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碎石桩施工方案

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2020年4月19日
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碎石挤密桩施工工艺及检测
一、 概述
    振动沉管挤密碎石挤密桩简称碎石挤密桩。它是在过去解决软弱粘性土地基承载力的挤密砂桩、砂井等方法的基础上发展起来的一种地基处理方法。碎石挤密桩加固软弱地基主要是利用夯锤的垂直夯击填入孔中的碎石，夯击能量经过碎石向孔底及四周传递，将孔底及桩周围的土挤密，并有一些碎石挤入碎石桩四周的软土中，形成碎石桩的同时，桩周也形成一个与碎石胶结的挤密带，提高原地基的承载力，碎石桩与桩间地基土形成复合地基，共同承担上部荷载。碎石挤密砂土，能够使地基的承载力增加，沉降量减少，防止地震液化的发生；用于加固软粘土，增大其整体稳定性。近些年来，中国高等级公路的软基处理中，碎石挤密桩得到广泛应用。
二、 施工工艺及事例
    当前大广北高速公路，第七合同段施工工艺如下：
    湖北大广高速公路第七合同段，起于新洲与团风交界处孔子河附近，起桩为K77+400，终止于淋山河镇西，桩号为K87+000，路线全长9.6Kｍ。道路设计为四车道，路基宽度26ｍ。
    本标段有两段软土路基，其中K77+400～K77+620段软土类型为淤泥质土、松散砂土，基本地层结构是上部一般有2～3m的软塑状的亚粘土，下部为砾砂和中砂层，层厚约3～5m，局部地段底部分布薄层卵石层；亚砂土、淤泥亚粘土，分布不均匀，呈透镜体状分布，层厚1.0～2.0m，软塑状为主，底部为片麻岩全、强风化层。该段软土沿路线方向分布长200m，呈带状分布，与路线近正交。
    K83+684～K84+352段地质类型为淤泥质土、松散砂土、软粘性土，基本地层结构是上部一般有4.0m左右的可塑-硬塑状的亚粘土，下部有3～4m的含有机质粉细砂或砂砾层，亚砂土、淤泥质亚粘土，分布不均匀，呈透镜体状分布，层厚1.0～2.0m，软塑状为主，底部为紫红色含砾细砂岩全、强风化层。设计路基填土高度较高(6～8m)，对地基要求高。本段软基采用砂砾垫层+碎石桩+土工格栅。碎石桩间距采用1.5m、2.0m，按等边三角形布置，桩径采用50cm；砂垫层厚度采用0.5m。
    经设计、业主单位技术交底，进一步明确了本标段碎石桩加固地基的设计理念是“排水固结、置换、挤密”。实际施工，为达到设计要求，结合曾经的施工经验，在碎石桩全面施工前，对每台桩机均先进行试桩施工，试桩成果出来后，指导该钻机的下步作业。试桩以每台桩机施工三排碎石桩，七天后请检测单位来检测成桩效果。
1、 施工准备
a) 人员准备
    试桩工作由项目部总工一人，工管部、质量环保部和试验室主要负责人共同参与，对试桩施工全过程进行技术指导和数据采集，并形成成果报告。同时每一桩机由一名经验丰富、素质较高、责任心较强的机械操作人员担任机长，并派一个专门质检人员对施工过程进行详细记录，另安排上料人员两到三人（小型装载机上料，人员配合）、施工人员一名；机长、质检员均挂牌上岗。
b) 机械准备
    根据以往的施工经验，结合本工程设计要求，我们采用的是DZ75KS型和DZ60KS型振动沉管机，并对已有机型做如下改造和完善：
1）由于机械自带沉管外径为42.6cm，为保证成孔达到设计的50cm直径，对沉管头加焊钢筋和铁板使其外径达到Ф50cm的设计要求。
2）根据施工工艺要求，为有效控制拔管和反插高度，在每台机械机架上做好尺度标识，每间距60cm用红漆标识，以确保操作手能有效控制反插及提管高度。
3）各沉管安装最大长度，根据地勘资料和设计文件现场确定，保证该机械在完成区段碎石桩施工时能达到持力层。如果沉管长度不够，立即焊接备用管后继续施工。
4）把管头放料料门统一改装成自由开启的双叶门，对叶门外开，离管底约15cm。
3、材料准备
材料选用已经检验合格的“顺通”石料场碎石料，石料粒径2～5cm，含泥量不大于5％。
2、工艺流程
    所有准备工作完成后，请监理工程师复检并批准试桩开工后进行试桩，作业流程：桩位堆石   振动沉管到持力层   加料   拔管1.2m   反插0.6m   提管0.3m   留振15～20秒   拔管1.2m，按此循环作业。
1）沉管对中。桩位放样标记对中，在桩位中心位置堆积高度大于20cm、直径大于50cm碎石料，以确保在沉管时淤泥不堵塞双叶门。
2）开启机械沉管到持力层，达到持力层的标志是：电流突然增大，瞬间总电流达到100A以上，沉管明显受阻或下沉缓慢，并伴有剧烈的振动。如果沉管到设计9.7m时仍未达到持力层需继续沉管，也就是对每根碎石桩桩长按必须达到持力层进行控制。记录实际桩长。
