復雜地質情況微型鋼管樁振動沉樁施工技術

摘要：介紹了微型鋼管樁在復雜地質情況施工的一種新技術。

關鍵詞：微型鋼管樁 復雜地質 振動沉樁

0 引言

隨著我國高速鐵路的大發展，各種樁基礎施工工法得以迅速推廣。微型鋼管樁是一種新興的地基處理工藝，屬深基型類型，這種新型的深基礎的作用主要是改良固結基礎地基；提高地基整體承載力；加強地基的穩定性；減少地基沉降，特別是不均勻沉降，以提高結構物的整體安全性。振動沉樁設備是隨著機械的快速發展而來的，在拔樁等工序中表現出良好的技術性能，對施工質量和施工效率影響較大。

1 工程概況

漢宜鐵路西荊河特大橋處于江漢沖擊平原，地質復雜，部分橋墩坐落在以膨脹土為主的沉積層地基上，而橋臺過渡段正處路基與橋梁結合部，其路基基底含水量較大，流塑性強，經過地質勘探過渡段所填筑路基下部還發現較早施工遺跡，存在大面積孤石和片狀混凝土，一般路基填筑很難滿足過渡段施工要求，變更為樁基礎則成本過大且施工現場與地質情況均不允許。經變更設計過渡段下部基礎采用微型鋼管樁（摩擦樁），樁徑120mm，樁長25.0m，壁厚6mm。在對各種方案反復比選后我部使用了微型鋼管樁振動沉樁這一新的施工工藝，很好地解決了這一施工難題。

2 微型鋼管樁試樁

2.1 試樁工藝流程 按照微型鋼管樁基礎正常施工流程為：基坑開挖孔位放樣鋼管樁鉆孔跟進抽干管內積水并封底安裝鋼筋籠灌注細石混凝土。

2.2 試樁樁位選擇 試樁宜選在離施工現場較近，地質情況大體相同地段，最終確定試樁地點為與施工樁位同里程部位，這樣可以最大程度反應實際施工狀況。

2.3 試樁結果分析 試樁后發現樁底未完全封閉，底部隨著鉆進過程中樁的跟進常充滿淤泥及碎石，當地質鉆在遇到較硬土質采取沖水鉆進時，坍孔現象嚴重，鉆頭被卡的情況時有發生，尤其是下部2.5m處有原始施工遺跡的影響，普通地質鉆機無法鉆進巨石及片狀混凝土，也無法按照設計在鉆進困難時采用水沖鉆進，先行鉆透混凝土層而后選擇適當方法沉樁，經過分析靜壓沉樁受地形限制較大，成樁速度慢，以此我部決定采用一種新的施工工藝——機械輔助振動沉樁工藝。

3 工藝原理及關鍵設備的選擇

3.1 工藝原理 通過高頻振動可以改變周圍土體的液限狀態，使摩阻力變小，通過壓力和錘重力成樁。

3.2 鉤機及振動錘的選擇 選擇合適的振動錘是振動沉樁的施工順利進行的關鍵。鑒于我國目前沒有同類型的設計規范，鉤機錘的選擇多，根據比選我們選擇在鋼板樁插打施工中表現較好的HD-YZC系列配合日立產40t長臂鉤機以便施工中能輕便進行沉樁作業。其具體參數見附表1：

表1 HD-YZC型振動錘參數表

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3.3 鉆機的選擇 鉆機宜選擇馬力強勁有風動功能的潛孔鉆機經必選最終選擇T-150型高氣壓環形潛孔鉆機進行鉆進作業，其性能參數如下（附表2）：

表2 T-150型高氣壓環形潛孔鉆機參數表

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注：鉆頭規格應選擇大于樁徑。

3.4 空氣壓縮機的選擇 限于微型鋼管樁施工中地質情況的特殊性，空氣壓縮機應選擇出風量大，重量適中的型號，以方便調運，最終選擇阿特拉斯·科普柯移動式空氣壓縮機作為潛孔鉆的配套機型。其具體性能參數詳見附表3：

表3 空氣壓縮機的選擇

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3.5 鉆頭、套管及其它設備的選擇 鉆頭選擇130mm偏心鉆頭配沖擊器。套管選擇外徑168mm，壁厚10mm的成型鋼管，每節段1.5m長兩端套反絲扣，中間以成型兩端絲頭連接器連接，最下節段配與鉆頭外徑匹配的管靴，以便鉆進過程中套管有效地隨之鉆進沉入預定深度，套管為沉樁完成后可抽拔重復利用，根據現場施工機械及人力調配情況選擇加工6套，循環使用。注漿作業選用GZB-40型注漿泵，配套設備提前安置到位，爭取現場成樁即可灌注細石混凝土。另現場需常備一輛25t汽車式吊車，以便設備調運及沉樁工序中的吊裝作業，根據實際需要現場還需臨時調配鏟車以隨時清理鉆渣、淤泥等，為施工現場保持清潔便利做好準備工作。

