復雜地層中大功率振沖碎石樁技術經濟分析

孫 永 紅

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司，四川 成都 610081)

復雜地層中大功率振沖碎石樁技術經濟分析

孫 永 紅

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責任公司，四川 成都 610081)

從傳統振沖碎石樁與“氣協”振沖碎石樁兩方面，簡略介紹了復雜地層中大功率振沖碎石樁的施工方法，并分析了各種施工方法的經濟性，結果表明：“氣協”振沖碎石樁施工法不僅能提高工程質量，還能減少能源的消耗，具有良好的經濟效益。

復雜地層，振沖碎石樁，氣協法，經濟性

中緬油氣管道工程瑞麗分輸(泵)站場地地層條件復雜，自上而下分為①黏土層，土質不均，夾粉砂，層厚0.50 m～4.10 m；②中粗砂層，松散，夾少量粉砂及礫砂，局部為黏土，層厚1.50 m～8.70 m；③圓礫，中密，夾大量卵石、碎石，局部為黏土，層厚為0.50 m～4.30 m；④中粗砂，中密，夾少量粉砂及礫砂，局部為黏土，層厚0.50 m～9.50 m；⑤中粗砂，密實，局部為卵石、礫砂、粉砂、黏土及少量粉質黏土，層厚1.00 m～35.10 m；⑥黏土，堅硬，夾礫砂、中粗砂、粉砂及少量粉質黏土，層厚0.90 m～10.60 m；⑦中粗砂，密實，局部為黏土和粉質黏土，層厚0.90 m～7.40 m。根據勘察報告可知，本工程場地地基土液化指數介于6.09～52.59之間，且僅有3孔的地基土液化指數小于18，按GB 50011—2010建筑抗震設計規范，結合當地修筑經驗，按最不利組合原則，判斷本分輸(泵)站地基土液化等級屬嚴重，采用振沖碎石樁處理地基土消除液化。

在采用傳統振沖碎石樁施工方法(簡稱“傳統振沖法”)對瑞麗站進行施工發現：由于地層的復雜多變，傳統振沖法存在很多缺點，如無法達到設計樁長、樁體密實度不足等，因而需采用大功率振沖器，但大功率振沖器在超深粉細砂夾層的地層中施工容易出現“抱管”現象、施工進度慢、設備損壞率高等[1]，使得無法保質保量的完成中緬油氣管道工程瑞麗站的施工，針對這個問題，我們提出了“氣協”振沖碎石樁(簡稱“氣協法”)施工方法。采用“氣協法”施工，成孔質量高，施工速度快，降低了施工成本，能夠解決在傳統振沖法施工時遇到的無法達到設計樁長、樁體密實度不夠、在粉細砂夾層的地層中容易出現“抱管”現象以及施工進度慢、設備損壞率高等問題。本文簡略介紹了復雜地層中大功率振沖碎石樁的施工方法，包括傳統振沖法和 “氣協法”，并對其進行了施工技術經濟分析。

1 復雜地層中大功率振沖碎石樁施工工藝

1.1 傳統振沖碎石樁施工方法

傳統的振沖碎石樁，是用起重機吊起振沖器，在高壓水壓力和振動器的強烈水平振動下形成鉆孔，清理鉆孔后向孔中分層填入碎石，在振沖器的振動作用下填料與原基地土形成復合地基，從而達到提高地基承載力，增加地基穩定性等作用[2]。地基處理的深度一般為12 m以內，振沖器功率一般為30 kW～75 kW。

瑞麗分輸(泵)站場地地層中多圓礫層、密實中粗砂層以及粉砂夾層，宜采用高壓水沖的方法成孔(見圖1)。該方法的施工流程為：1)清理場地，測放樁位；2)施工機械到位，起吊振沖器使之與樁位線對準；3)振沖器造孔：啟動高壓水泵，開啟動力箱；待振沖器運行正常以后，在高壓水壓力和振動器的水平振動下使振沖器達到預定深度；4)清孔；5)填料，并分段振密；6)成樁。

在采用高壓水沖的“傳統振沖法”施工過程中發現，土層中的部分砂礫在高壓水的沖擊下不會隨泥漿排出，會懸浮在振沖器以上導桿的位置，并被振沖器重新振密固結，致使振沖器難以上升和下沉，卡在土層中，即俗稱的“抱管”現象出現。若強行拔出振沖器，會導致其電機電流驟然增大，超過額定電流，導致振沖器電機燒壞。并且強行增大吊車吊載能力，還可能出現吊車大臂折斷的危險?？梢?，在復雜地層中采用傳統的水沖法施工，施工難度大、風險高、投入成本高、施工工期長、安全隱患大。

1.2 “氣協法”施工方法

通過對大量瑞麗泵站復雜地層中大功率振沖碎石樁施工技術現場試驗研究分析，得出解決及預防“抱孔”的施工方法——“氣協法”[3](見圖2,圖3)。該方法是將一根鍍鋅管上端焊在振沖器導管外壁頂部，下端焊在距減振器200 mm左右，通過高壓膠管連接氣泵。振沖施工時開啟氣泵，并且不斷調整氣泵氣壓使其隨成樁深度的增加而增大，在振沖器下沉時連續高壓氣體從振沖器頂部噴出，使導管周圍的砂礫呈現懸浮狀態，不會被動壓實固結，避免“抱管”的現象的出現。

