振沖碎石樁在開山填石料地基中的應(yīng)用

文/趙路朋 于濤，北京振沖工程股份有限公司

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和港口建設(shè)的蓬勃開展，對土地資源的要求日益迫切，將開山碎石拋填造陸，已成為沿海城市緩解土地資源緊張的重要途徑。目前，很多港口建設(shè)碼頭護(hù)岸均為開山石料拋填形成的。這類地層的處理就迫在眉睫，振沖碎石樁作為一種既能符合設(shè)計的承載力和沉降等要求，又能縮短工期、節(jié)省工程費(fèi)用的處理方法廣泛應(yīng)用在大面積的地基處理中,但其理論和試驗(yàn)研究尚處于發(fā)展階段，還不夠成熟完善，本文基于工程實(shí)踐對該地層的處理進(jìn)行淺析，并總結(jié)了一些結(jié)論。

2 工程概述

工程位于長興島西南部，STX（大連）造船廠的南部。由于該施工場區(qū)，位于1#高樁碼頭附近成條帶狀，考慮新回填的開山石料固結(jié)差，抗滑能力差，地基承載力特征值低，而且層厚較深，決定采用振沖碎石樁進(jìn)行地基加固處理。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告可知，該處理場區(qū)位于在建的1#高樁碼頭后方，上部均為新近回填的開山石料，塊徑不均，回填深度較大，各施工段不等，為振沖樁施工提供了難度。1#場區(qū)為22個施工段（H、A1-01～A1-21）全長676.6m，該區(qū)上部開山回填石料塊徑較大，層厚3～5m，由于原始地層為粉土，開山填石料塊徑較大，其深度可達(dá)7.5m左右。粉土層底層標(biāo)高為-2.0～-7.0m，fsk=150kPa；細(xì)砂層底層標(biāo)高為-7.0m～-10.0m，fsk=140kPa；粉質(zhì)粘土層底層標(biāo)高為-10.0m～-18.5m，fsk=150kPa；下面為礫卵石層fsk=240kPa。駁岸后方荷載為35kPa，處理深度為-18.5m，可加固到礫卵石層。2#場區(qū)為4.5個施工段全長139m，該區(qū)上部開山回填石料塊徑較大，層厚較1#場區(qū)深，可達(dá)5m左右，其影響深度可達(dá)8.5m左右。粉土層底層標(biāo)高為-3.5～-7.0m，fsk=150kPa；粉質(zhì)粘土層底層標(biāo)高為-7.0m～-10.0m，fsk=150kPa；粘土層底層標(biāo)高為-10.0m～-21.0m，fsk=140kPa。駁岸后方荷載為20kPa，處理深度為-18.0m。

3 工程試驗(yàn)

根據(jù)地質(zhì)鉆孔所揭露的1#、2#兩個場區(qū)地層情況來看，其最表層的開山回填石料層變化很大，深可達(dá)9.0m多。由于其塊徑不均勻性很大，各個分段差異性也很大，導(dǎo)致這段地層施工較為困難。

鑒于該場區(qū)地層特點(diǎn)和地質(zhì)報告給出的各項(xiàng)原位測試結(jié)果和它的物理力學(xué)指標(biāo)，振沖碎石樁究竟能在大面積的開山石料地基中得到應(yīng)用？施工組織設(shè)計又如何保證其優(yōu)良的處理效果？為了探其可行性，掌握振沖碎石樁成孔過程中造孔電流和施工順序和成樁過程中的填料量多少和加密段長度。通過2個分段的施工對比，可以發(fā)現(xiàn)上面的地層條件是和地質(zhì)鉆孔所揭露的相吻合的，但在局部粉土層里也含有較大塊石。按正常施工順序施工，其成樁效率是很低的，成樁加密效果也達(dá)不到最佳，很容易損壞設(shè)備。因此對此類地層做出各項(xiàng)施工參數(shù)和施工方法的調(diào)整。

