振沖碎石樁施工在多倫煤化工程地基處理中的應用

李偉良

（黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080）

振沖碎石樁施工在多倫煤化工程地基處理中的應用

李偉良

（黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080）

振沖碎石樁是利用在地基中就地振制的碎石快速加固松軟地基的方法。近幾年來在高層建筑地基的加固及處理中也得到了廣泛地應用。它具有技術可靠、設備簡單、操作技術易于掌握、施工簡便快速、工期短、既不用水泥，又不用鋼材，加固后地基承載力有顯著提高等優點。適用于中、粗砂和部分細砂或粉砂土地基。

振沖碎石樁；地基處理；壓縮模量；變形模量；圓直徑；單樁靜載荷

1 地基處理方案

經現場查勘，初步確定選用振沖碎石樁工藝對該工程進行地基處理。

2 相關設計參數

2.1 處理范圍

翻車機室室外設備基礎，及翻車機室室外采用級配砂石回填處理的全部區域。

2.2 振沖碎石樁樁徑

直徑1000mm。

2.3 布樁方式

正三角形布樁（距離翻車機室兩側4m以外布樁，主要考慮施工時振動對現有基礎的影響，可由設備基礎處向周圍布樁）。

2.4 樁間距

樁間距1800mm。

2.5 樁長

樁長12m（樁端穿過級配砂石層，以③層粉質黏土層為樁端持力層）。

2.6 碎石要求

粒徑20～150mm，含泥量≤5%的碎石。

2.7 墊層要求

碎石樁施工完畢后，需要在碎石樁頂部鋪設300mm厚級配碎石墊層，壓實系數≥0.95。

3 設計計算

3.1 復合地基承載力特征值的確定

因本工程沒有進行振沖碎石樁的試驗性施工，因此沒有單樁靜載荷試驗的數據，根據《多倫煤化工翻車機房鐵軌巖土工程勘察報告》（詳細勘察）中判定本工程重要性等級為三級，而對于3級及3級以下的建（構）筑物，當無載荷試驗資料時可按下式計算確定：

式中：fs，k為樁間土承載力特征值，kPa，對于非可加密土，取其天然地基承載力特征值；對于可加密土，取其加密后的地基承載力特征值；m為面積置換率；n為樁土應力比，無實測資料時取2～4，樁間土強度低時取大值、高時取小值。

在本工程中待處理的級配砂石區域為可加密土，但本著工程安全性考慮，取其天然地基承載力特征值（即振沖碎石樁處理前的承載力特征值），依據《大唐多倫年產46萬t煤基烯烴項目／預干燥及固體儲運裝置巖土工程勘察報告》和《多倫煤化工翻車機房鐵軌巖土工程勘察報告》（詳細勘察），經現場查勘及經驗確定，樁間土承載力特征值取②層粉細砂承載力特征值120kPa。即在本次地基處理設計計算中，樁間土天然地基承載力特征值fs，k＝120kPa。

式中：m＝0.28；d為樁長范圍內的平均樁徑，m；本工程中d＝1m；de為單樁等效影響圓直徑，m。本工程de＝1.05×1.8＝1.89m；等邊三角形布樁de＝1.05S；S為樁間距，m；本工程中S＝1.8m。

n為樁土應力比，本工程中樁間土強度較高，取2.5（經驗取值）。

根據上述數值可計算

fsp，k＝170.4KPa

可以滿足設計要求處理后的復合地基承載力特征值≥160KPa的需要。

3.2 復合地基變形計算

復合土體的壓縮模量和變形模量可按下列方法確定。

3.2.1 復合土體的壓縮模量

式中：Esp為復合土體的壓縮模量，MPa；Es為樁間土壓縮模量，MPa；非可加密土取其天然土的壓縮模量，可加密土應取其加密后的壓縮模量。

本工程中現有資料中《多倫煤化工翻車機房鐵軌巖土工程勘察報告》（詳細勘察）沒有提供本次工程擬處理土層的室內試驗的壓縮模量值，無法計算復合土體的壓縮模量。

3.2.2 復合土體的變形模量

因現場只做了樁間土載荷試驗時，因此可按照下式計算確定：

式中：Eop為復合土體的變形模量，MPa；Eo為樁間土的變形模量，MPa。本工程中取《多倫煤化工項目1＃、2＃新風機房、排氣風機房平板載荷試驗報告》中六個點的算術平均值，即Eo＝10.05MPa。

根據上述公式及數值可求得：

Eop＝14.271MPa。

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2002）的有關規定因現有資料沒有提供上部荷載等相關數據，故無法進行復合地基變形計算，請設計單位根據相關資料做復合地基變形計算。

3.3 復合地基承載力特征值應按下式進行埋深修正

計算公式為：

式中：fa為修正后的復合地基承載力特征值，kPa；fsp，k為復合地基承載力特征值，kPa；ηd為基礎埋深的地基承載力修正系數，根據基底土類別按下列經驗值確定，本工程基底土為粉土：ηd＝1.5；γm為基礎底面以上土的加權平均重度，地下水位以下取浮重度，kN／m3；本工程中勘察單位沒有提此參數；d為基礎埋深，m，在填方整平地區，可自填土地面標高算起，但填土在上部結構施工后完成時，應從天然地面標高算起。根據設計圖紙和現場查勘，翻車機室室外設備基礎埋深＞0.5m，具體數值以現場實測數值為準。

因勘察單位沒有提供γm，無法準確計算修正后的復合地基承載力特征值，但根據d＞0.5，可以推算，埋深修正后的特征值fa＞fspk（170.4KPa）；即振沖碎石處理后的復合地基承載力特征值滿足設計要求。

