振动沉管碎石桩施工工艺

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种地基处理方法，首次在日本得到应用，到了50年代后期引入我国。本文主要介绍振动沉管碎石桩的加固机理、施工工艺，以工程实例证明碎石桩的挤密及抗液化作用。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。第一合同段起点桩号为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，采用了碎石桩加固。2加固机理振动沉管碎石桩在砂性土和粘性土中的加固机理是不同的。2.1对松散砂土的加固机理对砂性土地基采用振动沉管碎石桩的主要目的包括提高地基土的承载力、减少变形以及增强抗液化性。其中，增强抗液化性的作用主要包括：第一，砂基预震效应。由于碎石桩在成孔或成桩的过程中受到振动锤的强烈振动，除了能够挤密填入料和地基土外，得到的强烈的预震还有利于增强砂土的抗液化能力。第二，挤密作用。由于在成桩过程中，桩管对周围砂层会产生较大的横向挤压力，因此，不仅会减小桩管周围砂层的孔隙比，还会增大砂层的密实度。第三，排水降压作用。采用碎石桩加固砂土地基，由于在桩孔内填入的是碎石以及粗砂等反滤性良好的粗颗粒材料，从而能够在地基中形成渗透性良好的人工竖向排水降压通道，因此，不仅能够消散和防止超孔隙水压力增大，还能避免砂土液化而加快了地基的排水固结。2.2对粘性土的加固机理采用碎石桩对粘性土进行加固主要包括提高地基承载力、减少地基沉降量、提高土体抗剪强度以及增大土坡抗滑稳定性四方面，其作用主要有以下几方面：第一，排水作用。由于采用碎石桩加固粘土地基之所以能够起到排水砂井的作用，那是因为碎石桩能够形成良好的排水通道。这样以来，不仅会缩短孔隙水的水平渗透途径，还会加速软土的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，由于其含有较多的粘粒且粘粒间具有较强的结合力，从而使得其地基渗透性较差，土中的水分在振动力或挤压力的作用下不容易排出，因此，碎石桩的作用不是挤密而是置换。第三，垫层作用。由于碎石桩不能够贯穿较厚的软弱土层，从而使得加固的复合土层起到了垫层作用，因此，在提高地基整体承载力的同时也能够减少沉降量。第四，加筋作用。由于碎石桩能够贯穿厚度较小的软土层而到达相对硬层，因此，桩体在荷载作用下能够有效降低软土负担的压力，从而在提高地基整体承载力的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的施工机械主要包括振动机、料斗以及振动套管组成的振动打桩机。3.2施工要点施工时可采用振动成桩法，也可采用锤击成桩法，后者还分为双管法和单管法。国内施工振动沉管时还常用活瓣式桩靴和混凝土桩靴，依施工工艺顺序，振动沉管碎石桩的施工方法可选择以下几种：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。适用于油罐、水塔等基础的圆形布桩施工。3.3施工工艺①桩位测放：测量人员应当测量放出中心线和边线控制桩，并且在保护控制桩的同时标示桩点里程。用钢尺根据桩位平面布置图布桩，但是必须将误差控制在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记，向下垂移桩管使桩尖入土。通过调整桩基搭架保持沉管和地面基本垂直，一般控制在1.5%以内。③当沉管达到设计深度后开始进行碎石灌注作业。按桩身理论方案量值与充盈系数计算灌入量，从加料口将碎石灌入桩管内。为了对每根桩的碎石充盈系数进行严格控制，应当做好现场施工记录。此外，为了增加桩的均匀性，避免出现先期大后期小的不良现象。④桩身拔管：当灌入碎石高度大于1/3管长时开始拔管，为了防止超灌或少灌，应当设置专人负责碎石灌入工作。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。一般将拔管速度控制在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、再次灌料以及第二次振动，此循环周期直到符合设计桩顶标高算完成一根桩的施工作业。⑥碎石灌入量计算Q=K?L?πd2/4式中：q―每根桩的填料量L―桩长（m）D―桩径（m）K―充盈系数，一般为1.15～1.50，视土性而定。4质量检验填料宜采用砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石或碎石等，其粒径一般小于50mm，含泥量不得大于5%。质量检验应在施工完工后间隔一定的时间进行，对饱和粘性土一般在施工完1～2周后进行，对其它土可在施工完3～5天后进行。检验一般采用两种以上方法，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的2%，且至少每个工程不少于3点。检测点一般应包括桩、桩间土和复合地基。检测结果，如占检测总数10%的桩未达到设计要求时，应采取加桩或其他措施。质量检验要求■5容易出现的质量事故及防范处理5.1断桩或缩颈在成桩的过程中，由于土壤的含水量大于临界含水量，土壤在强力振动的作用下就会液化，通常在拔管灌注碎石的过程中容易产生缩颈或断桩而影响工程质量。土壤的含水量和施工工艺对断桩和缩颈都会产生重要的影响：笔者认为对于含水量大于40%的地基适合采用旋喷桩，而不适合采用碎石桩；但是对于含水量较大且不超过40%的地基，在施工过程中为了避免断桩和缩颈的发生，应当采取降低钻进速度和拔管速度，减小激振力以及控制碎石投入量等措施。5.2承载力不足第一，由于不了解淤泥层深度，从而形成软弱下卧层而导致承载力不足。第二，由于反插次数不足以及碎石不充盈而影响承载力。第三，桩长不够。由于选用机型不合理，误认为没有达到设计桩长的桩已经达到硬上层或岩层。5.3桩尖活瓣未能打开由于没有打开桩尖活瓣而造成桩长不够或灌石量不足。为了保证工程质量，可以采取更换桩尖活瓣或对各种施工参数进行调整等措施。6工程实例某工程为砖混结构，建筑面积6835m2，包括主体六层和半地下室，筏板基础埋深为-2.5m。根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。由于砂（粉）土层不能够作为天然地基持力层，从而必须对其进行消除液化处理，在设计过程中采用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且充盈系数不小于1.3。根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不大于试验最大加载压力的一半，评定复合地基承载力特征值f'ak=131kPa，超过设计值f=130kPa，满足设计要求，测试结果见下表。■7小结以上工程实例主要说明了经过振动沉管碎石桩对地基的处理，使地基的地基承载力及抗液化能力有了较大的提高。振动沉管碎石桩在我国已得到了广泛的应用，并取得了较好的经济及技术效果，虽在不同的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，以保证达到设计的加固效果。参考文献：[1]徐至钧.振冲法和砂石桩法加固地基[J].机械工业出版社，2004（10）.[2]江正荣.地基处理便携手册[M].机械工业出版社，2004（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，2000年.