“氣協法”現場施工的具體方式如下：

1)現場完成“三通一平”，準備機具。將一根鍍鋅管上端焊在振沖器導管外壁頂部，下端焊在距減振器200 mm左右，通過高壓膠管連接空壓機。

2)振沖器定位：使振沖器對準孔位，利用下噴水束，校正振沖器位置，其偏差不大于5 cm。

3)造孔：振沖器定位后，開啟清水泵和空壓機，待振沖器下端射水口出水的水壓、水量和噴氣孔口氣壓達到要求時，啟動振沖器。待水流、水壓、電流、電壓、氣壓達到要求及振沖器運轉正常后，開始貫入造孔，控制貫入速度一般在0.5 m/min～2 m/min，造孔電流為110 A～190 A，造孔水壓為0.4 MPa～0.8 MPa，造孔氣壓0.4 MPa～0.8 MPa。

4)清孔：當振沖器到達預定深度時，將振沖器提出，并再次貫入振沖器2次～3次，然后清除孔內泥土，使填料通暢，減小樁體含泥量。此時清孔水壓為0.4 MPa～0.8 MPa、清孔氣壓為0.4 MPa～0.8 MPa。

5)填料：清理孔位后將空壓機關閉，將振沖器提至離孔底30 cm～50 cm的位置，用裝載機向孔內投入級配碎石，級配碎石的粒徑為4 cm～15 cm，每次填料厚度為30 cm～50 cm，振沖器的水平振動力將孔內的石料逐漸振密，當潛水電機的電流迅速增大，直至達到加密電流110 A～180 A，持續加密，達到留振時間為10 s～15 s，填料加密過程完成。此過程中加密水壓為0.2 MPa～0.8 MPa。一般情況下，為確保加密效果，有利于填料下沉和充分液化，下部留振時間比上部適當長些。

6)填料時，為避免振沖器偏移，應在振沖器四周均勻填料。填料不能太快，否則會導致填料下沉困難，堵塞孔口，填料過少又會造成振沖器振待料。

7)重復上述的填料過程，直至填料加密至樁頂形成完整樁體。

與“傳統振沖法”相比，“氣協法”可以使樁孔上部的粗顆粒處于震動狀態，使其孔隙增大，細顆?？身樌S水氣流返到孔口，因而不會出現細顆粒堆積區，能避免細粒土在高壓水壓作用下固結密實而導致的“抱管”現象的出現，而且“氣協法”所成的樁孔比較一致，使振沖器便于操作，容易下料，加快了施工速度。

采用“氣協法”施工時，由于氣壓的存在，砂粒懸浮在樁孔內，與碎石形成良好級配，所成振沖碎石樁的密實度高?！皻鈪f法”用水量少，泥漿排放量低，泥漿收集、外運的工作量減少，現場施工環境得以提高?！皞鹘y振沖法”和“氣協法”技術分析如表1所示。

表1 施工技術分析

2 復雜地層中大功率振沖碎石樁經濟分析

采用了適宜的關鍵施工技術參數的“氣協法”施工節省了水、電、材料等資源的消耗，降低了機械使用費，中緬油氣管道工程瑞

麗分輸(泵)站項目原計劃工期為180 d，采用氣協振沖法后，將工期提前了60 d，只用120 d就完成了項目。“氣協法”所需投入的吊車噸位較小，施工機械費相對低;而且用水少、地層中被帶出的砂粒少，故水消耗、投入孔中的石料相對較少，直接材料費相對較低。為比較其經濟性，將現場施工的有關技術經濟指標情況列于表2，表3。

表2 單樁技術經濟指標

表3 氣協法較傳統振沖法節約成本表

根據現場施工數據以及表2，表3統計數據可知，“氣協”振沖法較之傳統方法在單樁施工時刻節約施工時間30%～50%，僅振沖器(被埋)一項，就減少損失120萬元，另外節約振沖器及電機維修費用近200萬元，提前工期而節約的人工費與機械費近400萬元，振沖碎石樁復合地基的施工工效提高20%～30%。總之，采用“氣協法”并且選擇適宜的關鍵施工技術參數進行施工的經濟效益顯著。

3 結語

對復雜地層中大功率振沖碎石樁的施工技術的技術經濟分析表明：用“氣協”振沖法進行施工，同時采用適宜的關鍵施工參數和質量保證措施，則成孔質量高，施工速度快，降低了施工成本。單樁施工時刻節約施工時間30%～50%，僅振沖器(被埋)一項，就減少損失120萬元，另外節約振沖器及電機維修費用近200萬元，提前工期而節約的人工費與機械費近400萬元，振沖碎石樁的施工工效提高20%～30%。“氣協法”用水量少，泥漿排放量低，泥漿收集、外運的工作量減少，現場施工環境得以提高。相比“傳統振沖法”“氣協法”減少了資源的消耗，節約了成本，提高了工程質量，值得推廣應用。

[1] 姜兆華,文 華.復雜地層中大功率振沖碎石樁施工參數分析[J].施工技術,2016(13):64-66.

[2] 何廣訥.振沖碎石樁復合地基[M].北京：人民交通出版社,2012.

[3] 齊景波,季惠彬.氣協法在超長振沖碎石樁施工中的應用[J].巖土工程界,2008(10):77-78.

Techno-economic analysis of large power vibro replacement stone pile in complex strata

Sun Yonghong

(SichuanShuyuPetroleumBuildingInstallationEngineeringCo.，Ltd,Chengdu610081,China)

Briefly introduce the construction methods of the large power vibro replacement stone pile in complex strata, including traditional vibroflotation construction method and the gas-association vibroflotation construction method， and then do a techno-economic analysis between them.Techno-economic analysis shows that gas-association vibroflotation construction method which can not only improve the quality of engineering but also can reduce energy consumption, has good economic effect.

complex strata, vibro replacement stone pile, gas association vibroflotation construction method, economy

1009-6825(2017)05-0097-02

2016-12-06

孫永紅(1967- )，男，經濟師

TU472.35

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