振沖碎石樁在穿堤河涵洞地基處理中的應(yīng)用

孫慶平

（新疆喀什農(nóng)三師勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 844000）

1 工程概況

農(nóng)三師前海總干渠上起葉爾羌河中游渠首，下至小海子水庫進(jìn)水口（麻扎），全長148.9km，是連通中游渠首和小海子應(yīng)急調(diào)水渠的關(guān)鍵性骨干工程，也是貫穿農(nóng)三師小海子墾區(qū)和前進(jìn)墾區(qū)的生命線工程。前海總干渠設(shè)計(jì)流量 70m3/s，加大流量 80m3/s，渠底寬 25m，內(nèi)坡 1∶2，設(shè)計(jì)水深2.28m，渠道屬3級(jí)工程，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。

前?？偢汕?6+470處與提孜那甫河相交，該處河道底高程1188.7m，高于前海總干設(shè)計(jì)水位1.3m，該處規(guī)劃的河道過流量142m3/s，上口寬157m。前?？偢稍谠撎幍脑O(shè)計(jì)流量為70m3/s，設(shè)計(jì)水位1187.4m，低于河底1.3m，擬建涵洞為4孔，長190m，每孔斷面為4m×2.5m。

2 工程地質(zhì)條件

工程所在區(qū)地貌單元主要屬葉爾羌河中下游沖積平原，為第四系松散沉積物，河道兩岸地勢平緩、河谷寬淺，根據(jù)鉆孔揭露，擬建建筑物場地地下水位埋深為地面以下5.0m。地層巖性分為兩層：第一層為低液限粉土，厚度5.0m，壓縮系數(shù) a1-2=0.39MPa-1，壓縮模量 Es=6.88MPa，地基承載力特征值建議采用fak=80kPa；第二層為含細(xì)粒土砂，未鉆穿，內(nèi)摩擦角為29.0°，地基承載力特征值建議采用fak=90kPa，該場地飽和無粘性土和少粘性土為液化土，液化深度為自然地面以下3～10.0m。為消除液化，提高天然地基承載力，經(jīng)設(shè)計(jì)方同意采用振動(dòng)振沖碎石樁進(jìn)行地基處理。

3 振沖碎石樁布置

3.1 采用振沖碎石樁的目的

振沖碎石樁是一種施工方便、價(jià)格相對較低、能有效提高地基承載力、消除液化并在工程中廣泛得到應(yīng)用的一種軟基處理方法。通過振沖碎石樁加固地基，形成復(fù)合地基，以提高地基的承載力、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少地基沉降，消除地基液化，以達(dá)到和滿足工程的設(shè)計(jì)要求。

3.2 振沖碎石樁的布置

a.碎石樁規(guī)格和材質(zhì)。采用55kW的振沖器，振沖碎石樁樁徑800mm，間距1.5m，正三角形布置，有效樁長7.5m。材料為粒徑30～100mm的碎石，不得使用風(fēng)化易碎的石料。

b.承載力要求。為消除地基土液化，并提高復(fù)合地基承載力，fak值要求大于等于130kPa。

c.樁數(shù)分布?？倶稊?shù)1700根，基礎(chǔ)外緣外擴(kuò)3排樁。

4 施工工藝

振沖碎石樁必須嚴(yán)格按照施工操作規(guī)程及施工的先后程序進(jìn)行施工，才能達(dá)到成樁的目的。其施工程序?yàn)椋菏┕で暗臏?zhǔn)備工作→測量放線定樁位→振沖器就位→對樁位→成孔→填料震沖→成樁→檢驗(yàn)。

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

首先施工人員熟悉施工圖及各種資料，詳細(xì)了解和掌握施工圖內(nèi)容，設(shè)計(jì)意圖，做好圖紙會(huì)審、技術(shù)交底工作。根據(jù)施工圖內(nèi)容計(jì)算出施工期內(nèi)應(yīng)配置的機(jī)械設(shè)備，所需的施工人員，工地用水、用電和材料數(shù)量等。搭好臨時(shí)設(shè)施，并確定好施工方案，繪制施工平面圖。做好場地表面處理，以便機(jī)械行駛。

4.2 測量放線定樁位

根據(jù)樁位圖用水平儀找平放線，并用小木樁和鋼筋頭固定好樁的位置，然后進(jìn)行校核。在基礎(chǔ)四周原有建筑物上留設(shè)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，便于復(fù)核和后續(xù)工作測量放線。

