振動擠密碎石樁消除地震液化施工方法探討

□潘秀玉（河南省水利第一工程局）

1.工程概況

南水北調中線一期工程總干渠沙河南～黃河南 （委托建管項目）潮河段第三施工標段，渠道樁號SH(3)146+200～152+200，全長6000m。本標段特殊土處理中有弱膨脹土處理段累計長350m，換填粘性土厚1.0m；地震液化段處理長度5280m，采用強夯、擠密砂樁和換土+強夯等不同方法處理；擠密碎石樁是潮河段基礎處理的工作重點，占基礎處理工程總量的75%，設計采用振沖沉管打樁法進行擠密碎石樁施工對液化砂土區加固，樁徑0.6m，樁間距2.0m,材料采用10～50mm級配碎石，處理深度12m，深入非液化土層0.5m，正三角形滿堂布置。根據設計圖紙和現場工程地質條件可知，液化砂土區部位結構松散，巖性不均，采用振動沉管樁機成樁對部分渠段成孔困難。為了更好地組織施工，提高工作效率，項目部在基礎處理工程施工過程中根據呈現的不同地質情況向監理和業主建議進行機械改進和調整施工工藝，決定對擠密碎石樁施工質量進行控制，使液化處理后標貫實測值不低于臨界標貫值。

表1 塌孔、有效樁長偏差統計表

2.現狀調查

本標段跨梅河、龍王和耿坡等3個工程地質段。其中SH（3）146+200～SH（3）146+685，SH（3）148+350～SH（3）149+335，SH（3）150+490～SH（3）152+200 需要進行地震液化處理。 由于巖性不均，局部具有地震液化，夾砂土壤和細砂透鏡體，軟弱膨脹泥巖結構等復雜地質情況的影響，在按設計參數在試驗區進行成孔成樁時造成樁孔塌孔和有效樁長偏差嚴重 （試驗數據見表1），并且采用標準貫入試驗法進行地震液化化判別時有部分樁間土不能消除液化（判別結果見表2）。

3.方法探討

3.1 更換振動電機，確定合理的鉆孔動力

3.1.1 由項目部物資機械部進行電機市場功率調查，確定擠密碎石樁在黃河以南施工擠密碎石樁最大功率為120型偏心振動電機能夠滿足施工要求。

3.1.2 由項目部水電班人員將原90型偏心振動電機更換為120型偏心振動電機。

3.1.3 更換電機完成后，進行施工區域以外試驗并在電機上加設試驗檢測振動力儀器，校核激振力增加值。

3.2 樁間距參數試驗，確定最優合理參數

3.2.1 小組成員討論，制定作業計劃，向監理提出申請，編寫擠密碎石樁試驗方案。

3.2.2 對樁間距進行調整：獲得監理同意后，確定選擇試驗的樁號 SH（3）151+880～SH（3）151+980，共分四個試驗區。 試驗一區（151+880～151+900渠道右岸）：樁間距 1.9m，共 9根樁，設計樁長9.58m。試驗二區（151+900～151+920渠道右岸）：樁間距1.9m，共9根樁，設計樁長9.58m。試驗三區（151+900～151+920渠道左岸）：樁間距1.8m，共9根樁，設計樁長11.37m，試驗四區（151+920～151+950 渠道右岸）：樁間距 1.8m，共 9 根樁，設計樁長9.58m，各試驗區主要施工參數表見表3。

3.3 增加引孔或錘擊沉管施工

3.3.1 增加地質復雜區域引孔：根據各試驗區檢測情況分析，擠密樁施工可采用樁間距1.8m方案，并盡可能采用振動擠密工藝，提高充盈系數。

3.3.2 對于地質復雜中間夾有致密層的區域采用錘擊引孔法：在此期間，監理多次組織討論會，就潮河段擠密碎石樁施工進行專家研討咨詢，最終提出解決問題方法如下:采用柴油沖擊錘打引孔，引孔直徑≤400mm，后采用直徑600mm振動沉管機擠密施工；采用長螺旋鉆機打引孔，引孔直徑≤400mm，鉆孔深度以穿透堅硬土層達到處理的液化砂土層為止，后采用直徑600mm振動沉管機擠密施工。

4.效果檢查

對策實施后，對各項對策措施的實施情況進行了及時檢查和抽查，對相關數據進行了統計分析，顯示各項措施取得了良好效果，有效樁長偏差降低，塌孔（縮孔）現象大大減少，地基土液化現象明顯改善，同時工程進度加快，保證了合同工期要求（見表 4）。

