機械洛陽鏟成孔灌注碎石樁施工技術淺析

□王進軍 □陳 燕（信陽市南灣水庫管理局）

□柳 偉（河南省水利第二工程局）

飽和砂土液化是指飽水的粉細砂或輕亞粘土在地震、動荷載或其外力作用下瞬時失掉抗剪強度，使砂粒處于懸浮狀態，致使地基失效的作用或現象。飽和砂土液化主要是在靜力或動力作用下，砂中孔隙水壓力上升，抗剪強度或剪切剛度降低并趨于消失所引起的。有地震等外力作用時，飽和砂土地基承載力喪失，地面下沉甚至地表塌陷，還會造成岸坡滑移破壞。事實上，不僅僅地震會引起飽和砂土液化，爆炸、機械振動等都可以引起砂土液化現象。

消除飽和砂土地震液化的方法主要有換填法、強夯法、重夯法、振沖法及擠密樁法等，這幾種方法中絕大多數都必須使用大型機械設備施工；而對于施工場地受限的狹窄區域、有高壓線占壓的特殊區域以及渠坡渠底樁長短空樁量大的施工部位，靈活利用結構簡單的小型機械設備（如機械洛陽鏟等），往往能夠達到意想不到的處理效果。機械洛陽鏟灌注碎石樁加固地基，同樣有置換作用和擠密作用，能有效提高地基承載力、減少沉降，碎石樁還能起排水通道作用，有效消散震動引起的超孔隙水壓力和加速地基土的固結，使渠基地震液化潛勢基本消除。

一、工程概況

南水北調潮河段是南水北調中線一期工程總干渠第Ⅱ渠段（沙河南～黃河南）的一部分，地域上屬于河南省鄭州市的新鄭市、中牟縣和航空港區，起于新鄭市梨園村、新密鐵路渠倒虹出口296.4m處（總干渠設計樁號SH(3)133+380.8），終點位于中牟縣和鄭州市交界處（總干渠設計樁號SH(3)179+227.8），與鄭州2段工程起點相接，該段兩次穿越京廣鐵路、石武高鐵、京港澳高速和107國道，全長45.847km。為確保工程運行安全，潮河段基本全段進行地基處理，其中擠密碎石樁設計處理長度為14.236km，約占處理渠段長度的35.6%。設計采用Φ600擠密碎石樁，有效樁長9～20m；碎石樁采用等邊三角形滿堂布置，樁間距2.0m,面積置換率約為8.16%，并從設計渠基外邊緣擴大3排保護樁。處理重點是消除渠基和邊坡的地震液化潛勢，不作承載力要求。而對于高壓線占壓部分設計則采用振沖法碎石樁法或者換填施工。填料要求：碎石級配良好，最大粒徑≤50mm，含泥量≤5%，充盈系數≥1.2。

二、地質條件

潮河段工程位于鄭州市，地震基本烈度為Ⅶ度，工程區分布有較大范圍的以輕粉質壤土(alQ14)和砂壤土(alQ14)為主的地層。渠底板主要位于重砂壤土和黃土狀中壤土中，渠坡主要由細砂、重砂壤土和黃土狀中壤土構成，而重砂壤土、細砂土質不均，具中等～強透水性；渠道沿線地下水位較高，埋深在1.0～6.0m，主要賦存于砂壤土層中，臨近渠道設計水位。該地層雖地基承載力不算低，但多屬可液化土層。因此，以該地層作為南水北調總干渠或穿渠建筑物的地基，必須對其進行消除地震液化的加固處理。南水北調中線一期工程為線性工程，沿線有很多跨渠的高壓線和光纜等，高壓線或光纜遷建后高度仍無法滿足振動沉管法或振沖法碎石樁施工要求，而采用換填施工既破壞了渠基原土狀結構又不經濟。

三、機械洛陽鏟性能特點

（一）機械組成

機械洛陽鏟由卷揚機、三腳架、鋼絲繩、鏟頭等部分組成。鏟頭呈圓柱體，上半部為配重，下半部為刃，由左右兩片合圍成圓筒型，利用鏟頭自重及自由下落加速度閉合抓土，提升后電控開合鏟刃，含土下落翻斗車（如圖所示）。一般由2～4人操作1臺機械洛陽鏟，即1人操縱卷揚機，1人推小翻斗車運土等。

機械洛陽鏟結構示意圖

（二）性能參數

設計樁徑為600mm,一般鏟頭直徑為500～550mm（考慮擴徑和擠密），可成孔深8～20m,卷揚機功率一般為75kW左右，鏟頭自重1t左右，沖擊力10～15t。正常狀態下，每臺機械洛陽鏟每臺班可成孔30～40m深。

