淺析擠密砂樁施工工藝及質量檢測

張忠裔戚 波 李 超 徐海波

淺析擠密砂樁施工工藝及質量檢測

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擠密砂樁處理地基的方法出現在19世紀，由于當時缺乏先進的施工工藝和施工設備，導致很長時間內擠密砂樁技術發展緩慢。直到1958年日本開始采用振動重復壓拔管擠密砂樁施工方法，使砂石樁地基處理技術發展到一個新的水平。我國在1959年首次引入砂樁法處理地基，經過多年的探索和實踐，在飽和軟黏土中采用砂石樁特別是砂樁地基處理方法積累了一定經驗。發展至今，我國已將砂石樁廣泛應用于各項工程建設中。

一、概述

某工程是淮河干流上游的一座大型防洪控制工程，由粘土心墻土石壩以及混凝土重力壩連接組成。控制流域面積約2900km2，主要任務是以防洪為主，結合供水、灌溉，兼顧發電等綜合利用。

1.地質條件

某工程土石壩段壩基土自上而下分別為低液限粘土、淤泥質土、細砂（級配不良砂）、中粗砂（級配不良砂）、砂礫（級配不良砂）和礫石（級配良好礫）、巖層，每層厚度不等，且局部含有透鏡體。勘探期間地下水補給河水，壩址區地下水位埋深0.6～8.9m，沿壩軸線方向地下水水位坡降約1/200。其中土壩段壩基存在低液限粘土厚度為9.0～11.0m，壓縮性較大，排水固結條件差，尤其是小泥河段，壩基屬極軟土層，工程地質條件差；壩基液化等級為中等～嚴重，液化深度7.0～10.0m。

2.擠密砂樁施工工藝的試驗研究

為了解決軟土層地基液化問題，設計采用振動擠密砂樁對壩基進行處理。鑒于壩基處理范圍較廣且較為復雜，設計要求施工前開展擠密砂樁處理的現場試驗。試驗選取兩種方案，方案一采用振動沉管法（樁徑0.5m、樁間距1.5～2.5m）成樁工藝；方案二采用振沖法（樁徑0.8m、樁間距3.0m）成樁工藝。對壩基處理效果進行了現場載荷試驗和室內試驗分析研究，采用重型動力觸探檢測樁體質量，樁間土采用靜力觸探進行了檢測。

檢測結果表明：方案一在成樁過程中樁周地面一定深度內出現隆起和開裂現象；方案二樁間土的錐尖阻力和側壁摩阻力均比試驗前有所減小且擠密砂樁樁體局部松散，樁體密實度上下差別較大。

經過對比，最終采用了振動沉管法，在施工過程中采用了行間跳打方式，并由外側向中間施工等方法來消除樁周擠土帶來的不利影響。

二、施工工藝

1.工藝流程

軟土地基擠密砂樁施工工藝流程圖見圖1。

圖1 擠密砂樁施工工藝流程圖

2.施工方法

（1）施工準備

①基面準備：對施工作業面的腐植土、生活垃圾、建筑垃圾進行清理并運至棄渣場，其中腐植土單獨堆放，做好水土保持措施。基面清理邊線超出設計處理邊線5.0m。地基處理范圍內若存在溝塘，根據情況，在將溝塘內的水排除后，清除塘底淤泥，將其回填形成滿足施工需要的工作平臺后開始進行擠密砂樁施工，回填材料和回填技術指標同與其相接觸的壩體材料一致。

②場區交通：布置場內運輸道路、道路兩邊的排水盲溝、縱向排水溝、料場，準備好照明設施以便夜間施工。

③材料準備：擠密砂樁樁體填料按照設計要求采用中粗砂，細粒含量小于5%，不均勻系數Cu≥5，曲率系數1≤Cc≤3。

④施工機械準備：砂樁機采用DZ-110KS/DZ-90KS型錘擊振動沉管式機械，使用端部帶鋼制活瓣樁尖的鋼管，活瓣在沉管時閉合狀態，提升鋼管時活瓣張開下料，機組配備驅動裝置、振動錘、樁架等。其主要性能見表1。

⑤測量放樣及布樁：根據圖紙要求的布樁原則進行布樁，每個樁位均作標志，編制樁號。按照樁位布置圖，采用GPS放樣樁位布置基準線及各分區界限，并在合適位置做好控制樁。施工過程中做好控制樁保護，對可能受施工影響產生擾動的控制樁，注意引樁。

