振动沉管碎石桩综合项目施工基本工艺.doc

振动沉管碎石桩施工工艺

　　摘要：50年代，振动沉管碎石桩作为一个地基处理方法，首次在日本得到应用，到了50年代后期引入中国。本文关键介绍振动沉管碎石桩加固机理、施工工艺，以工程实例证实碎石桩挤密及抗液化作用。

　　关键词：碎石桩 加固机理 施工工艺
　　1 工程概况
　　青岛市滨海公路北段工程起于即墨市田横镇南，经温泉拦海坝、鳌山卫镇、省道212、劈石山、大崂、县道003、松岭路，止于崂山区松岭路和香港东路交叉口，全线长64.010公里。第一协议段起点桩号为K16+400，终点桩号为K31+600，全长15.2km。其中K22+050～K29+840该段处于虾池位置，采取了碎石桩加固。
　　2 加固机理
　　振动沉管碎石桩在砂性土和粘性土中加固机理是不一样。
　　2.1 对松散砂土加固机理 对砂性土地基采取振动沉管碎石桩关键目标包含提升地基土承载力、降低变形和增强抗液化性。其中，增强抗液化性作用关键包含：第一，砂基预震效应。因为碎石桩在成孔或成桩过程中受到振动锤强烈振动，除了能够挤密填入料和地基土外，得到强烈预震还有利于增强砂土抗液化能力。第二，挤密作用。因为在成桩过程中，桩管对周围砂层会产生较大横向挤压力，所以，不仅会减小桩管周围砂层孔隙比，还会增大砂层密实度。第三，排水降压作用。采取碎石桩加固砂土地基，因为在桩孔内填入是碎石和粗砂等反滤性良好粗颗粒材料，从而能够在地基中形成渗透性良好人工竖向排水降压通道，所以，不仅能够消散和预防超孔隙水压力增大，还能避免砂土液化而加紧了地基排水固结。
　　2.2 对粘性土加固机理 采取碎石桩对粘性土进行加固关键包含提升地基承载力、降低地基沉降量、提升土体抗剪强度和增大土坡抗滑稳定性四方面，其作用关键有以下几方面：第一，排水作用。因为采取碎石桩加固粘土地基之所以能够起到排水砂井作用，那是因为碎石桩能够形成良好排水通道。这么以来，不仅会缩短孔隙水水平渗透路径，还会加速软土排水固结而使得沉降稳定加固。第二，置换作用。对于粘性土地基，尤其是饱和软土，因为其含有较多粘粒且粘粒间含有较强结协力，从而使得其地基渗透性较差，土中水分在振动力或挤压力作用下不轻易排出，所以，碎石桩作用不是挤密而是置换。第三，垫层作用。因为碎石桩不能够贯穿较厚软弱土层，从而使得加固复合土层起到了垫层作用，所以，在提升地基整体承载力同时也能够降低沉降量。第四，加筋作用。因为碎石桩能够贯穿厚度较小软土层而抵达相对硬层，所以，桩体在荷载作用下能够有效降低软土负担压力，从而在提升地基整体承载力同时也能够降低沉降量。
　　3 施工方法
　　3.1 施工机械 振动沉管成桩法施工机械关键包含振动机、料斗和振动套管组成振动打桩机。
　　3.2 施工关键点 施工时可采取振动成桩法，也可采取锤击成桩法，后者还分为双管法和单管法。中国施工振动沉管时还常见活瓣式桩靴和混凝土桩靴，依施工工艺次序，振动沉管碎石桩施工方法可选择以下多个：①排孔法：由一端开始逐步施工到另一端。②跳打法：同一排桩可隔一根桩打一根桩，反复进行。③围幕法：先打外圈桩，再打内圈桩，从外到里依次向中心区推进。适适用于油罐、水塔等基础圆形布桩施工。
　　3.3 施工工艺 ①桩位测放：测量人员应该测量放出中心线和边线控制桩，而且在保护控制桩同时标示桩点里程。用钢尺依据桩位平面部署图布桩，不过必需将误差控制在2cm之内。②机具定位：打桩机就位后合拢合瓣桩尖，桩管向下垂直且使桩尖对准桩位标识，向下垂移桩管使桩尖入土。经过调整桩基搭架保持沉管和地面基础垂直，通常控制在1.5%以内。③当沉管达成设计深度后开始进行碎石灌注作业。按桩身理论方案量值和充盈系数计算灌入量，从加料口将碎石灌入桩管内。为了对每根桩碎石充盈系数进行严格控制，应该做好现场施工统计。另外，为了增加桩均匀性，避免出现先期大后期小不良现象。④桩身拔管：当灌入碎石高度大于1/3管长时开始拔管，为了预防超灌或少灌，应该设置专员负责碎石灌入工作。拔管前先振动5-10s，边振边拔，每拔0.5-1.0m停振，如此反复直至全管拔出。通常将拔管速度控制在0.8m/min且匀速。⑤拔管成桩：灌料后原位振动、振动拔管、振动反插、振动拔管、再次灌料和第二次振动，此循环周期直到符合设计桩顶标高算完成一根桩施工作业。⑥碎石灌入量计算Q=K?L?πd2/4
