振動沉管擠密碎石樁施工技術在鐵路路基處理施工中的應用

田文雨

摘要：本文以呼和浩特至準格爾鐵路軟土路基加固處理工程為例，詳細介紹了振動沉管碎石樁原理以及施工技術、質量檢測、安全措施等施工方面的注意事項。

關鍵詞：振動沉管碎石樁；填料量；提管速度；留振時間

呼和浩特至準格爾鐵路站前5標正線起訖里程為 DK72+041.9-DK104+000，路基長度25.334m，軟土地基采用碎石樁加固處理。碎石樁數量38606m.采用正三角形布置，樁徑采用0.5m。樁長及樁間距可根據工程地質條件和工程要求確定，一般應穿透軟塑土層，當軟塑層厚度很大時通過計算確定。現就振動沉管擠密碎石樁施工關鍵工序的技術控制進行闡述。

1 碎石擠密樁技術原理

碎石擠密樁是通過成樁過程中對周圍砂土、粉土層的擠密、振密作用和靠碎石的壓入獲得加固效果，使砂土、粉土層的密實度增加；同時設置的碎石擠密樁增強體，本身又是一個良好的排水通道，它的存在不僅有利于砂土、粉土層中超孔隙水壓力的消散，有效地增強土體的抗液化能力，而且在荷載的作用下，碎石擠密樁增強體又與砂土、粉土層共同承擔荷載作用，即形成碎石擠密樁復合土層。碎石擠密樁加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基土承載力，減少變形和增強抗液化性。加固原理如下：

1.1 擠密作用

在成樁過程中樁管對周圍砂土、粉土層產生很大的橫向擠壓力，樁管體積的土擠向樁管周圍的土層，使樁管周圍的土層孔隙減小、密實度增大。

1.2 排水降壓作用

碎石擠密樁加固砂土時，樁孔內充填反濾性好的粗顆粒料（碎石、礫石、卵石），在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水降壓通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高，防止砂土、粉土產生液化，加快地基的排水固結。

1.3 預振效應

碎石擠密樁在成孔及成樁時，振動錘的強烈振動使填入料和地基土在擠密的同時獲得強烈的預振效果，對砂土、粉土增強抗液化能力是極為有利的。

2 振動沉管擠密碎石樁施工技術

2.1 施工準備

施工前首先平整場地，局部低洼處可填土或填碎石找平，再采用靜壓壓路機碾壓，確保樁機走行平穩，其次進行材料準備、測量放線，實地標出打樁范圍與樁位，然后才開始碎石樁施工。

機械設備是以振動沉管樁機為核心，其他設備與樁機的生產能力相匹配，并滿足質量控制和檢測的需要。架設電壓為380三相電線。現場采用1臺ZB60型液壓履式振動沉管打樁機進行施工，2臺東風151型自卸汽車供料，1臺ZL-50型裝載機配合人工上料。碎石要求為自然級配，粒徑20～50mm，含泥量控制在10%以下。

2.2 施工工藝

施工準備→測量放樣→成樁實驗→機具準備定位→振動沉管→拔管、振動、填料→反插留振→成樁→施工下一樁

沉管碎石樁的施工順序為：整平原地面——振動沉管打樁機就位——振動沉管——成孔——邊拔管、邊振動、邊加料、——反插留振——樁成形——打樁機移位。具體施工為：

（1）樁機就位。根據樁機走行鋼軌上標出的樁位標記，移動樁機，使樁機對準打樁線；啟動0.5t卷揚機，按照下橫梁上標出的樁位標記移動導向架，使樁管對準打樁點，并將卷揚機離合器剎緊；松動1t卷揚機離合器，人工合龍活瓣式樁尖，對準地面上標定的樁位。

（2）啟動樁錘電機使樁錘振動，樁管沿樁位下沉。

（3）灌碎石。根據樁深和試樁時確定的充盈系數（充盈系數=碎石填料體積/沉管體積，一般在1.3-1.5之間）制作進料斗，按規定的灌碎石量將碎石裝入樁管內，如果樁管一次容納不了應灌入的全部碎石，剩余的碎石待樁管提升下料振動擠密一段時間后，再補充裝入。

