干振碎石樁加固軟基的原理及施工工藝探討

崔哲源

雙鴨山市水務(wù)局

摘要：在軟土地基中最常用的加固技術(shù)就是碎石樁，它主要的制成材料就是碎石，從而形成一個(gè)復(fù)合地基加固樁，這種加固樁在實(shí)際應(yīng)用中非常使用，能節(jié)省很多施工工期，帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。而干振碎石樁主要就是在需要打孔的地基處，利用打樁機(jī)進(jìn)行打孔，然后在孔內(nèi)灌入碎石，再對(duì)其進(jìn)行擠壓最終形成樁體，能讓軟土地基更加密實(shí)，更加穩(wěn)定，并能降低不均勻沉降的機(jī)率，讓地基足夠穩(wěn)定，但在施工的時(shí)候要特別注意干振碎石樁的施工原理，選擇科學(xué)的施工工藝，這樣才能讓加固樁的實(shí)際作用發(fā)揮出來。本文分析了干振碎石樁對(duì)軟基進(jìn)行加固時(shí)施工原理，并介紹其施工工藝，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：干振碎石樁；軟土地基；加固；施工工藝

在對(duì)軟土地基進(jìn)行加固的時(shí)候，通常都應(yīng)用振沖碎石樁這一加固技術(shù)，該碎石樁技術(shù)在施工的時(shí)候特別方便，不需要投入過多的施工成本，還不用浪費(fèi)過多施工材料，還具有較強(qiáng)的抗震性且防液化等優(yōu)點(diǎn)在軟基加固的時(shí)候經(jīng)常被用到，也有這很好的加固效果。但在實(shí)際應(yīng)用中，振沖碎石樁需要用大量的水資源，施工場(chǎng)地很容易有泥漿污染等缺點(diǎn)，這也制約該加固樁技術(shù)的廣泛應(yīng)用受到制約。而干振碎石樁技術(shù)是在振沖碎石樁基礎(chǔ)上研發(fā)出來的一項(xiàng)技術(shù)，它有效解決了所有技術(shù)上的缺點(diǎn)，在軟基加固施工中得到更好的應(yīng)用，實(shí)際效果要比振沖碎石樁技術(shù)還要好，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

一、干振碎石樁加固的原理

所謂干振碎石樁主要就是利用機(jī)械震動(dòng)對(duì)地基進(jìn)行擠壓，成孔之后在軟土中壓入碎石，在原狀土受到擠壓之后會(huì)產(chǎn)生徑向位移，然后軟土地基中的土顆粒會(huì)重新排列，這時(shí)候土壤之間的空隙就會(huì)減少，同時(shí)密實(shí)度也會(huì)隨著提高，有一部分軟土?xí)凰槭w置換掉，最終形成一個(gè)碎石樁柱。這個(gè)碎石樁屬于柔性離散體，在其承受豎向力作用的時(shí)候會(huì)有徑向膨脹現(xiàn)象發(fā)生，樁周圍的土體就會(huì)產(chǎn)生一定的約束作用，依據(jù)等量變形條件來看，樁和樁間土就此構(gòu)成了一個(gè)復(fù)合地基，然后由兩者共同去承受地面上的荷載力。值得注意的是，復(fù)合地基并不是均勻地分布應(yīng)力的，復(fù)合地基的樁體在受到荷載作用之后，它的作用就是將應(yīng)力集中在一起。通常情況下，樁間的土是沒有樁體壓縮模量大的，也就是要通過建筑物基礎(chǔ)向復(fù)合地基傳受外加的壓力，然后樁和樁間的土?xí)l(fā)生等量壓縮，然后所有的應(yīng)力都會(huì)在樁上集中起來，從而樁間土的應(yīng)力就會(huì)有所減少，這時(shí)候的地基強(qiáng)度就會(huì)非常大，要比天然地基的承載能力以及抗剪強(qiáng)度都要大很多，在受到建筑物壓縮的時(shí)候也不會(huì)過多的沉降的，差異沉降量也會(huì)有所減少。要是在粘性土基中，在樁柱體的作用下形成了垂直排水通道，這會(huì)讓地基排水固結(jié)作用有所加快，要是有地震災(zāi)害發(fā)生，土壤也不會(huì)受到過多的液化危害，有效保護(hù)了土壤。

二、干振碎石樁施工

1、施工機(jī)具。（1）選擇樁機(jī)和樁管，土質(zhì)條件不同所選擇的激振力機(jī)型也是不同的，所以在實(shí)際應(yīng)用中還要依據(jù)土質(zhì)條件去選擇。通常情況下應(yīng)用振動(dòng)沉管打樁機(jī)是比較多的，其樁管的直徑為377mm，還有一種打樁機(jī)是比較常用的，就是DZ-40Y型打樁機(jī)，它的性能比較好，振動(dòng)頻率能達(dá)到1050次/min，而激振力能達(dá)到230KN，錘重達(dá)32KN，電機(jī)功率為40kw，其空載振幅為0.93cm。從實(shí)際的施工中可知，要是將打樁機(jī)的功率給加到45kw，那么頻率就會(huì)降低，同時(shí)振幅會(huì)加大，屬于脈沖式振動(dòng)，會(huì)加快碎石下料速度，對(duì)樁體周邊的土基破壞也不會(huì)很大，成樁的效果非常好。

