振沖碎石樁及振沖砂樁在地基加固中應用

劉淵博

振沖碎石樁及振沖砂樁在地基加固中應用

劉淵博

（中國葛洲壩集團第二工程有限公司 四川成都 610073）

振沖碎石樁及振沖砂樁施工工藝簡單，具有擠密、排水、置換等作用、工程效果較佳，適用于疏松砂性土或軟弱粘性土，能夠有效提高地基承載力、土體的抗剪強度及抗滑穩定性，減少變形、增強抗液化性。本文結合實際工程案例分析了振沖碎石樁及振沖砂樁在地基加固中的具體應用，以期進一步推廣該技術在水利施工中的應用。

振沖碎石樁；振沖砂樁；地基加固；靜載壓板試驗

1 引言

某水利樞紐工程所處的地層巖性較為簡單，主要為第四系沖積層、燕山四期花崗巖，其壩址河床為第四系沖積砂、砂礫卵石，厚度為17m左右，自上到下分為2-2、2-3、2-4，2-2層為松散的粉細砂；2-3層介于松散與稍密之間，其含有礫石中粗砂；2-4層為砂礫卵石層，介于中密-密實之間。

監測人員對該壩址河床2-2～2-4層進行觀察測量、試驗后，得出重型動力觸探試驗分層統計成果（見表1）及主要力學指標（見表2）。該水利樞紐工程的右河汊閘壩、消力池及引航道部位基礎都與2-3層有著直接接觸，而2-3層河床地質的均勻性差，建基面以下2-3層厚度為4～9m，所以壩基基礎存在不均勻沉降問題，在這種情況下，不能夠將2-3層礫砂、礫質中粗砂作為天然基礎。要想進一步增強地基承載力、減少地基不均勻沉降現象的出現，還需要對2-3層及2-4層上部進行地基加固。在多項方案對比之后，本工程設計采用碎石樁振沖置換及砂樁振沖密實處理。

表1 重型重力觸探試驗分層統計表

2 振沖樁的布置

為了保障地基加固滿足相關規范要求及設計標準，施工隊在正式施工前，進行了振沖試驗樁施工并得出試驗數據，這些參數能夠為正式施工提供指導。具體試驗樁及施工工程樁布設參數如下：本次試驗共設置了四組振沖試驗樁，每組十二根，呈等邊三角形布置，其中碎石樁兩組，樁間距為2m；砂樁兩組呈等邊三角形布置，樁間距為3m。在正式施工過程中，閘壩底板碎石樁呈等邊三角形布置、樁間距為2.5m；消力池的砂樁呈等邊三角形布置，樁間距為3m，其它施工區域的砂樁也同樣呈等邊三角形布置，樁間距為2.5m。

表2 土層主要力學指標值

為確保工程施工質量達標，根據有關規定，設計單位提出以下設計要求：①施工振沖器功率需控制在75kW以內，填料的粒徑需介于2～8cm之間；②樁中心的偏差值不得超過5cm；③振沖孔深必須要完全穿過2-3層并進入2-4層；④樁身在振沖過程中必須要保持垂直，垂直度與設計值的偏差不超過1.5%；⑤對于樁頂的碎石墊層，施工人員必須要通過振動進行碾壓嚴實；⑥本工程閘壩段振沖碎石樁復合地基的承載力必須要超過0.3MPa，消力池區域的復合地基承載力必須要超過0.2MPa；⑦就振沖樁樁間土重Ⅱ型動力觸探平均擊數而言，不同區域也有所差異，例如閘壩段基礎部分必須要超過12擊，消力池、上游引航道部分振沖樁樁間土重Ⅱ型動力觸探平均擊數不小于10擊。

3 施工機械的選取

在本次工程試驗過程中，試驗人員先后選用了55kW、75kW、125kW振沖器進行試振，但是機械性能導致貫入深度有限，均無法達到設計要求。考慮到本工程施工段需貫穿的地層較厚、貫穿難度大、施工中易發生抱卡導桿等情況，試驗人員在選用穿透能力較強的HD225型150kW液壓式振沖器進行試驗后，發現該設備能夠滿足設計的貫穿深度要求。在確定選用150kW液壓式振沖器后，施工人員又根據施工要求，配備了汽車吊、裝載機、離心式水泵、泥漿泵、潛水泵等設備，施工機械的具體配置見表3，HD225型150kW振沖機組施工技術參數見表4。