（2）施工步驟

①移動振動沉管打樁機及塔架，合攏樁尖葉瓣，不得留有空隙，樁尖對準樁位標記，利用錘重及樁管自重緩慢靜壓1～2m。

②啟動振動錘，將樁管振動下沉，直至達到設計深度。沉管時采用經緯儀或錘球進行垂直度測量，當樁管有傾斜時停止沉管，振動糾偏后再沉管。當傾斜度超過要求時，拔出樁管，在樁位附近補打。為控制砂樁的長度，在樁管上每1.0m劃出標識，以控制樁長度符合設計要求。

③達到設計深度后，用料斗開始向管內灌砂，施工時可采用邊振動邊灌砂的方法確保灌砂量滿足設計要求（灌砂量充盈系數控制在1.2～1.4內）。開始灌砂時稍微提升樁管使樁尖打開，樁管內砂料開始流入孔內，方可拔管。邊振動邊勻速拔出樁管，每提升1m留振15s，如此反復直至樁管全部拔出。

④提升樁管高于地面，停止振動，進行孔口投料直至設計樁頂標高以上。

⑤樁機移位，重復以上操作進行下一個擠密砂樁。

三、擠密砂樁處理效果檢測

1.檢測方法與要求

根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）的規定，施工后應間隔一定時間方可進行質量檢測，對粉質粘土地基不宜少于21d。樁體質量檢測采用重型動力觸探試驗，樁間土質量檢測采用標準貫入試驗。重型動力觸探使用63.5kg穿心錘，以0.76m自由落距貫入，要求觸探位置位于砂樁中心或靠近中心處，且觸探桿垂直最大偏差不超過2%，記錄每貫入0.1m的錘擊數。當每貫入0.1m所需錘擊數連續3次超過50擊時，可停止試驗。樁間土貫入前先用鉆具鉆至試驗土層標高以上0.15m處，清除殘土，再將貫入器打入土中0.15m后開始記錄每貫入0.1m的錘擊數，累積0.3m的錘擊數便是標準貫入擊數。若遇密實土層，當貫入0.3m錘擊數超過50擊時，不應強行打入并記錄50擊的貫入深度。貫入一定深度后提出貫入器，取出土樣進行鑒別、描述、記錄，并測量其長度。以此反復直到所需深度。

2.檢測數據

（1）重型動力觸探

圖2為擠密砂樁重型動力觸探錘擊數與深度關系圖。從圖中可知，試驗樁現狀地面以下0.4～2.0m范圍內樁身重型動力觸探擊數均不小于5擊，2.0m以下樁身重型動力觸探擊數均不小于7擊，滿足設計要求。

通過對圖中數據的觀察，發現錘擊數與深度的關系并非成線性，而是隨著深度的增加錘擊數不斷波動有增有減。經過對現場試驗及試驗數據的分析，認為砂樁不同深度擠密程度的差異是引起錘擊數不斷波動的主要因素。砂樁的擠密程度不一，在探頭深入的過程中，所受力會不斷發生變化，從而出現了錘擊數的波動。

表1 振動沉管打樁機主要性能表

圖2 擠密砂樁重型動力觸探錘擊數與深度關系圖

表2 擠密砂樁樁間土砂層抗震液化判別成果表

（2）標準貫入試驗

依據相關文獻的規定，對實測標準貫入錘擊數進行校正，并計算液化判別標準貫入錘擊數臨界值。試驗結果見表2。砂層的標準貫入錘擊數均大于液化判別標準貫入擊數臨界值，滿足規范要求。

四、結語

通過現場試樁試驗，對比分析了振動沉管法和振沖法兩種擠密砂樁施工工藝對成樁質量的影響；選取振動沉管法作為擠密砂樁施工工藝，詳細介紹了該方法施工參數以及施工過程。通過重型動力觸探試驗、標準貫入試驗分別對擠密砂樁樁體質量和樁間土質量進行檢測，認為采用振動沉管法得到的砂樁樁身質量能達到設計要求，處理后砂層的標準貫入錘擊數均大于液化判別標準貫入擊數臨界值，達到了防止地基液化的目的■

（作者單位：1.安徽省（水利部淮委）水利科學研究院 233000 2.水利部建設與管理司 100053 3.河南省水利第二工程局 450016）