（三）適用范圍

機械洛陽鏟適用于地基土質為粘土、粉質粘土等直立性較好，且地下水位低于樁深的土層，但地下水位較高時可采用先降水后打樁的方式進行。

四、施工工藝流程及操作要點

（一）工藝流程

施工準備→設備就位→挖土成孔→樁底驗收→填料錘擊成樁→設備轉移。

（二）操作要點

1.施工準備：在場地平整后，根據擠密碎石樁施工布點圖由測量隊測定樁位軸線控制網和地面高程，根據樁位進行孔口定位，并撒白灰標記。

2.設備就位：設備移動，使自由懸吊的鏟具中心對準樁孔中心，鏟頭垂直對準樁位，可開孔挖土施工。

3.挖土成孔：孔口定位檢查合格后開始操作洛陽鏟，利用卷揚機提升洛陽鏟，閉合抓土，至地面卸土，依次循環成孔。

4.樁底驗收：成孔到設計深度后，應經過聯合驗孔（主要檢查孔徑和孔底高程），驗收合格后方可進行填料成樁施工。

5.填料錘擊成樁施工：從樁孔上端的投料漏斗加入級配碎石，粒徑應在10～40mm，含泥量≤5%；碎石料應分層填料分層夯實，每加料高70cm至少夯擊6次，再次填料夯實循環進行直至樁頂，以達到碎石樁的擠密效果，確保成樁質量。

6.設備轉移：成樁結束后可移動設備到下一根樁繼續施工。

（三）技術要求

1.成樁施工間隔（跳打）進行，并由外側向中間施工；在有建筑物鄰近施工時，背離建筑物方向進行。

2.洛陽鏟成樁施工后，將控制點高程以下的松散層夯壓密實，隨后按渠道填筑要求進行填筑。

3.施工時，樁位水平偏差≤0.3倍套管外徑；套管垂直度偏差≤1%。

五、施工質量控制

一是在施工期間及施工結束后，檢查碎石樁的施工記錄。施工過程中檢查樁位是否偏差，錘擊次數和每次填料量是否滿足要求等；二是施工后間隔一定時間方可進行質量檢測。對飽和粘性土地基待孔隙水壓力消散后進行，間隔時間為28d；對粉土、少粘性土和雜填土地基，間隔時間為7d；三是質量檢測方法：對樁間土采用標準貫入的方法進行檢測，樁間土質量的檢測位置在等邊三角形的中心；四是質量檢查標準：施工后的碎石樁有效樁長滿足設計要求，并且處理深度范圍內土層處理后的標準貫入擊數實測值不低于地震液化的臨界標準貫入擊數，達到土體消除地震液化的目的；五是質量檢查的數量：檢驗點數量不少于樁孔總數的2%，檢驗深度不小于設計處理的深度。

六、安全保證措施

一是進入施工現場必須佩戴安全帽；施工區域設立警戒標志，嚴禁非施工人員進入施工區域；二是操作人員崗前必須進行安全培訓和安全教育，機械操作工必須嚴格遵守操作規程進行作業；三是對機械設備的安裝、調試和轉移應派專（兼）職安全員進行現場監護；四是實行班前安全檢查，發現設備、機具等不安全因素及時排除，嚴禁機械設備“帶病”作業，起重用鋼絲繩及繩卡必須安全可靠并及時檢查和更換；五是洛陽鏟成孔后應及時進行成樁施工，以防塌孔，如不能及時填料成樁應及時將孔口封堵并作警示，以防人員墜入孔中。

七、結論

潮河段地震液化地基處理大部分是靠振動沉管樁機完成的，剩余少部分由于受高壓線高度影響、施工場地狹窄等原因，造成振動沉管樁機無法施工，或渠底樁長普遍在1.0m左右而空樁長達10m(開挖前)，開挖后由于建基面較軟，大型設備難以進場施工。現場根據實際情況及類似工程施工經驗，采用了結構簡單、操作方便的機械洛陽鏟成樁設備灌注碎石樁，經過現場質量檢測，能夠達到設計和規范要求的地基處理效果；且當施工區地下水位高于樁底高程造成成孔困難時，可采取先降低地下水位再進行成樁施工的方式，也能保證利用洛陽鏟順利成孔和成樁。機械洛陽鏟灌注碎石樁作為其他大型碎石樁設備施工的有效補充，具有施工方便、靈活、經濟、可靠的特點，值得推廣應用。