4.3 機(jī)具選用及就位

根據(jù)工程內(nèi)容和現(xiàn)場情況選用機(jī)械。包括振沖器（ECQ—30）、汽車吊（或履帶吊）及其他配套機(jī)具。

振沖法施工除振沖器外，尚需行走式起吊裝置、泵送給水系統(tǒng)、電氣控制臺(tái)等配套設(shè)備。

上述工作就緒后，機(jī)具就位。同時(shí)安裝電流控制箱及操作臺(tái)接通高壓水泵及壓力管。檢查機(jī)具、水壓、電壓是否符合施工要求，再進(jìn)行空載試驗(yàn)，開機(jī)前應(yīng)先啟動(dòng)水泵電機(jī)，然后再開振沖器電機(jī)，當(dāng)振沖器電機(jī)運(yùn)行指示燈亮后，方可進(jìn)行工作。

4.4 對樁位

首先將振沖器對準(zhǔn)樁位，要求振沖器垂直落下，不可出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，否則會(huì)偏位和損壞方向節(jié)。對好樁位后再次開動(dòng)水源、電源，檢查它們是否正常（ECQ—30振沖器的額定電流為60A，空載電流為25A）。

4.5 振沖成孔

一切準(zhǔn)備完成后，開動(dòng)振沖器同時(shí)啟動(dòng)吊車，使振沖器下降，振沖器開孔后，在孔口附近應(yīng)擴(kuò)孔。振沖器下降成孔過程應(yīng)有必要的停留振擠固壁的步驟，同時(shí)在施工中一定要控制好下降速度，一般控制在1～2m/min左右。成孔水壓要保持在60N/cm2以上，工作時(shí)可根據(jù)要求減小水量，但不得停水，以防泥砂倒灌入水管，然而在接近孔底標(biāo)高時(shí)水壓適當(dāng)減小。每貫入1m，振沖器要提起懸留振沖5～8s，待泥漿溢出時(shí)再繼續(xù)貫入。泥漿溢出孔口流入泥漿池內(nèi)，用專用運(yùn)輸車及時(shí)運(yùn)走，當(dāng)振沖至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高以上30cm時(shí)，將振沖器提到孔口，提升速度2～3m/min，再往下沉至孔底，重復(fù) 1～2次，既起至清孔的作用又達(dá)到擴(kuò)孔的目的。

4.6 填料振沖成樁

成孔清孔后，用人工手推車將碎石倒入孔內(nèi)，放下振沖器進(jìn)行振沖擠壓，在填料過程中做到“連續(xù)填料，多填慢振”，經(jīng)過反復(fù)地填料及振沖，使得碎石擠壓密實(shí)成樁。

在填料振沖時(shí)，密實(shí)電流應(yīng)達(dá)到50～60A，水壓也應(yīng)達(dá)到60～80N/cm2，留振時(shí)間應(yīng)大于30s。當(dāng)振沖器工作時(shí)，振沖器電機(jī)的電流超過規(guī)定值時(shí)（50～60A），能自動(dòng)報(bào)警——電鈴發(fā)出音響，此時(shí)提醒操作者應(yīng)將振沖器向上提起。振實(shí)質(zhì)量由密實(shí)電流控制。

5 質(zhì)量控制

抓好一個(gè)控制，一個(gè)管理：施工質(zhì)量的控制，施工進(jìn)度的控制，加強(qiáng)現(xiàn)場施工管理。

振沖碎石樁的質(zhì)量最主要應(yīng)以樁體充分密實(shí)為原則，它與成孔的進(jìn)度、填料量、留振時(shí)間密切相關(guān)，只有在一定填料量的情況下，才能達(dá)到一定的密實(shí)電流。也需要一定的留振時(shí)間，才能把填料振沖成樁。

要嚴(yán)格把好材料質(zhì)量關(guān)，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選擇碎石粒徑，一般選2～4cm的碎石，并且要級(jí)配適中，最大不得超過5cm，因?yàn)榱酱蟛灰渍駥?shí)，同時(shí)對機(jī)具不利。碎石含泥量不得超過10%。另外，對每根樁的填料量也要進(jìn)行認(rèn)真的核實(shí)和控制。

