振動(dòng)沉管碎石樁軟基處理施工技術(shù)

馮金鵬，甘孝斌，李家銀

(中國水利水電第十工程局有限公司, 四川成都 610072)

1 工程概況

西昌市海南缸窯城中村棚戶區(qū)改造(三期)項(xiàng)目位于西昌市海南鄉(xiāng)缸窯村。項(xiàng)目總建筑面積74 943m2，其中住宅建筑面積約74 625m2，附屬用房面積的318m2。項(xiàng)目停車位約408個(gè)，安置戶數(shù)615戶，本項(xiàng)目施工包含專項(xiàng)工程及配套市政基礎(chǔ)設(shè)施等。

本項(xiàng)目建設(shè)目的是為進(jìn)一步優(yōu)化景區(qū)環(huán)境，突顯景區(qū)特色，打造5A級(jí)旅游景區(qū)，促進(jìn)西昌旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展。海南鄉(xiāng)缸窯旅游小鎮(zhèn)及安置點(diǎn)項(xiàng)目借助108國道建設(shè)，配套建設(shè)園區(qū)等第二產(chǎn)業(yè)。以建設(shè)具體特色的生態(tài)廣場、公共服務(wù)配套區(qū)，打造旅游小鎮(zhèn)。通過整治、轉(zhuǎn)化、提示，提高該區(qū)域的環(huán)境品質(zhì)和旅游接待服務(wù)能力，使之與邛海麓鎮(zhèn)酒店、康養(yǎng)旅游度假區(qū)(原電池廠)及邛海濕地環(huán)境協(xié)調(diào)相融，建設(shè)邛海瀘山景區(qū)又一獨(dú)具特色的精品旅游景點(diǎn)。

2 振動(dòng)沉管碎石樁加固原理分析

由于淤泥質(zhì)黏土屬飽和軟土，碎石樁起著置換軟土的作用。對(duì)于軟弱層不太厚的情況，樁端可以直接作用于下部堅(jiān)硬巖層，此時(shí)復(fù)合土層中的樁體在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，由于樁體的壓縮模量遠(yuǎn)比軟弱土大，故而通過基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的外加壓力隨著樁、土的等量變形會(huì)逐漸集中到樁上去，從而使軟土承擔(dān)的壓力相應(yīng)減少。結(jié)果，與原地基相比，復(fù)合地基的承載力明顯提高，壓縮性顯著降低。如果軟弱層厚度較大，樁體也可不貫穿整個(gè)軟弱土層，軟弱土層只有部分厚度轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合土層并起到墊層的作用，將荷載引起的應(yīng)力向四周橫向擴(kuò)散，使應(yīng)力分布趨于均勻，從而提高地基整體的承載力，減少沉降量。

在振動(dòng)沉管過程中，由于振動(dòng)、擠密、擾動(dòng)等作用，盡管地基土中會(huì)出現(xiàn)較大的附加孔隙水壓力，但隨著時(shí)間的推移，原地基土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有一定程度的恢復(fù)，孔隙水壓力遂漸向樁體轉(zhuǎn)移消散，其結(jié)果是有效應(yīng)力增大，顆粒結(jié)構(gòu)重新排列，形成比較穩(wěn)定的顆粒接觸關(guān)系，孔隙數(shù)量顯著減少，土的結(jié)構(gòu)趨于致密，穩(wěn)定性增強(qiáng)，強(qiáng)度不斷增大。

碎石樁在地基中還起到豎向排水通道和提高土基抗滑能力的作用，大大縮短了孔隙水的水平滲透途徑，促進(jìn)了土中孔隙水壓力的消散，提高了飽和黏性土排水固結(jié)的能力，使沉降穩(wěn)定加快。

3 振動(dòng)沉管碎石樁軟基處理施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

(1)場地平整。①清理整平施工場地，清理表面腐植土層30cm，消除高空和地面障礙物；②鋪筑墊層，進(jìn)行樁位放樣，樁間距及形式應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，樁間距允許偏差為±10cm。③為方便施工，實(shí)際地形、平整場地、場地的外邊緣要伸出設(shè)計(jì)最外緣樁孔5m。

(2)機(jī)械設(shè)備。選擇采用樁機(jī)的額定電流不小于60A，振動(dòng)力不小于90kN，振幅不小于4.3mm，且進(jìn)場的機(jī)械設(shè)備調(diào)試完畢，可以正常投入使用，施工、技術(shù)、質(zhì)檢、試驗(yàn)人員到位。清場后打樁設(shè)備能直接進(jìn)入場地施工的，應(yīng)直接施工碎石樁；對(duì)設(shè)備難于進(jìn)場或危及施工安全的，須采取相應(yīng)措施或報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師同意，先行填筑一定厚度的碎石墊層或采用其它方式適當(dāng)處理，以滿足設(shè)備進(jìn)場需要和安全施工。

(3)施工材料選擇。振沖碎石樁使用填料采用2～5cm的碎石，碎石由巖石或礫石軋制而成，技術(shù)指標(biāo)和規(guī)格見表1、表2，應(yīng)潔凈并具有足夠的強(qiáng)度，其顆粒形狀具有棱角，不得摻有軟質(zhì)石和其它雜質(zhì)。本工程樁徑為600mm，計(jì)算碎石充盈系數(shù)為1.32，碎石灌入量按0.36m3/m計(jì)算。

