振冲碎石桩施工.doc

振冲碎石桩复合地基作用机理及施工
摘要：文章首先分析了振冲碎石桩加固地基的原理，在此基础上对振冲碎石桩设计和施工方法以及地基处理效果检验方法进行了论述。
关键词：振冲碎石桩；复合地基；加固原理；碎石桩设计；碎石桩施工
中图分类号：TU472　　文献标识码：A　　文章编号:1009—2374（2009）05-0154-02
　　一、概述
　　第四系后形成的湖沼相沉积物—淤泥和淤泥质土，天然含水量高、天然孔隙比大,抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小、地基承载能力低。地基沉降变形大，而且沉降稳定历时较长，需要进行人工处理；饱和粉细砂及部分轻质粘土，在静载作用下具有建高强度，但在动荷载作用下，可能产生液化或大量震陷变形,地基会因液化而丧失承载能力，此类地基也是需要进行人工处理的地基。振冲碎石桩是加固处理软土地基的好方法，具有技术先进、经济合理、施工安全可行、质量可靠等优点，能满足一般工程要求。
　　二、振冲碎石桩加固地基的原理　　振冲碎石桩是利用一种能产生水平向振动的管状机械设备在高压水流下边振边冲,在软弱粘性土地基中成孔，再在孔内分批填人碎石或卵石等材料制成的桩体，桩体和原土层构成复合地基,以提高地基承载力,并降低压缩性，碎石桩的承载力和沉降量在很大程度上取决于周围软土对碎石桩的约束作用,如周围软土过于软弱,对碎石桩的约束作用就差。振冲法具有置换作用,也同时存在挤密作用.振冲置换法适用土层主要是粘性土,在砂土中也能制造碎石桩，但此时挤密作用远大于置换作用。碎石桩复合地基桩体贯穿整个软弱土层,达到相对硬层时，桩体起着应力集中作用；桩体未达到相对硬层时，桩体起应力扩散和均布作用.由于复合地基中的碎石桩体由粗粒材料组成，可起到加速排水固结作用.
　　三、振冲碎石桩设计
　　根据实际工程中软黏土埋深与厚度不同,将桩长分类.确定各标段的桩长、桩直径、间距等要素，并确定桩形状布置.为控制施工质量，施工前先做2～3根试桩，通过实验确定制桩工艺。制桩工艺应能保证桩体连续、挤密均匀、桩径不小于设计尺寸、桩体密实度达到紧密状态要求。
　　（一）碎石桩的设计
　　1．桩长及桩径.根据加固路段软弱土层厚度现场实际情况,确定桩长深人持力层长度。碎石桩桩径一般取30～80cm，主要根据地基土的土质情况及成桩设备确定.
　　2．桩距布置。桩的孔位一般按正三角形或正方形布置。若工程为粘性土地基,桩间距计算公式为：
            （1)
式中： 　—-碎石桩桩间距（cm) ；
　 --l根碎石桩承担的地基处理面积（cm2 ）；
    　 ;
　 ——碎石桩的截面积（cm2 ）;
　 --面积置换率，可由下式求得：
          （2）
　 　--复合地基承载力标准值(KPa）;
　　 ——桩间土承载力标准值，可用处理前地基承载力标准值代替（ KPa）；
　 —-桩、土应力比，一般取2～4。
　　四、振冲碎石桩施工
　　1．施工前的准备工作.熟悉施工图纸和施工工艺，提出保证质量的措施.放线布置桩位。根据设计图纸于现场放线布桩.桩位偏差满足工程要求。
　　2．施工工艺。（1）施工顺序：振冲桩一般采用“由里向外”顺序施工，或“由一边向另一边”的顺序施工。这种顺序易挤走部分软土，便于制桩。在强度较低的软土地基中施工时，为减少制桩过程对桩间土的扰动,易采用间隔的方式施工.（2）填料方式:振冲成孔后即向桩孔内填料制桩。一般有两种填料方式。一是将振冲器提出孔口，向孔内倒入填料，再下振冲器至填料中振冲密实，待达到设计要求后，又提出振冲器下料振密,如此反复直至制桩完毕；二是振冲器不提出孔口，仅上提30～50cm,离开原已振密过的桩次，即向孔连续不断地回填石料,直至该次桩体振冲密实达到设计要求后，再上提30～50cm，连续填料振冲密实，重复上述步骤，自下而上逐段制桩直至孔口.