（2）樁頭 采用平底兩半圓活瓣合頁式樁頭，并焊于樁管端頭。這種樁頭在沉管時(shí)擠壓土壤，使樁頭直抵設(shè)計(jì)深度。當(dāng)振拔提管時(shí)，活瓣可自動(dòng)打開，夾角為20°到30°，碎石可順利下落。當(dāng)樁管反插振密時(shí)，活瓣又可自行閉合，形成平底錘頭，進(jìn)行壓實(shí)振密。

2、施工工藝。按已編制的施工方案進(jìn)行放線定位，打樁機(jī)按照施打路線設(shè)置，樁管上標(biāo)出控制下沉深度的記號(hào)。施工步驟為：（1）沉管成孔 在一般地表土阻力不大的情況下，可將樁管靜壓沉入土中。當(dāng)阻力增大時(shí)，可進(jìn)行振動(dòng)沉管，直至設(shè)計(jì)深度，土壤因受擠壓形成管孔。（2）灌料制樁 樁管到達(dá)土內(nèi)設(shè)計(jì)深度時(shí)，即可向樁管內(nèi)灌入經(jīng)計(jì)量的碎石，直到樁管灌滿碎石為止。隨后進(jìn)行振拔提管，將樁管向上提升，一直提到樁頂位置。此時(shí)，管中碎石由活瓣兩側(cè)落入樁孔內(nèi)。接著靠樁機(jī)激振力，通過樁管平底錘頭將樁孔內(nèi)碎石振壓密實(shí)，直至樁機(jī)電流強(qiáng)度達(dá)到40到50A為止。然后振拔提管至樁頂位置，再投入碎石，灌滿至樁頂。如此反復(fù)，直至碎石灌滿壓實(shí)至樁頂。

3、干振碎石樁的改進(jìn)型施工機(jī)具與灌料制樁方法。（1）樁機(jī)：采用DZ-40Y機(jī)改裝。（3）樁管與樁頭：采用液壓套管式。（3）灌料成樁：沉管成孔是先以內(nèi)套管樁頭靠振動(dòng)下沉成孔至設(shè)計(jì)底面，外套管也同時(shí)下沉，然后提起內(nèi)套管樁頭至管頂上，下灌碎石料，填滿外套管，邊提外套管邊以內(nèi)套管樁頭振動(dòng)反插，使碎石擠入孔壁形成樁柱，直至孔口樁端。成孔灌料制樁是保證干振樁質(zhì)量的關(guān)鍵。

4、施工順序以及檢驗(yàn)加固效果。可按照“先外圍，后中間；先長(zhǎng)邊，后短邊，向中擠”的原則進(jìn)行。制樁后間歇15天到30天可采用靜載荷試驗(yàn)、靜力觸探比貫入阻力P值、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)比曲線以及沉降觀測(cè)來檢驗(yàn)加固效果。

三、施工中的問題探討

1、復(fù)合地基初期沉降量大的問題。有關(guān)資料反映復(fù)合地基初期沉降量較大，故設(shè)計(jì)時(shí)將地坪標(biāo)高提高100mm到150mm。這里固然有樁的設(shè)計(jì)問題，如樁距與樁徑選擇、應(yīng)力比的確定等，但主要還應(yīng)從施工質(zhì)量與措施考慮，如樁的密實(shí)程度、復(fù)合地基上碎石墊層的厚度及密實(shí)方法。如鏟除樁端不密實(shí)碎石，采取壓路機(jī)碾壓墊層等措施，可明顯減小初期沉降量。

2、預(yù)制混樁頭的問題。有些地方打干振碎石樁時(shí)，樁管下套有一個(gè)預(yù)制混凝土樁頭，沉管時(shí)一起下沉至設(shè)計(jì)底面。在實(shí)際受力狀態(tài)下預(yù)制樁頭并不起作用，只能作為一項(xiàng)施工措施。如采用平面活瓣樁頭或套管式樁頭，保證成孔成樁，預(yù)制樁頭便可取消，從而降低造價(jià)。

3、關(guān)于碎石樁施工在灌料成樁時(shí)碎石的投入量，有的資料以樁孔的容量乘以1.2，即采用充盈系數(shù)為1.2作為投料標(biāo)準(zhǔn)。充盈系數(shù)應(yīng)以樁體外圍的土質(zhì)特征區(qū)別處理。當(dāng)土質(zhì)為亞粘土、砂土?xí)r，其充盈系數(shù)可取1.2。如土質(zhì)為飽和輕亞粘土或淤泥質(zhì)土?xí)r，則充盈系數(shù)要提高，并加大留振時(shí)間，方能符合要求。一個(gè)樁體內(nèi)，由于上下土體特性不同，各段的充盈系數(shù)也應(yīng)不同。充盈系數(shù)的確選用，是決定碎石樁質(zhì)量的重要因素。

四、結(jié)束語

在軟土地基加固施工中，應(yīng)用干振碎石樁技術(shù)的效果非常好，加固之后的地基要比天然的地基強(qiáng)度還要大，能有效防止地震災(zāi)害，還不會(huì)受到沉降影響，并有較好的防腐化性能，有較高的使用價(jià)值，值得推廣應(yīng)用。

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