3）沉管到位后开始加料，并保证连续加料，每根桩加料量按以下公式现场计算：0.252 π×1.15×L＝0.226 L m3 ,L为沉管实际桩长。
4）拔管：振动拔管，高度1.2m（由标识控制）。
5）反插：反插0.6m 。
6）留振密实：反插0.6m后再提管0.3m，使双叶门打开，留振15～20秒，使管内石料在振动作用下，经过自重等作用填充密实孔内石料，以达到密实效果。
7） 重复以上拔管－反插－留振工序过程，完成该桩全部工作。
8）对试桩做详细施工记录，并请旁站监理复核无误后签字认可，再进行下一试桩作业。
3、注意事项
1、作业人员，特别是机长，严格按工艺流程规定的拔管、反插高度和留振时间作业，对违规作业人员将严肃处理。
2、严禁闲杂人员进入施工场地，保持良好的施工气氛。
3、在施工过程如遇到技术复杂问题，立即请求监理，设代及业主相关领导专家协助解决，使试桩作业达到预期效果。
4、施工过程，注意施工安全，按规定操作机械，严禁违章作业，严禁违规指挥，确保施工安全。
三、现场现测方法及图片
1、 试验方法 
采用重Ⅱ型动力触探评价桩身的密实程度是否达到设计要求，确保施工质量，一般成桩龄期应大于7天。
2、 仪器设备
试验采用北京探矿机械厂生产XY-100型百米钻机配以重Ⅱ型动力触探试验设备。设备主要参数为：重锤质量63.5±0.5kg，重锤落距76±2cm，探头为圆锥头，锥角60°，锥底直径74mm，探杆外径42mm。
动力触探试验采用固定落距的自由落锤法，所用的钻杆应定期检查，钻杆相对弯曲小于1/1000，接头应牢固。应保证试验在垂直方向上进行，同时防止锤击偏心、探杆倾斜和侧向晃动以保持探杆垂直度；触探杆的最大偏斜度不应超过2%，地面上的触探杆高度不宜过高，以免倾斜摆动过大。每贯入1m左右，宜将探杆转动约一圈半，减少导向杆与桩体的摩阻力，以保锤击能量恒定；当贯入深度超过10m，每贯入20cm宜转动探杆一次。
3、 桩位布置
抽检桩位由驻地监理工程师在现场随机确定，应基本覆盖每台桩机的施工区域，以主要行车道范围为重点，兼顾其它；而且应预先了解区内地质和路线设计情况，各类地质、地貌段都要布置；对构造物段及地质条件差的特殊地段要重点布置，使抽检结果既能控制重点，又具有较强的代表意义。
碎石桩抽检宜分片进行，分片的基本原则如下：在同一台施工桩机范围内，当所处地段地质情况基本一致时，根据现场抽检频率，大约取20～50排桩为一个片区。
4、 抽检频率
按照11月19日业主在8标项目部召开的碎石桩监测专题会议精神，对每一台桩机施工范围划分出若干片区，先对一部分片区按5％进行抽检，如果合格则其它片区能够按2％抽检，如果不合格则维持5％的抽检频率。但要保证对施工桩数总量的20％按5％进行抽检。
本次按委托单位要求共抽检了118根桩。
5、 试验步骤：
（1） 试验前平整场地，挖出碎石桩桩头，以便钻机顺利就位；
（2） 在桩头中心附近沿桩体连续贯入，在钻杆上每隔10cm画出标记；记录每贯入10cm的锤击数。当桩身较软时,采用测量每阵击(一般为1～5击)的贯入度，换算成贯入10cm 时的锤击数；
（3） 每贯入10cm所需锤击数连续3次超过50击；或者贯入深度超到设计桩长30cm左右时；或已经贯入到基岩时，应终止试验。
6、 评定标准
a) 单桩密实度评定标准
    根据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》，结合本工程具体情况以及监理要求，对本工程制订了如下的评定标准，见碎石桩测段（每10cm）密实度判别标准（表3），碎石桩桩身密实度判别标准（表4）。
  表3 碎石桩测段密实度判别标准
击数(N63.5)
密实程度
≥5
密实
N63.5＜5
松散
表4 碎石桩桩身密实度判别标准
质量等级
判别标准
密实
①桩顶1m以下桩身击数＜5击的百分比（R）＜15%，或
②桩顶1m以下桩身连续击数＜5击的测段（L）＜1250px
松散
①R≥15%，或
②L≥1250px

b) 碎石桩密实度评定标准
检查结果宜分片进行评定，根据检出的密实桩数量占该片抽检桩总数的百分比A，来判定该片整个桩的密实度质量：
（1） 合格：A≥90%
（2） 不合格：A＜90%
如果判定该片碎石桩密实度质量不合格，应采取以下措施之一：
（1）对该片区按初次抽检频率的2倍进行第2次抽检，然后综合前后两次抽检结果重新进行统一评定，如果达到合格要求，则评定为密实度合格；否则评定为不合格，应对该片区采取加桩或其它措施。
（2）不再进行第2次抽检，直接对该片区采取加桩或其它措施。
操作图片如下：

             现场碎石挤密桩动力触探试验

         现场单桩复合地基静载荷试验（1）

        现场单桩复合地基静载荷试验（2）

现场单桩复合地基静载荷试验（3）
三、总结
    根据以上的事例检测碎石桩的单桩承载较力达到250kpa，现在大多数公路上都在应用，碎石挤密桩对软基施工和检测上面都是很好的效果。