振冲法处理地基工法

1振冲法处理地基工法编制单位：中国建筑第六工程局批准部门：中国建筑工程总公司工法编号：GF／206024—94主要执笔人：鲁秀云1概述..........................................................................................................22加固地基的原理.....................................................................................23适用范围..................................................................................................24施工..........................................................................................................25质量标准与控制.....................................................................................76劳动组织与安全措施.............................................................................77技术经济效益.........................................................................................88工程实例..................................................................................................821概述振动水冲法（简称振冲法）加固砂土和软土地基，在国外已有半个世纪的发展史，30年代在德国先行试验，40年代引入美国，50年代该法显示了技术经济上的优越性，近十几年来我国也广泛推广应用，证明其加固效果十分显著。中建六局机械化施工公司在80年代末引入该项技术，先后应用于山东荷泽电厂贮煤仓、海南海口商住楼的地基处理，均取得了良好的加固效果和经济效益。振冲法加固地基，具有质量可靠、造价低、进度快、节约钢材和水泥、经济效益显著等特点，目前已广泛应用在工业厂房和民用住宅地基加固。鉴于加固地基土类别不同，其约束力各异，则桩径也就不同，所以振冲法施工的桩是一种变径桩。振冲法形成的桩体与原地基构成复合地基，承载力与原地基相比可提高2～3倍。2加固地基的原理振冲器启动后，在很大的水平向振动力及端部射水的联合作用下，以每分钟0.5～3m的速度挤入地基中，下沉到加固设计标高。清孔后，向孔内填入碎石或砂、砾石等填料，并向上逐段用振冲器挤密，使每段填料均达到要求的密实度，直至地面，使在地基中形成很多的地基土啮合的碎石桩体。由于振冲器水平向振动力作用于四周土体，加之水的饱和，使四周的土体在径向一定范围内出现短暂时段的液化，使土的结构重新排列，从而大大减少地基土的孔隙而达到加固的目的。3适用范围目前，振冲法处理地基适用的土质有：砂性土、粘性土、淤泥质粘性土等。采用振冲法处理砂性土地基时，利用振冲时孔内砂土坍陷而下沉方法挤密，常称振冲挤密法，相对密度可达70～80％以上，有的可达92～95％，但需填入当地砂土；处理粘性土地基时，只可采用置换填料来达到要求的密实度，常称振冲置换法。对粘性土不排水抗剪强度小于20kPa的软弱粘性土，同样也可加固成功，但一定要合理选用振冲器和调整匹配的有关参数。4施工4.l施工程序振冲法处理地基施工设备简单，比预制桩、灌注桩施工费用低，而且还节约三材。但对加固机理的认识和设计理论的开发还处在初级阶段，设计工作基本上是根据已有工程的成功经验或者正式施工前的现场试验进行的。因此，振冲法施工，分设计有要求的和需要经现场试验确定施工参数两种情况。前者可按设计要求选用机具进行施工；3后者则应按施工程序图组织实施（见图1）。4.2施工现场的准备工作4.2.1水通要保证现场机组用水，把施工中产生的泥水开沟引走，将泥浆引入沉淀池，再把沉下的浓泥浆挖运到预先安排的地点。4.2.2电通电源容量必须满足所有机组的用量，三相电源380±20V，单相电源主要考虑夜间施工用电。4.2.3料通堆料场至各机组距离应最短，防止运料线路与施工作业线路互相干扰。应做到堆料符合设计要求，储料备足施工周转。4.2.4场平现场试验确定施工参数准备工作振冲施工定位启动（1）造孔（2）清孔、护壁（3）达桩底设计标高提起振冲桩视泥浆稠度而定检查水压电压和电流填料、制桩（4）移位（5）振冲施工固结期：沙土，半月以上。粘土，一月以上效果检验、质量评定工程验收控制留振时间与密实电流关闭电水源，移到下一桩位重复作业监测单桩填料施工记录结果4场地应平整，并满足施工机械的要求，清除地下障碍物，防止阻碍振冲器的工作。4.2.5施工现场布置对场地中的供水管路、电路、运输道路、排泥浆水沟、料场、沉淀池、清水池、照明设施等应事先妥善布置，特别是多机组同时作业，更应注意统筹安排，以免相互影响，降低效态（见图2）。4.3施工设备振冲法施工机具主要是振冲器，它具有振动挤实所需最佳振动频率和射水成孔，冲水护壁使土体和填料处于饱和状态的供水功能等。它是利用一个偏心体的旋转产生一定频率和振幅的水平振动力进行振冲挤密的，其型号及技术参数见表1，其构造见图3。