5.碎石樁施工

5.1 施工工藝

5.1.1 施工準備

施工前，先用推土機將施工區域表層腐質土推至施工區外，并攏成堆，然后再進行場地平整，清除場地內障礙物，并標記處理場地范圍內地下構造物及管線等。

表2 地基土的液化評判表

表3 各試驗區主要施工參數表

表4 效果檢查表

5.1.2 測量定位

根據樁位布置圖用全站儀定出施工區四個角樁的位置，作為施工中平面位置的控制樁。再用鋼尺人工根據設計圖紙把各碎石樁樁位放樣出來，用白灰點和竹簽做上記號便于施工，樁位偏差≤2cm。樁設計直徑60cm，樁間距采用1.8m，正三角形布置。

5.1.3 柴油錘引孔

采用履帶式沖擊柴油錘引孔，引孔直徑為400mm，深度為小于設計樁長，根據地質情況，引孔范圍8～10m。引孔前校正樁位及樁垂直度，引孔完成后，履帶式柴油錘移至下一樁位繼續引孔。在引孔過程中發現地面以下3～4.5m和7～8.5m為較硬層；4.5～6m為軟層。根據引孔情況在成樁過程中特別注意軟層的反插次數。

5.1.4 振動沉管機就位

振動沉管機移動就位，樁位偏差≤15cm，就位后用靠尺檢查樁管垂直度，通過調整機架兩個后支撐調整至合格，即樁身垂直度≤1%。按照由外到內，隔排跳打的原則施工。

5.1.5 灌料振沖

采用逐步拔管法。往沉入土層的沉管填滿碎石后，啟動振錘，先拔管0.5m左右，留振 30s，然后每拔 1m，停拔振動 20～30s，反插0.5m，并由密實電流控制樁體密實情況，如未達到規定密實電流時，應提起振沖器，繼續加料振沖，直至該處密實電流達到規定值為止。重復進行至樁頂部再留振30～40s，拔管速度一般控制在1～1.5m/min。成樁過程中不斷補足碎石到理論填料量的120%～140%以上，在孔口部位進行反插、加壓，保證孔口石料的密實，關閉振動錘，移位至下一樁位。施工完畢后，整平場地，測量標高，整理施工記錄。

5.2 質量控制

5.2.1 沉管碎石樁施工時，應嚴格控制填料量、提升速度和高度、反插次數和時間、電機的工作電流等，以保證擠密均勻和樁身的連續性。

5.2.2 樁管拔起時速度不能過快，要根據試驗確定，通常為1～1.5m/min。

5.2.3 填料量

可以反映出每根樁體用料的情況，施工前必須試樁，從試樁資料中可以得出每根樁平均的填料量，用這個值作為施工時的控制標準。

5.2.4 密實電流

反映樁體和地基加固的密實情況，因此檢驗密實電流就可以基本上了解地基的加固效果。密實電流的規定值應根據現場制樁試驗定出。

5.2.5 留振時間

留振時間的長短，視土質而定，顆粒細，留振時間可長一些，一般在 20～30s。

填料量、密實電流和留振時間是相互聯系和制約的，只有在一定的填料量情況下，才可能保證達到一定的密實電流，而這時也必須要有一定的留振時間，才能使填料擠緊振密。

5.3 質量檢測

樁間土檢測采用標準貫入試驗法進行地震液化判別，由甲方認可有資質的檢測單位進行檢測。

檢測方法：采用樁間土標準貫入試驗參數來評價樁間擠密后地震液化砂層的處理效果。

檢測時間：檢測時間為成樁7～14d后。

檢測部位：樁間土在成樁正三角形的中心點。

檢測單位：河南省水利勘測有限公司。

經多次成樁檢測顯示，擠密碎石樁處理均能成功消除地震液化，達到預期的目的。

6.結語

試驗證明，碎石樁處理地震液化地基效果良好，且施工機具簡單易于掌握，特別是錘擊引孔成樁法適用于中間有硬質砂層，直接成孔困難的地層。鑒于它的這些優點，擠密碎石樁在南水北調地震液化處理施工過程中得到了廣泛應用。對于施工單位，熟悉和掌握碎石樁的施工原理、施工工藝是完全必要的。