（4）沉入過程中的振動擠密：第一次把樁管提升80-100CM，提升時樁尖自動打開，樁管內的碎石料流入孔內。

（5）降落樁管，振動擠壓15-20s。

（6）其后，每次提升樁管50CM，擠壓時間以樁管難以下沉時為宜。按上述方法往復升降壓拔樁管，直至所灌的碎石將地基擠密。

（7）完成該樁灌碎石量，樁管提至地面，進行下一根樁的施工。

以上工序中，關鍵是施工中對水、電、料的控制，即上流程的下沉擠密過程和投料與提管過程。振動擠密過程是保證成樁質量的關鍵，必須通過實驗確定振擠次數、電機的工作電流和留振時間等參數，每次投入碎石量及擠密后提升高度是保證成樁質量的前提，為保證質量，加料每次提升高度以套管樁尖不離開碎石面為宜，以防塌孔、縮徑、斷樁的發生。

2.3 施工要點

①施工前進行成樁試驗，試驗樁一般為7～9根；

②施工時，嚴格按照設計的樁長、樁徑、樁間距、碎石灌入量以及試驗確定的樁管提升高度和速度、振密擠壓次數和留振時間、電機的工作電流等施工參數進行施工，確保碎石擠密樁樁身的均勻性和連續性；

③施工順序從四周邊開始向中心進行，相鄰兩樁必須跳躍間打；

④應保證起重設備平穩，導向架與地面垂直，垂直偏角不應大于1.5%，成孔中心與設計樁位偏差不應大于50mm，樁徑偏差控制在±20mm以內，樁長偏差不大于100mm；

⑤邊振動邊下沉，通常每下沉0.5m留振30s；

⑥啟動拔管，拔管前留振1min，以后邊振動邊拔管，拔管速度需均勻且每拔管1m留振1min；

⑦碎石灌入量不小于設計值的95%（碎石灌入量按每延米不少于0.09m3計算）。

⑧提升和反插速度必須均勻，反插深度由深到淺，每根樁在保證樁長和碎石灌入量的前提下，總反插次數一般不得少于12次。

⑨若地表水豐富或較軟弱，可先鋪一層碎石墊層，有利于排水，同時提高地基強度；

⑩振動成樁至地面時應向下復振1m，確保地表不產生缺碎石的凹樁。

3 質量檢測

⑴石料的質量控制。一是所有碎石都采用質地堅硬、具有一定的強度、水穩定性好且級配良好的石料。二是碎石料含泥量≯10%，最大塊徑≯150mm。三是保證料場供應質量，每1000m3石料都要做一次上述各指標的抽樣檢測。

⑵成孔時的質量控制。樁管應沿導向架，并始終保持同導桿平行，樁管發生偏斜須及時扶正，其垂直高度偏差不大于1.5%，成孔中心與設計樁位偏差不大于50mm，樁徑偏差不大于-20mm，樁長偏差不大于100mm。

⑶成樁時的質量控制。樁底留振時間不少于20秒，留振電流不小于80安培。制樁加密段長度不大于50cm，提管速度不快于1.0-1.5米/分鐘。反插次數每米不少于1次。反插留振從樁底開始，自下而上逐段進行，中間不得漏振。

4 效益分析

⑴與傳統的振動沖孔碎石樁施工方法相比，因振動沖孔碎石樁是沖孔之后，直接向土孔內投碎石；而振動沉管法為向沉管中投碎石，減少了沖孔器的提升距離和頻率，大大提高了施工進度，工序合理，提高工效30%。

⑵與傳統的振動沖孔碎石樁施工方法相比，因振動沉管擠密法在沉管中完成碎石的投入，有效地防止了塌孔及斷樁事故發生；且碎石在沉管中振實擠密，樁徑得到了有效控制，垂直度有保障，施工過程更簡便，施工質量也更加容易控制，節約材料費20%左右，勞動力10%左右，約降低成本25%。

5 結語

振動沉管擠密碎石樁作為一項處理砂土、粉土地基處理技術，在道路施工過程中經常使用。本文以呼和浩特至準格爾鐵路5標段為背景，從施工原理、施工過程以及質量檢測、效益分析等方面，詳細介紹了該項技術的施工情況。