5振冲器主要技术参数表1型号ZCQ-13ZCQ-30ZCQ-55BL-75电机功率(KW)13305575转速(rev/min)1450145014501450额定电流(A)25.560100150不平衡重量(N)2906601040振动力(KN)3590200160振幅(mm)4.24.25.07.0机体外径(mm)274350450420长度(mm)2000215025003000总重量(KN)7.89.416.020.5为振冲器配套施工的其他机械有：4.3.1吊机要求有效起重高度大于加固深度2～3m，起吊能力需大于100～200kN。4.3.2水泵规格流量20～30m2／hr，出水口压力400～600kPa。4.3.3运料设备可采用装载机或皮带机、人力小车。4.3.4泥浆泵泥浆泵为70WL，流量应与清水泵匹配；水管、配电箱等.4.4制桩顺序振冲器造孔的顺序与下列因素有关：（1）如果使复合地基边缘效果好一些，可先打围护桩，然后再依次打工程桩；（2）如果考虑施工时对邻近建筑物的影响，可先打靠近建筑物的一排，再依次向中心造孔；（3）如果在抗剪强度低的软弱粘土中施工，可考虑跳打法；（4）如果考虑要挤走一部分软土、可用一边推向另一边的打法。无论施工顺序如何都应考虑尽量减少机械移动和挖排泥浆沟，特别要注意每制一根桩的全过程中，严禁停振冲器和关闭高压水。4.5振冲器造孔制桩步骤（见图4）4.5.1定位起动将振冲器对准桩位，先开水，后开电，检查水压、电压及振冲器的空载电流是否正常。4.5.2造孔6使振冲器以1～2m／min的速度在土层中徐徐下沉，当负荷接近或超过电机的额定电流值时，必须减速下沉，或向上提升一定距离，使振冲器悬留5～10sec扩孔等高压水冲松土层，孔内泥浆溢出时再继续下沉。如造孔困难，可加大水压到1300kPa左右。开孔后应作好造孔深度、时间、电流值等方面记录。电流值的变化反映了上层的强度变化。振冲器距桩底标高30～50cm时，应减小水压到400kPa，并上提振冲器。4.5.3清孔护壁当振冲器距桩底标高30～50cm时应留振10sec，水压在300～500kPa，然后以5～6m／min速度均匀上提振冲器至孔口，然后反插到原始振冲器位置，这样反复2～3次,使泥浆变稀准备填料。4.5.4填料制桩加填料制桩分两种：一种是振冲器不提出孔口面在孔口加料的方式，叫连续加料法；另一种是把振冲器提出孔口下料，叫间断下料法。间断下料法施工速度较快，但若控制不好易产生漏振，即使是采用大功率振动器每次加料高度不能超过6m。连续下料法制的桩体密实均匀。填料制桩工艺：振冲器上提→加料→反插→留振→上提至孔口。如果第一次填料反插到原位，而密实电流和留振时间达不到规定值，则上提振冲器1m加料1m，再反插振冲器。如果再达不到规定的密实电流和留振时间，则重复上述操作步骤，直至达到规定的密实电流和留振时间。自上而下每个深度都要达到规定的密实电流和留振时间。要注意的是：①每倒一次填料进行振密时都要作好记录，记录下振密深度、填料数、留振时间和电流量（见表2）。②实际施工中提振冲器次数不宜过多，否则填料时再下振冲器困难，且易出现断桩漏振。③如果不是试验规定的振冲器参数，选择参数尤为重要。振冲器选定后，电机额定电流也就确定了，振冲器振动力大，电机后备功率则小，易造成实际电流过大超过额定电流，而损坏电机。振动力过小则遇到硬层不易穿透，而且影响加固范围，达不到加固目的。因此，振冲器振动力的参数一定要调合适。振冲地基施工记录表表2施工单位————工程名称————孔位编号———累计号————振冲器号————填料规格————施工日期年月日上（下）午造孔填料7作业电流(A)水压kgf/cm2备注作业填料数量m3电流A水压kgf/cm2时间深度m时间深度m工程负责人：记录：4.5.5移位先关闭振冲器电源，后关振冲器高压水，移位准备下一桩的施工。5质量标准与控制除按《地基与基础工程施工及验收规范》GBT202—83执行外，以每半桩体充分振密为原则。严格控制好使振冲器工作电流接近电机额定电流；每半桩体填料量应达到设计要求。主要是水、电、料的控制。振冲施工的孔位允许偏差：（1）出口中心与桩位偏差不得大于50mm；（2）成孔中心与设计定位中心偏差不得大于100mm；（3）制桩中心与定位偏差不得大于0.2D。6劳动组织与安全措施6.1劳动组织（1）吊振冲器司机1人；（2）指挥1人；（3）控制配电柜及记录1人；（4）控制清水泵1人；（5）装载加料司机1人；（6）加工5人（泥浆泵1人，清理泥浆1人，拉搅风绳1人，配合装载机上料2人）。6.2安全措施操作人员除认真执行振冲器安全措施外，应遵守《建筑机械使用安全技术规程》JGJ33-86的有关规定。使用振冲器主要安全措施：（l）振冲器必须处于垂直状态离开地平才能开机检验及工作，起吊振冲器节点必须加装起吊保护夹套，注意潜水电机的旋转方向，如方向相反，则联结螺丝容易松动脱落；（2）振冲器工作时，严禁停水；（3）振冲器在土层深处时，一定不能断电停振；（4）振冲器向外拖出的电缆、水管，尽量避免将重量传至二者接头处以免损坏接头。87技术经济效益振冲器制桩只需填砂石料就能成桩，具有取材方便、效果明显、节约投资等特点。在可能液化的砂性土中进行地基处理，则能消除地震液化，避免或减少地震对上部建筑物的影响。尤其是在处理中粗砂液化地基时，可不用填料，就地振实可液化砂层，地基处理费更低。振冲地基虽已列入国家规范，但规范规定施工前先通过现场试验，确定施工参数，因此国家劳动定额和各地区预算定额中对劳动效率尚难以作出明确规定。例如山东菏泽工程，处理可液化地基1424m2，地基处理及测试费19.081万元（不包括施工前现场测试费用），折合133.99元／m2。海南工程处理可液化地基2500m2，地基处理及测试费用包干为37万元，折合148元／m2。与预制桩、灌注桩相比，具有施工费用低，施工速度快，投产早，效益显著等优点。8工程实例8.1山东荷泽电厂贮煤仓地基加固处理工程，设计为振冲碎石桩，桩长18m，桩呈三角形布置，共有桩440根，桩间中心1.98m，同时要求桩径0.9～1.2m，故桩间土只有0.77～1.07m。地质加固层均为粘性土，造孔成桩有较大难度，挤密桩体密实电流要达85A，要求采用7