4 振沖碎石樁施工參數(shù)調(diào)整

原設(shè)計設(shè)計參數(shù)為碎石樁采用正三角形布置，平均樁徑為1.1 m，1#樁間距為1.8m，2#樁間距為3.0m。在試驗(yàn)段施工對比過程中，發(fā)現(xiàn)表層振沖施工中塌孔現(xiàn)象很嚴(yán)重，這種現(xiàn)象是由于表層的開山回填石料相對較細(xì)，較多中等塊石分布周圍，表層下部開山石料固結(jié)很差引起的。由于在振沖設(shè)備很強(qiáng)的激振力和高壓水流作用下，使孔周圍土體發(fā)生水平位移和豎向位移的擠土效應(yīng)，水平位移主要是擠密作用為主，而豎向位移在粘性土、素填土或粘土中應(yīng)以地表土的隆起為代表，但由于開山回填石料的固結(jié)差以及下部土體固結(jié)也很差，導(dǎo)致上部孔口開山回填石料不及振密實(shí)就塌了下來，而且，成孔到4.0m以下時，會出現(xiàn)較大面積的塌陷；又由于土中塊石粒差異性很大，下部土層局部也有與地質(zhì)鉆孔揭露不吻合的地方，一旦在施工到7.0m以下部分如遇到大而厚的塊石，就會導(dǎo)致振沖設(shè)備造孔非常困難，上拔時也會被上部塌孔的各種塊石和土體卡住，這樣極易造成設(shè)備的損毀，這是其一。其二，當(dāng)以（圖1示）進(jìn)行施工，在施工5#根樁時，會出現(xiàn)造孔電流很高，造孔困難。基于這種現(xiàn)象做如下調(diào)整。

面對實(shí)際施工中這些問題，應(yīng)該考慮施工打樁順序，如圖2示施工順序。可以發(fā)現(xiàn)，在施工第1#樁時，會導(dǎo)致其附近一部分面積塌陷，由于其地勢低，靠近海邊，使其土體水分增多，成孔至5.0m以下時，進(jìn)行清孔，開山石料為中風(fēng)化，含泥量大，這樣易形成泥漿護(hù)壁，按設(shè)計施工參數(shù)施工，成樁質(zhì)量能滿足設(shè)計要求。按圖2示順序依次施工，成樁質(zhì)量不僅能發(fā)揮到最佳，而且，在施工至5#樁時，也不會因已施工完2#、3#樁，其擠密作用已經(jīng)把5#樁周圍的土體擠密使施工5#樁時成孔較為困難的現(xiàn)象。至于塌孔現(xiàn)象，由于開山回填石料固結(jié)很差，上部顆粒較為細(xì)，是不可避免的，但按圖2示順序施工，塌孔在施工岸側(cè)樁點(diǎn)時，顯然塌的量小了很多。至于較深地層局部有大塊石問題，當(dāng)遇到施工至10.0m以下，施工困難時，定為下面為塊石，由于實(shí)際加密成樁樁體為-7.5m至-18.0m（以2#區(qū)第A排樁為例）。所以當(dāng)遇到大塊石時，應(yīng)當(dāng)在樁邊復(fù)打，以滿足設(shè)計要求。由于成樁長度不是很長，但成孔較深，所以要把握及時填料，少吃多餐的原則，控制好加密段，避免施工有斷樁現(xiàn)象。具體設(shè)計驗(yàn)算（2#場區(qū)為例）如下：

注：fspk——復(fù)合地基承載力特征值（kPa），m——面積置換率

Ra——單樁承載力特征值（kPa）,Ap——樁截面積（m2）

β——樁間土承載力折減系數(shù)， fak——樁間土地基承載力特征值（kPa）

計算結(jié)果表明，復(fù)合地基承載力可滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)論

（1）振沖碎石樁法逐漸發(fā)展到在很多復(fù)雜地層中的應(yīng)用，主要是考慮在不同地層、不同條件下，靈活的調(diào)整施工方法和施工參數(shù)，能明顯提高施工質(zhì)量和施工功效。

（2）振沖碎石樁法在處理普遍有較厚的開山回填石料地基時，應(yīng)及時填料，堅持“少吃多餐”的填料原則，避免中間斷樁的現(xiàn)象；

（3）根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，確定合適的打樁施工順序，能較好的改善制樁效率；

（4）振沖碎石樁處理此類地基復(fù)合地基承載力特征值遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足設(shè)計值，同時可達(dá)到工期短，經(jīng)濟(jì)節(jié)約的目的。