前者为间断填料法,操作较繁琐，适合小型工程人工推车填料。后者为连续填料法,操作方便。适合机械化作业。（3）施工作业.振冲碎石桩施工的工序可分为造孔、清孔、填料和振密及桩体顶部处理等.（4)褥垫层设置。1）碎石桩垫层作用:由广义虎克定律得知：　　　　　　　　　　　 。桩体变形模量　 是桩体受到的综合应力竖向应变　 的比值，其中表示桩周土的侧限阻力。说明使桩、土协调工作,应力分配合理比较简便有效的方法就是合理铺设垫层.在荷载作用下垫层可以通过碎石的流动补偿性调整桩、土应力分配和复合地基变形，使基础一垫层一复合地基共同作用。2)碎石垫层厚度与复合地基工作性状:《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002）规定在振冲碎石桩桩顶应铺设一层2O～50cm厚的碎石垫层，而其他有关规范却未有此项要求。据有关复合地基的研究与模型实验得知，随垫层厚度的增加，桩顶应力减小，桩中最大应力不发生在桩顶，而是发生在桩体下某一深度处，且随垫层厚度增加沿深度方向向下移动，下移幅度远大于垫层增加幅度；土顶应力则增加，然后沿深度迅速衰减，并随上部荷载的增加，此现象更为明显.这样可使桩土应力比最大值位置沿深度方向下移，而桩周土的围限力则随深度而增加，避免了剪切破坏和鼓胀破坏.但是，在某一垫层厚度下桩顶应力减小和土顶应力增加皆趋于平缓，说明复合地基有效发挥桩、土承载性能存在一合理的垫层厚度，一般认为合理的垫层厚度为30~50cm.再增加厚度在技术上已无意义，且经济上不合理。3）碎石桩复合地基垫层影响因素:置换率:较高的置换率可以达到更高的复合地基承载力;桩径:同等桩间距情况下，大的桩径必然具有较大的置换率;桩身强度（或密实度）:桩体越密实，其应力集中效果越明显，复合地基性能越好，但达到桩身高强度又要以土体的强烈扰动为代价，因此实际工程中也不是桩身强度越高越好；桩体连续性:桩体的连续性在控制碎石桩质量中是至关重要的，桩体连续性差的桩其实是对原地基土的一种严重破坏；桩长：规范要求“当相对硬层埋深不大时，应按相对硬层埋深确定”，基于我国施工工艺、施工技术和施工队伍的实际情况，设计桩长不宜超过12.0m（有抗剪要求除外)。
　　(三）施工质量控制
　　桩体的质量控制：桩数、桩长、桩偏位及桩径控制.
　　1．桩数:应根据设计图纸放线布桩，并在一桩位上插好标记.制桩作业时详细记录桩号、打桩数及施工情况。班后进行复核统计，同时在图纸上按号标记已打的桩数,发现漏桩应及时补打。
　　2．桩长:振冲器贯入地下的深度可由导杆上的刻度标出,当造孔达到设计深度时，孔口指挥即予以记录.由孔底逐段制桩达孔口成桩，故造孔深度即为桩长，桩长偏差不大于10cm。
　　3．桩位偏移控制：施工中孔口指挥与吊车司机应精心操作，布桩时严格对淮桩位标记,使桩位偏差小于规范规定的（1/5～2/5）d（d为碎石桩的平均桩径）。成孔中心与设计桩位偏差控制。
　　4．桩径偏差控制。　　五、结语　　振冲碎石桩是加固处理软土地基的好方法,大量实践证明:振冲碎石桩复合地基，技术先进、经济合理、施工安全可行、质量可靠，但任何地基处理方法都有它的适用范围、局限性和优缺点，鉴于土的种类及物理力学性能的多样性，没有也不可能有普遍适用的方法。振冲碎石桩地基处理的加固效果并不是施工结束后就能全部发挥。地基处理大都是隐蔽工程，很难直接检验其加固效果,处理工作结束后,应尽量采用可能的手段来检验处理。碎石桩复合地基的检验,采用大型载荷试验,尽管精度相对较高，但既费时又多花钱,试验中还需大量的堆载物，一般工程很难办到。采用动力触探、标贯、室内土工试验的方法是可行的、经济的，成果能满足一般工程要求。