(4)現(xiàn)場工藝性試樁。試樁的目的是按照所選的機(jī)械性能，按設(shè)計(jì)要求、規(guī)定的施工工藝來驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，有效控制試樁質(zhì)量，制造出高密度的碎石樁，提高復(fù)合地基承載力；取得滿足設(shè)計(jì)要求的碎石樁施工的控制數(shù)據(jù)，從而保證碎石樁施工質(zhì)量，試樁工作必須嚴(yán)肅、認(rèn)真的開展。試樁位置根據(jù)地質(zhì)剖面圖和現(xiàn)場地貌特征選擇在具有代表性的地點(diǎn)進(jìn)行，試樁不少于5排，每排不少于6根樁，按照批準(zhǔn)試樁的施工組織設(shè)計(jì)和工藝要求進(jìn)行施工，并詳細(xì)記錄提管速度，反插深度及停振時(shí)間，停振(密實(shí))電流，反插次數(shù)及位置，碎石貫入量，成樁時(shí)間。

表1 碎石主要技術(shù)指標(biāo)要求

表2 碎石通過圓孔篩的顆粒級(jí)配規(guī)格

3.2 振動(dòng)沉管

機(jī)具定位好后，便進(jìn)行振動(dòng)沉管。利用機(jī)器的重力使樁管在軟土中下沉，等到樁管不能再下沉的時(shí)候，就使用振動(dòng)錘進(jìn)行震動(dòng)下沉，下沉到施工前要求的高度停止。根據(jù)現(xiàn)場制樁試驗(yàn)來確定激振力的大小，一般采用280～550kN。

3.3 灌注碎石

接下來進(jìn)行碎石灌入，進(jìn)行碎石灌注作業(yè)，將碎石由加料口注入樁管內(nèi)，灌入量按樁身理論方量值與充盈系數(shù)計(jì)算。

3.4 反插加料、拔管成樁

振動(dòng)沉管碎石樁的拔管作業(yè)與沉管灌注作業(yè)相關(guān)，其程序?yàn)椋涸徽駝?dòng)-振動(dòng)拔管-振動(dòng)反插-振動(dòng)拔管-再次灌料-第二次振動(dòng)，以此為循環(huán)周期直至設(shè)計(jì)樁標(biāo)高，完成一根樁的施工作業(yè)(反插次數(shù)及反插深度以滿足樁身設(shè)計(jì)橫截面積為控制依據(jù))。振動(dòng)器留振時(shí)間一般為10～20s，振動(dòng)器留振時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場制樁試驗(yàn)確定，拔管速度1.5～3.0m/min，拔管速度和反插根據(jù)現(xiàn)場制樁試驗(yàn)確定。

3.5 移至下根樁

完成后進(jìn)行下一根樁的施工。

3.6 碎石樁成樁質(zhì)量檢驗(yàn)

3.6.1 試驗(yàn)檢測

在碎石樁施工完成兩周后，采用重Ⅱ型動(dòng)力觸探儀測試碎石樁的密實(shí)度和均勻性，抽檢頻率2 %，N≥5次/10cm，連續(xù)灌入；樁間土(等邊三角形中心土)采用輕型觸探儀或土工試驗(yàn)方法測定，單樁承載力、復(fù)合地基承載力采用靜載試驗(yàn)。具體檢測的位置、樁數(shù)應(yīng)選擇具有代表性的部分進(jìn)行。

靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)采用壓重平臺(tái)反力梁裝置，液壓千斤頂慢速加載維持荷載法。荷載根據(jù)安裝在千斤頂上油壓壓力表讀數(shù)，按照千斤頂率定曲線進(jìn)行壓力荷載換算求取，沉降量由對(duì)稱安裝在荷載板兩側(cè)的百分表讀取。

3.6.2 工程量驗(yàn)收、計(jì)量

施工完成后，認(rèn)真核實(shí)現(xiàn)場及“碎石樁放樣圖”，對(duì)漏打樁位及對(duì)進(jìn)行補(bǔ)打。根據(jù)各工作日“記錄”結(jié)果進(jìn)行工程量匯總，并報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行簽認(rèn)。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

為有效確保碎石樁施工質(zhì)量，即樁的連續(xù)性，密實(shí)度，樁長、樁距等要求，應(yīng)抓好以下幾個(gè)方面。

4.1 原材料方面

粗骨料應(yīng)采用粒徑為2～5cm級(jí)配良好的干凈(含泥量不大于5 %)碎石。

4.2 施工方面

嚴(yán)格按試樁提供的參數(shù)及成樁步驟控制拔管高度及拔管速度，否則，易出現(xiàn)斷樁或縮頸，不能保證樁身連續(xù)性；嚴(yán)格控制碎石用量、樁長、樁距，確保按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。加強(qiáng)現(xiàn)場施工管理，派駐有責(zé)任心的工程技術(shù)人員進(jìn)行跟班作業(yè)。

4.3 質(zhì)量檢驗(yàn)

嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行成樁檢測及驗(yàn)收，抽檢必須具有代表性。

5 結(jié)束語

在公路工程建設(shè)和房屋建設(shè)中經(jīng)常會(huì)遇到類似的軟弱土地基，如何對(duì)這一類地基進(jìn)行加固利用，使其既能滿足建筑強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，又能夠縮短工期，減少投資，這是地基處治工作中非常重要的環(huán)節(jié)之一，也是確保工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵所在。