　　式中：q―每根桩填料量
　　L―桩长（m）
　　D―桩径（m）
　　K―充盈系数，通常为1.15～1.50，视土性而定。
　　4 质量检验
　　填料宜采取砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石或碎石等，其粒径通常小于50mm，含泥量不得大于5%。质量检验应在施工完工后间隔一定时间进行，对饱和粘性土通常在施工完1～2周后进行，对其它土可在施工完3～5天后进行。检验通常采取两种以上方法，如荷载试验、动力触探试验、静力触探试验、土工试验等。桩尖土质量检测位置应在等边三角形或正方形中心。监测点不少于总桩数2%，且最少每个工程不少于3点。检测点通常应包含桩、桩间土和复合地基。检测结果，如占检测总数10%桩未达成设计要求时，应采取加桩或其它方法。
　　质量检验要求
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　　5 轻易出现质量事故及防范处理
　　5.1 断桩或缩颈 在成桩过程中，因为土壤含水量大于临界含水量，土壤在强力振动作用下就会液化，通常在拔管灌注碎石过程中轻易产生缩颈或断桩而影响工程质量。土壤含水量和施工工艺对断桩和缩颈全部会产生关键影响：笔者认为对于含水量大于40%地基适合采取旋喷桩，而不适合采取碎石桩；不过对于含水量较大且不超出40%地基，在施工过程中为了避免断桩和缩颈发生，应该采取降低钻进速度和拔管速度，减小激振力和控制碎石投入量等方法。
　　5.2 承载力不足 第一，因为不了解淤泥层深度，从而形成软弱下卧层而造成承载力不足。第二，因为反插次数不足和碎石不充盈而影响承载力。第三，桩长不够。因为选择机型不合理，误认为没有达成设计桩长桩已经达成硬上层或岩层。
　　5.3 桩尖活瓣未能打开 因为没有打开桩尖活瓣而造成桩长不够或灌石量不足。为了确保工程质量，能够采取更换桩尖活瓣或对多种施工参数进行调整等方法。
　　6 工程实例
　　某工程为砖混结构，建筑面积6835m2，包含主体六层和半地下室，筏板基础埋深为-2.5m。依据地质勘探资料显示场地土为饱和粉土，严重液化，实测地基承载力特征值和地基承载力设计值分别为80kPa和130kPa。因为砂（粉）土层不能够作为天然地基持力层，从而必需对其进行消除液化处理，在设计过程中采取碎石桩对地基进行处理。其中，桩长为8m，桩径为377mm，桩顶标高为-2.8m，桩间距为1.5m×1.5m且充盈系数大于1.3。
　　依据静载测试数据绘制荷载-沉降曲线，依据《建筑地基处理技术规范》按相对变形值确定每点复合地基承载力特征值小于试验最大加载压力二分之一，评定复合地基承载力特征值f'ak=131kPa，超出设计值f=130kPa，满足设计要求，测试结果见下表。
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　　7 小结
　　以上工程实例关键说明了经过振动沉管碎石桩对地基处理，使地基地基承载力及抗液化能力有了较大提升。振动沉管碎石桩在中国已得到了广泛应用，并取得了很好经济及技术效果，虽在不一样工程中其施工参数不尽相同，但在施工中我们仍需严格控制碎石灌入量、电流、提升速度等施工参数，以确保达成设计加固效果。
　　参考文件：
　　[1]徐至钧.振冲法和砂石桩法加固地基[J].机械工业出版社， （10）.
　　[2]江正荣.地基处理便携手册[M].机械工业出版社，（10）.
　　[3]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].中国建筑工业出版社，1997年.
　　[4]龚晓楠.地基处理手册[M].中国建筑工业出版社，.