在施工中應(yīng)注意：在成孔時(shí)因出現(xiàn)振沖器受到阻礙，電流值會(huì)突然上升，現(xiàn)場警鈴不斷發(fā)出響聲。遇到這種情況，不要誤認(rèn)為是正確的，應(yīng)認(rèn)真分析原因，查明原因后采取相應(yīng)措施，同時(shí)反復(fù)振沖幾次，直到電流表上電流值趨于穩(wěn)定為止，然后方可繼續(xù)施工。

6 注意事項(xiàng)

a.振沖器在土層深處不得斷電停振。因此施工前要了解供電情況，必要時(shí)可自備發(fā)電機(jī)。

b.成孔困難，振沖器不易沉入。主要是水壓不夠，應(yīng)加大水壓。上層較硬時(shí)水壓應(yīng)增大，下降速度應(yīng)更慢，水壓要保持60～80N/cm2，在現(xiàn)場管路上應(yīng)裝閥門以調(diào)節(jié)水壓水量。

c.密實(shí)電流長期達(dá)不到。通常采取的措施是減小水壓，適當(dāng)增加每次的填料量。反復(fù)振沖幾次，使其符合密實(shí)電流值。

d.施工現(xiàn)場四周如有其他原有建筑物，施工時(shí)應(yīng)注意原有建筑物是否出現(xiàn)裂縫或沉陷情況。

7 復(fù)合地基質(zhì)量檢測

此次檢測采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，壓板下鋪中粗砂找平（厚度50～150mm）。最大加荷至280kPa，每級(jí)加載值為預(yù)估極限荷載的1/10，荷載分級(jí)見表1、表2。

每加一級(jí)荷載的前后應(yīng)分別測記1次壓板下沉量，以后每0.5h測記1次，當(dāng)連續(xù)2h內(nèi)，每1h小于0.1mm時(shí)，認(rèn)為壓板下沉量已趨穩(wěn)定，即加下一級(jí)荷載。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加載：

a.壓板周圍的土，出現(xiàn)明顯的側(cè)向擠出。

b.沉降s急劇增大、壓力—沉降（p-s）曲線出現(xiàn)陡降段。

c.在某一級(jí)荷載下，24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

d.累計(jì)沉降量已大于壓板直徑的6%（63.00mm）。

e.當(dāng)達(dá)不到極限荷載，而已達(dá)到方案設(shè)計(jì)最大加載壓力。

表1 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)加荷級(jí)率（一）

表2 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)加荷級(jí)率（二）

荷載可分為3～4級(jí)，每卸一級(jí)荷載測計(jì)回彈量，直至變形穩(wěn)定。

根據(jù)試驗(yàn)記錄，分別繪制p（荷載）-s（沉降）曲線（見圖1）及s（沉降）-lgt（時(shí)間）曲線（見圖2）。p（荷載）-s（沉降）曲線反映了不同荷載作用下沉降量的變化趨勢；s（沉降）-lgt（時(shí)間）曲線反映了在相同時(shí)間段不同荷載作用下的沉降情況。

圖1 p-s曲線

圖2 s-lgt曲線

復(fù)合地基承載力特征值的確定方法如下：

例如S1點(diǎn)試驗(yàn)最終加載至280kPa，累計(jì)壓板沉降量31.47mm，卸載后殘余沉降16.91mm。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79—2002）附錄A.0.9，當(dāng)壓力—沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)可按相對變形值確定復(fù)合地基承載力；對振沖樁復(fù)合地基，以粉土或砂土為主的地基可取s/b（s為相對變形值，mm；b為承壓板寬度，mm）=0.01所對應(yīng)的壓力；按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的一半。b取值為1000mm，則s=0.01b=10mm。從圖1可以看出該曲線呈圓滑形，特征點(diǎn)不明顯，無明顯陡降段。按相對變形s=10mm從圖1中找出的對應(yīng)復(fù)合地基承載力特征值為175kPa，規(guī)范規(guī)定，按相對變形確定地基承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的1/2，因此取最大加載值的1/2，即140kPa作為該點(diǎn)的復(fù)合地基承載力特征值。各點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79—2002）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（S1、S2、S3）的復(fù)合地基承載力特征值平均為140kPa，極差為0，可將平均值140kPa作為復(fù)合地基承載力特征值。另外3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（S4、S5、S6）的復(fù)合地基承載力特征值平均為130kPa，極差為0，可將平均值130kPa作為復(fù)合地基承載力特征值。均滿足設(shè)計(jì)要求。