4 振沖樁施工

4.1 施工工序

施工工序為：

1）清理場地，接通電源、水源。

2）施工機具就位，起吊振沖器對準樁位。

3）造孔。

a）振沖器對準樁位，先開啟壓力水泵，振沖器末端出水口噴水后，再啟動振沖器，待振沖器運行正常開始造孔，使振沖器徐徐貫入土中，直至設計深度；

b）造孔方法選用排孔法。造孔過程中振沖器應處于懸垂狀態。振沖器與導管之間有橡膠減震器聯結，因此導管有稍微偏斜是允許的，但偏斜不能過大，防止振沖器偏離貫入方向；

c）造孔速度和能力取決于地基土質和振沖器類型及水沖壓力等，針對該工程實際情況，成孔速度控制在0.5～1.5m／min。

4）清孔：造孔時返出的泥漿稠或孔中有狹窄或縮孔地段應進行清孔。清孔可將振沖器提出孔口或在需要擴孔地段上下提拉振沖器，使孔口返出泥漿變稀，保證振沖孔順直通暢以利填料沉落［1］。

5）填料加密：采用強迫填料制樁工藝。制樁時應連續施工，不得中途停止，以免影響制樁質量。加密從孔底開始，逐段向上，中間不得漏振。當達到設計規定的加密電流和留振時間后，將振沖器上提繼續進行下一個段加密，每段加密長度應符合設計要求≤500mm（具體加密長度根據現場試驗性施工確定）［2］。

6）重復上一步驟工作，自下而上，直至加密到設計要求樁頂標高。

7）關閉振沖器，關水，制樁結束。

4.2 振沖樁施工控制質量標準和技術要求

4.2.1 制樁施工參數

根據施工經驗確定試驗性施工參數見表1，然后根據試樁實際情況做適當調整確定。

表1 振沖樁施工參數

4.2.2 造孔和清孔規定

具體有以下6點規定：

1）振沖器噴水中心與樁位中心偏差不得 ＞50mm。

2）造孔中心與設計定位中心偏差不得 ＞100mm。

3）完成樁的中心應在設計位置0.2d以內（d為樁徑）。

4）造孔深度與設計樁底標高允許偏差 ±300mm。

5）成孔過程中要記錄不少于1－2次／米的數據，主要包括：水壓，水量，時間，電流強度，直至貫入到施工圖紙規定的完孔深度。

6）完孔后應清孔1～2遍。

4.2.3 填料和振密

1）采用連續填料時，應將振沖器留在孔內連續向孔內填料。

2）采用間斷填料時，應將振沖器提出孔口，填料倒入孔內高1.0m時，再將振沖器貫入填料。

3）采用強迫填料時，應利用振沖器的自重和振動力將孔上部填料送到孔的下部，根據我公司的施工經驗，本工程擬采用強迫填料［3］。

4）填料的加密應符合下列要求：

a）加密電流、留振時間、加密段長及填料數量，應符合試樁選定的上述參數；

b）應用電氣自動控制系統控制加密電流和留振時間；

c）加密必須從孔底開始，逐段向上，中間不得漏振。

5）成樁過程中每個樁0.5～1m記錄一次數據，例如樁體加密電流強度，留振時間，水壓，填料量。

6）制樁完成后的樁頂中心與設計定位中心偏差不得大于樁直徑的0.2倍。

7）施工時應由專人負責查對孔號，按記錄表詳細記錄，每班的成孔電流、振密電壓、水壓、時間等要詳細、如實、準確、整潔填寫。

4.3 質量控制

具體有以下8點規定：1）施工應進行施工質量控制與監測，做好各項施工記錄。當處理效果達不到設計要求時，應及時會同設計單位及有關部門研究解決。

2）加密電流和留振時間應采用自動控制系統控制，并及時檢查其準確性。

3）振沖器的導管應有明顯的深度標志。

4）樁位標識應明顯牢固，在施工中應注意復核，保證其準確度。

5）填料應經過質量檢驗方可使用，填料的粒徑、含泥量及強度等指標應符合設計要求。

6）填料應按2000～5000m3送檢一組試樣進行質量檢驗，不足2000m3時按一批次送檢。

7）對樁體的密實度宜采用重型動力觸探試驗進行抽樣檢測，檢測時間應在成樁1d后進行。

8）測單位及時采用重型動力觸探試驗、標準貫入試驗或靜載荷試驗對樁體或樁間土（7～15d之后）進行檢測［4］。

5 結 語

振沖碎石樁是利用在地基中就地振制的碎石快速加固松軟地基的方法。近幾年來在高層建筑地基的加固及處理中也得到了廣泛地應用。它具有技術可靠、設備簡單、操作技術易于掌握、施工簡便快速、工期短、既不用水泥，又不用鋼材，加固后地基承載力有顯著提高等優點。

［1］杜克水.振沖碎石樁在加固軟粘土地基中的應用［J］.山東建材學院學報，2000（01）：87－89.

［2］賀光耀.振沖碎石樁施工中常遇到的問題及其處理方法［J］.勘察科學技術，1994（06）：39，40－42.

［3］張強.振沖碎石樁在油罐軟弱地基處理中的應用［J］.建筑科學，2000（06）：45－49.

［4］藍冰，鄧新德.振沖碎石樁在飽和軟土地基處理中的應用研究［J］.巖土工程界，2002（11）：41－44.

TV753

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1007－7596（2014）08－0044－03

2014－03－18

李偉良（1979－），男，黑龍江甘南人，工程師。