森Ⅳ型钢板桩作为支护结构,基坑开挖深度为8.5米,场地地层自上而下依次为素填土、淤泥质土、粉细砂和粉质黏土。其中,粉细砂层位于地面以下3.0~6.5米,厚度约3.5米,地下水位埋深约1.8米,属饱和松散砂层,标准贯入试验平均击数N=8击。根据规范要求,需计算该砂层在地震设防烈度7度(设计基本地震加速度0.10g)条件下的液化指数。
液化判别的关键步骤是计算临界标准贯入锤击数 $ N_{cr} $,其公式为:
$$ N_{cr} = N_0 \cdot \beta \cdot \sqrt{\frac{d_s}{d_w}} \cdot \frac{3}{\rho_c} $$
其中,$ N_0 $ 为基准击数(一般取10),$ \beta $ 为调整系数(与地震烈度相关,7度区取0.8),$ d_s $ 为砂层中点深度(本例取4.75m),$ d_w $ 为地下水位深度(1.8m),$ \rho_c $ 为粘粒含量百分率(若无数据可取3)。代入数据得:
$$ N_{cr} = 10 \times 0.8 \times \sqrt{\frac{4.75}{1.8}} \times \frac{3}{3} ≈ 12.3 $$
实测贯入击数 $ N = 8 < N_{cr} = 12.3 $,故判定该粉细砂层存在液化可能。进一步计算液化指数 $ I_L $:
$$ IL = \sum{i=1}^{n} \left(1 - \frac{Ni}{N{cri}}\right) \cdot d_i \cdot w_i $$
其中,$ Ni $ 为第i层实测击数,$ N{cri} $ 为临界击数,$ d_i $ 为层厚,$ w_i $ 为影响权重(通常取10)。本例中仅一层粉细砂参与计算:
$$ I_L = \left(1 - \frac{8}{12.3}\right) \times 3.5 \times 10 ≈ 12.3 $$
根据规范,当 $ I_L > 15 $ 为严重液化,$ 5 < I_L ≤ 15 $ 为中等液化,$ 0 < I_L ≤ 5 $ 为轻微液化。本项目 $ I_L ≈ 12.3 $,属于中等液化区,需采取必要的抗液化措施。
针对液化风险,结合拉森钢板桩施工特点,建议采取以下综合处理方案:第一,在钢板桩施打前,采用降水井降低地下水位,减少砂层饱和度,从而降低液化势。第二,结合高压旋喷桩或水泥搅拌桩对砂层进行局部加固,提高土体密实度和抗剪强度。第三,在基坑周边设置监测点,实时监控地下水位、孔隙水压力及支护结构变形,确保施工安全。
此外,在拉森钢板桩的稳定性计算中,也应考虑液化对土压力分布的影响。传统朗肯或库仑土压力理论假设土体为连续弹性介质,但在液化状态下,砂土将呈现类流体特性,侧向压力显著增大且分布不均。因此,设计时宜适当提高安全系数,增加钢板桩入土深度,并加强内支撑或锚索布置,防止因被动区土体软化导致的整体滑移。
综上所述,广州地区砂层地基在拉森钢板桩施工中存在较高的液化风险,必须通过规范的液化判别流程进行科学评估。只有在准确掌握地质条件、合理计算液化指数的基础上,辅以有效的工程处置措施,才能确保基坑支护结构的安全性与稳定性。施工过程中还应强化动态管理,落实信息化监测,真正做到预防为主、防控结合,保障城市地下工程建设的顺利推进。
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