表3 施工機械配置

表4 HD225型150kW振沖機組技術參數

4 施工工藝

振沖碎石樁及振沖砂樁施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

具體施工工藝如下：在施工前，施工人員需要做好準備工作，將施工場所清理干凈，并設置好水電。將施工機械運輸到施工場所，起吊振沖器對準樁位、噴水口對準樁孔，偏差必須要控制在5cm以內。在正式施工時，需先打開壓力水泵，待振沖器末端的出水口噴水后，再開啟振沖器，等到振沖器正常運行時后再開始鉆孔，先慢慢地將振沖器伸進去，達到設計深度后開始振沖，速度需控制在3～4m/min以內，孔底振沖時間不宜過長，以免破壞下臥層的穩定性。其次，在造孔過程中，必須要將振沖器控制在懸垂狀態，以免振沖器偏離設計方向，將樁孔偏差值降到最低。另外，施工人員需要根據施工場地的地基土質、振沖器類型及水沖壓力等因素來決定并嚴格控制造孔速度，本工程的造孔速度需要控制在2m/min以內。施工人員在選用強迫填料加密制樁工藝時，必須要確保制樁連續施工，以確保制樁質量。填料加密需逐段從孔底向上，在達到設定的加密油壓及留振時間后，需上提振沖器再開始下一段，每段的加密長度必須要滿足設計要求，重復該步驟工作，直至符合設計樁頂標高為止，完成之后需關閉振沖器及水源。

5 振沖樁與其他加固方法的對比

在地基加固中，除了振沖碎石樁及振沖砂樁之外，還有許多加固方法，例如碾壓及夯實法、換填墊層法、排水固結法等等，下面簡單介紹這些加固方法，以進行對比區分。①碾壓及夯實法，適用于砂石、粉土地粘性的土質。主要是利用機械碾壓夯擊來壓實地基表層，或者通過較強的夯擊力，來使得地基土變固結密實。②換填墊層法，適用于暗溝、沼澤地等軟弱土質地基。在施工過程中，需先挖出地表下一定厚度的軟土層，再填入砂石、碎石及其它強度大的土質，最后通過夯實以提高土層的高密實度，提高地基的強度、減少地基的變形量。③排水固結法，適用于一些飽和軟弱的土層。該方法主要是利用地基排水固結的特點，將土體中的孔隙水排出，提高沉降速度，使地基強度盡快滿足設計要求，最終提高地基的穩定性。④攪拌法，適用于飽和的黃土、粘性土以及飽和松散砂土等地基。該方法主要以水泥、石灰為施工材料，利用水泥石灰的水解及水化作用，用深層攪拌機械來拌和軟土與地基深部，這樣能夠使軟土硬結，提高地基的硬度及承載力，最終達到加固的目的。⑤加筋法，適用于軟弱地基、砂土地基及高填土工程地基。將強度大的土工合成材料、鋼板及鋼筋等加筋材料埋設在地基土中，這樣能夠有效避免地基出現斷裂，提高地基的強度及承載力，使其滿足工程施工要求。

根據以上分析可以發現，各類地基的加固處理方法都有自身的優缺點，各類加固方法的適用范圍也有所不同。以砂土地基為例，振沖碎石樁及振沖砂樁在可靠性、工程造價及施工效率等方面都具有較大優勢。振沖樁主要是通過振動、沖擊等方式來進行加固，使軟弱地基與自然土形成復合地基，以此來提高地基的承載力及穩定性，該施工技術目前已經發展較為成熟，可以適用于擠密松散砂土、素填土、雜填土等地基，具有施工效率高、工程造價低、施工適用性強等優勢，是最為高效經濟的一種地基加固處理方法。

6 結束語

綜上所述，振沖碎石樁及振沖砂樁是一種適用范圍較為廣泛的地基加固方法，該加固方法在本工程案例中的應用取得了顯著效果。在右河汊閘壩及船閘上游引航道基礎的粗砂層中選用該加固方法，有效地降低了地基的沉降變形量，地基承載力得到大幅度提高，上文詳細介紹了該工程的試驗結果、施工機械的選用、設計參數、振沖樁的布置、施工工藝等情況，從中可以看出，該施工方法不僅操作簡單，而且能夠有效節約施工成本，具有較佳的經濟效益及施工效果。

[1]中華人民共和國建設部.《建筑地基基礎設計規范》（GB-50007-2002）[S].北京：建筑工業出版社，2012.

[2]王會蘭.振沖碎石樁施工技術在基礎處理中的應用[J].水科學與工程技術，2016，3：9～10.

[3]唐建中，王也宜.振沖碎石樁處理液化地基的設計與施工[J].建筑科學，2004，20（3）：42～45.

[4]中國建筑科學研究院.《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2002）[S].北京：建筑工業出版社，2014.

TU990.3

A

1004-7344（2016）27-0127-02

2016-9-8

劉淵博（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事水利水電工程工作。