4 關鍵技術及可行性分析

4.1 施工流程的確定 對于微型鋼管樁的施工，在現場我們根據實際情況進行了調整，具體流程見圖1。

4.2 鉆孔定位和鉆孔精度的控制

4.2.1 孔位的精確定位。設計要求管樁垂直度偏差不大于1%，孔位偏差不大于5cm，而管樁的施工中測量放樣及施工中的過程控制極為重要，所以過程中要求精確測量、認真放樣，鉆進過程中要求監控及時、調度指揮手勢清晰準確，確保孔位的準確。

4.2.2 鉆機的調平。鉆機調平關系到套管的垂直精度，從而影響到成孔精度。T-150型高氣壓環形潛孔鉆機具有液壓調平系統，配合人工可使機械調整至較為精確的垂直度范圍，抱緊套管以保證套管垂直。

4.2.3 第一節套管的垂直度。第一節套管的垂直度至關重要，第一節套管不能滿足精度要求，勢必造成后續套管偏差更大，會造成成樁的垂直度滿足不了設計要求的嚴重后果。為此第一節套管要在下壓前、壓入一半、全部壓入后進行其垂直度的調整，由于此時套管比較短，其垂直度較容易調整，套管越長，其垂直度越難調整。施工過程中采用兩部經緯儀控制套管垂直度，再靠機械自身的液壓系統進行調整。

4.2.4 套管下壓過程控制。套管下壓過程中要全過程控制套管的垂直度，將規范規定的偏差值按照比例分配到不同長度的節段，每一節段的垂直度接近此值就必須調整，避免成孔后垂直度不滿足要求導致的返工作業。

用兩臺經緯儀在90°的兩方向照準第一節套管，在壓入過程中監控套管的垂直情況，如若發生偏差立即進行調整至垂直。鉆進第一節套管接第二節套管時，同樣用經緯儀檢查，全程專人監控，每完成一節套管下壓就要實測偏差，根據實際情況進行調整。

4.3 振動沉樁過程控制

4.3.1 激振頻率的確定。振動沉樁機械的工作性能振動樁錘，而振動樁錘主要參數的合理選擇是提高其工作性能的關鍵，振動樁錘主要的參數包括：振幅A、激振頻率ω、激振器偏心力矩M、激振力F、參振重量Q等，而現場控制關鍵在于激振頻率的選擇，根據設計說明中對土層

的描述，最終確定激振頻率為150ω/s-1。依據見附表

4。

4.3.2 沉樁速度的控制。沉樁速度應保證每節段施工過程中無長時間停滯，以保證微型管樁周圍土體液限狀態，使管樁得以順利沉入。

4.3.3 特殊情況處理。若因不可抗力干擾有長時間停滯，則在后續施工中應先低頻振動不沉樁，以免管樁發生劇烈抖動，產生扭曲、開裂等情況，待管樁在重力作用下自行下沉時，開強振連續施工直至整根樁完成。

4.4 沉樁過程中的施工組織

4.4.1 沉樁過程中人力組織。對于微型鋼管樁施工工程的監控目的是保安全、保質量。經理部成立了質量管理小組，健全了質量保證體系，并推行質量責任制。所有技術人員必須熟悉施工圖紙和有關技術規范，明確施工技術的重點難點，做好技術交底。同時加強測量人員的責任心和技術水平的訓練，合理設控制點，以減小誤差。定位放樣采用坐標控制，沉樁過程用經緯儀實時監控。試驗檢測工作主要由中心試驗室負責，加強工序質量控制，現場技術人員要合理組織，保證施工連續性，認真填寫原始施工記錄。做好質量預控工作，對容易出現問題的工序，預先制定出切實可行的措施，工程質量始終處于控制之中，并加強和完善質量監測手段和設備，為加強施工質量監測，經理部配備足夠的技術力量，加強施工現場管理，充分協調、調配，確保施工的正常進行。

4.4.2 雨季施工應對措施。因施工正值雨季，做好雨季的施工安排，做好防排水工作。充分利用當地的排水系統，使作業面不積水。備足彩條布、防雨布等防雨設備，確保施工用原材料不受雨水浸泡銹蝕。

5 施工質量

振動沉樁成樁后，對所有樁基進行低應變檢測，結果全部合格，充分驗證了這一施工工藝的可行性。另外微型鋼管樁的振動沉樁工藝也提高了此類型樁基的成樁速度，為后續工序施工奠定了良好的基礎。

6 結束語

本文介紹了微型鋼管樁振動沉樁工藝的具體過程和控制要點。通過西荊河特大橋橋臺部位微型管樁的順利施工，證明通過高頻振動可以改變周圍土體的液限狀態，使摩阻力變小使樁身順利的在壓力作用下沉入土體是切實可行的。

新工藝在人員配備上與其他沉樁工藝明顯減少，但是由于施工速度的提高縮短了工期，不僅降低了成本，而且可以充分利用其他設備的生產能力，取得了較好的經濟效益。此種施工方法的低污染、低噪音、較高的材料利用率也體現了其較好的社會效益。

參考文獻：

[1]工程測量規范 GB50026-2007.

[2]新建鐵路武漢至宜昌鐵路橋臺微型鋼管樁設計圖.

[3]王凱，楊銘，馬輝.基于ANSYS軟件的振動沉樁過程仿真[J].機械與電子，2007（08）.