150 kW液壓振沖器干法施工在地基加固中的應用

郭雙田 趙雪峰

振動水沖法(簡稱振沖法)引進我國已近二十年,因其技術可靠、造價低廉被廣泛應用在水電、石化、交通與民用建筑等領域的工程地基加固中。隨著我國城市危舊房改建,房地產開發項目越來越多,振沖法在大量的應用過程中,需要較大的容漿場地,而城區施工一般場地狹小,很難滿足這一條件,只能采取密閉罐車拉到郊外的辦法,從而增加了工程造價,有時也限制了振沖法的應用。

北京振沖工程股份有限公司從國外引進 150 kW液壓振沖器,并在危房改造狹窄場地工程中成功使用了干法施工,取得了良好的效果,使振沖法加固地基在技術及施工上得到補充和發展。

1 150 kW液壓振沖器簡介

它由振沖器、動力箱、空壓機、導管四部分組成。

振沖器頭部由液壓馬達和偏心體兩部分組成,偏心體外形直徑為 31 cm,通過馬達帶動偏心體水平振動工作,其最大橫向振動力達29 t。

動力箱是振沖器的動力能源,它由柴油引擎和液壓系統組成,為振沖器輸出工作動力。

空壓機作用主要是輔助造孔和加密,使振沖器順利造孔清孔及輔助填料加密。如果將空壓機替換成高壓水泵,與 150 kW液壓振沖器配套使用,又可以進行濕法作業。

2 干振碎石樁施工工藝及技術要求

150 kW振沖器干法施工加固地基,我們可稱其為干振碎石樁法或碎石樁法。干振碎石樁施工可按下列步驟進行[1]：

1)清理平整場地,布置樁位。2)施工機具就位,使振沖器對準樁位。3)開啟空壓機,啟動動力箱,待振沖器運轉正常后,使振沖器徐徐沉入土中,直至設計處理深度。4)重復上述步驟 2次 ～3次,進行清空,然后將振沖器提出孔口。5)向孔內倒入 0.3m3～0.5m3石料,下沉振沖器進行振密,此時振沖器壓力表油壓上升,壓力必須超過規定的密實壓力,若達不到規定值,應將振沖器提出孔口繼續填料振密,記錄這一深度最終壓力和填料量。6)將振沖器提出孔口,繼續制作上部樁段,每次加密段長度為 0.3m～0.5m。7)重復步驟 5),步驟 6),自下而上制樁,至設計要求標高。8)關閉振沖器及空壓機。

施工中,采用間斷填料,填料可用含泥量不大的碎石、卵石等硬質材料,碎石粒徑應為 20mm～40mm,級配好對成樁質量較好。

施工記錄內容包括振沖器空載油壓、造孔時間、造孔氣壓、造孔頻率、清孔時間、填料時間、加密油壓、加密頻率、加密氣壓、填料數量等[2]。

3 150 kW振沖器干法施工處理工程實例

以北京某花園公寓地基干振碎石樁加固為例。

3.1 工程地質概述

擬建工程為 6層框架公寓,場地地層較復雜。地基部分為新近溝塘沉積層,部分為一般第四紀沉積粘性土。所處地層由上至下分述如下：

1)①1層素填土：主要由粉土和粉質粘土組成,含少量爐灰渣、碎磚塊等,土質軟硬不均,結構差,遇水易軟化。2)①2層雜填土：由建筑、生活垃圾組成,底部有薄層淤泥,含朽木等,土質嚴重不均。3)②1層新近溝塘沉積層：以粘質粉土為主,黑灰色、棕褐色,軟塑～可塑,含有機質和螺殼次生姜石等,土質不均,結構性差,夾灰色粉細砂層,松 ～中下。承載力標準值 110 kPa。4)③1層粉質粘土：褐黃色,硬塑～堅硬,含云母,土質均勻,結構性好,層中夾薄層粉質粘土、粘土。承載力標準值 190 kPa。5)③2層粉細砂：褐黃色,密度中上 ～中,顆粒較均勻,偶見礫石。承載力標準值 230 kPa。6)③3層粉質粘土：灰色,可塑 ～硬塑,土質均勻,結構性好,偶含有機質塊。承載力標準值 210 kPa。7)③4層砂層：頂部為細砂,其下以中、粗砂為主,中部為薄層礫砂,中、粗砂中含小卵石、密度中上 ～中,該層鉆探未有穿透。承載力標準值240 kPa。

場地地下水勘探期間(旱季)埋深3.5m～5.0m,為第四紀潛水,無腐蝕性。

主要地層物理力學性質見表 1。

表1 主要地層物理力學指標

3.2 加固設計

設計要求：地基加固后復合地基承載力標準值達到 250 kPa。施工機具：采用150 kW振沖器干法施工。

布樁方案：柱基內正方形或梅花形布樁。

樁長：穿透①層和②1層土,進入③1層粉質粘土,長度為6.0m。樁徑不小于600mm。

3.3 加固效果檢測及評價

本次共做兩組靜載荷試驗：碎石樁單樁 1組,樁間土 1組。試驗成果p—s關系曲線見圖1。

右側曲線顯示載荷試驗點為碎石樁,p—s曲線無明顯直線段,取相對變形s/b=0.015所對應的應力值為承載力標準值,左側曲線顯示載荷試驗點為樁間土,取s/b=0.015所對應的應力值為承載力標準值,取值如表 2所示。

表2 樁及樁間土的承載力標準值 kPa

復合地基承載力標準值計算：

根據《建筑地基處理技術規范》,計算公式為[1]：

其中,fspk為復合地基承載力標準值,kPa;fpk為樁體單位截面積承載力標準值,kPa;fsk為樁間土的承載力標準值;m為面積置換率。

本工程面積置換率m=0.18,根據試驗成果,碎石樁fpk= 700 kPa,樁間土fsk=180 kPa,計算復合地基承載力標準值fspk= 273.6 kPa,大于設計要求的承載力。

4 150 kW振沖器干法施工與振沖濕法比較

1)干法施工振擠作用更大。振沖濕法加固粘性土,主要是置換作用,對周圍土層密實度沒有明顯提高。150 kW振沖器干法施工成孔及加密不需用水,主要靠振沖器強烈水平振擠作用,將土粒強迫擠向周圍土體形成樁孔,在成孔及加密過程中,基本沒有余土帶出孔口,因而使周圍土體密度增強,孔隙比減少,承載力得到提高。2)處理相同地基面積所需石料不同。通過工程實例比較,處理相同地基面積,達到相同地基承載力要求,干法施工與水沖法比較,耗用石料減少 1/3左右。主要是因為施工工藝不同,周圍土體,提高了樁間土的承載力,使填入石料相對減少。3)振沖加密控制標準不同。振沖法施工質量控制標準一般為加密電流、振密段長、填料量等[3],而干法施工一般控制質量標準為加密油壓、填料量、振密段長等,每段次的填料量對成樁的均勻性及制樁時間影響較大,一般應控制在每次填 0.3m3～0.5m3石料。

5 結語

150 kW振沖器干式施工方法通過工程應用的成功實踐,標志著振沖法地基處理技術的發展更新。它以節約資源、無污染等特點代表了地基處理的發展方向。隨著施工工藝的不斷完善、施工機具的不斷改進,作為振動水沖法的補充,將為地基處理工程建設帶來一定的社會效益和經濟效益。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2] GB 50202-2002,建筑地基基礎工程施工質量驗收規范[S].

[3] DL/T 5214-2005,水電水利工程振沖法地基處理技術規范[S].