振動(dòng)沖擊碎石樁處理軟基的原理及應(yīng)用

梁思鋒

1 振沖碎石樁原理

碎石樁復(fù)合地基是用振動(dòng)或沖擊荷載將底部裝有活瓣式樁靴的樁管擠入地層，在軟弱地基中成孔后，再將碎石從樁管投料口處投入樁管內(nèi)，然后邊擊實(shí)、邊上拔樁管，形成密實(shí)碎石樁，并與樁周土體一起形成復(fù)合地基。因碎石樁具有良好的透水性，可加速地基固結(jié)，使地基承載力得到提高。

2 振沖碎石樁施工

在南疆線吐庫(kù)二線工程中，DK78+500～DK78+650處的地基為飽和軟土，淤泥深度達(dá)5 m，對(duì)路基穩(wěn)定性極為不利，決定采用振沖碎石樁技術(shù)來(lái)加固地基，提高地基承載力。施工平面布置在40 m×150 m的范圍內(nèi)，在振沖平面上鋪1 m厚的戈壁料工作面，保證吊車作業(yè)的穩(wěn)定性。地基處理深度在2.5 m～5.5 m之間，振沖碎石樁1 800根，進(jìn)尺13 216m，用料約3 200m3。本次施工的碎石樁，樁徑為50 cm，采用梅花形布置方案，相鄰樁體間距2 m。

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

熟悉施工圖紙和施工工藝，提出保證質(zhì)量的措施，放線布置樁位。

2.2 施工工藝

1)施工順序:本段振沖樁采用“由里向外”的順序施工，這種順序易擠走部分軟土，便于制樁。為減少制樁過(guò)程對(duì)樁間土的擾動(dòng)，采用隔樁的方式?jīng)_擊成樁。

2)填料方式:振沖成孔后即向樁孔內(nèi)填料制樁。一般有兩種填料方式:a.間斷填料法，將振沖器提出孔口，向孔內(nèi)倒入填料，再下振沖器振沖密實(shí)，待達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，又提出振沖器下料振密，如此反復(fù)直至制樁完畢，適合小型工程人工推車填料;b.連續(xù)填料法，振沖器不提出孔口，僅上提30 cm～50 cm，離開原已振密過(guò)的樁次，即向孔連續(xù)不斷地回填石料，直至該次樁體振沖密實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再上提30 cm～50 cm，連續(xù)填料振沖密實(shí)，重復(fù)上述步驟，自下而上逐段制樁直至孔口，適合機(jī)械化作業(yè)。

3)施工作業(yè):振沖碎石樁施工的工序可分為造孔、清孔、填料和振密及樁體頂部處理等。

4)褥墊層設(shè)置:碎石樁施工完畢后，將表層鋪設(shè)的1 m厚的戈壁料清理出去，進(jìn)行褥墊層施工。在荷載作用下墊層可以通過(guò)碎石的流動(dòng)補(bǔ)償性調(diào)整樁、土應(yīng)力分配和復(fù)合地基變形，使基礎(chǔ)—墊層—復(fù)合地基共同作用。本段設(shè)置厚度為40 cm。

2.3 施工流程

1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用75 kW振沖器及配套工具;2)根據(jù)建設(shè)單位提供的軸線，按圖紙測(cè)放樁位;3)組裝好振沖器后，接通水源、電源;4)調(diào)試設(shè)備，校核各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，以確定設(shè)備處于良好運(yùn)行狀態(tài);5)施工機(jī)具、人員就位，吊車起吊振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位;6)造孔:開動(dòng)高壓水泵沖水，啟動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，待振沖器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，使振沖器徐徐貫入土中，振沖器下降速率控制在0.5 m/min～2.0 m/min;水壓控制在0.15 MPa～0.6 MPa(硬層段采用大水壓);電流最大為150 A;7)清孔:造孔結(jié)束后，將振沖器提出孔口，再以較快速度從原孔貫入，使樁孔暢通，為了便于填料加密，可將振沖器提升2次～3次;8)填料加密:向孔內(nèi)傾倒部分石料壓底，然后用振沖器反插至設(shè)計(jì)標(biāo)高后上提30 cm～50 cm，待達(dá)到加密電流和留振時(shí)間(在穩(wěn)定密實(shí)電流下的持續(xù)時(shí)間)后，可依次向上分段加密，加密段長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，控制在30 cm～50 cm;加密電流80 A;加密水壓0.15 MPa(硬層段0.3 MPa);碎石含泥量不大于5%，粒徑30 mm～100 mm，最大粒徑不大于150 mm，無(wú)風(fēng)化，有良好級(jí)配的新鮮碎石;9)重復(fù)上一步驟，自下而上加密，直至孔口;10)關(guān)閉振沖器，關(guān)閉水泵，單根制樁結(jié)束。施工中每根樁都要做好記錄，水壓、電流、填料量等各項(xiàng)參數(shù)每2 m記錄一次。

3 復(fù)合地基沉降穩(wěn)定時(shí)間

振沖碎石樁復(fù)合地基變形的組成包括樁體自身沉降和樁間土的變形兩部分。樁體自身沉降是以樁柱體在荷載作用下的壓脹變形為主，對(duì)于樁間土的變形則是以壓縮變形為主。變形可近似由樁頂變形和樁間土表面變形構(gòu)成。施工期間車輛碾壓、樁頂碎石墊層施工的碾壓作用和后繼填土施工時(shí)的碾壓作用，以及依靠墊層的流動(dòng)補(bǔ)償性，樁頂變形和樁間土表面變形能在施工期間迅速均勻地進(jìn)行。經(jīng)測(cè)試結(jié)果表明，軟土在施工30 d后排水固結(jié)完成，強(qiáng)度得到恢復(fù)，振沖碎石樁復(fù)合地基一般在地基處理完后的30 d即可完成80%沉降，剩下20%的沉降在加載后樁間土強(qiáng)度改善過(guò)程中完成(約三個(gè)月)，半年后沉降趨于穩(wěn)定。

4 設(shè)計(jì)檢測(cè)方法

1)復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，試驗(yàn)按JGJ 79-91建筑地基處理技術(shù)規(guī)范附錄一“復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)”進(jìn)行。

2)埋設(shè)沉降觀測(cè)桿和位移觀測(cè)樁，振沖碎石樁施工完后進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)時(shí)間為一年，并根據(jù)觀測(cè)資料的分析，預(yù)測(cè)后期沉降和最終沉降。

5 試樁總結(jié)

對(duì)5根樁長(zhǎng)為3 m的試驗(yàn)樁記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，施工密實(shí)電流45 A～50 A，留振時(shí)間10 s，單樁耗碎石0.72 m3，單位填料量約0.24 m3/m，說(shuō)明施工參數(shù)與設(shè)計(jì)樁徑相匹配。最后由設(shè)計(jì)、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)、施工單位及業(yè)主共同確定按原設(shè)計(jì)參數(shù)即:密實(shí)電流45 A～50 A，留振時(shí)間10 s～15 s進(jìn)行大面積施工。

6 處理效果

6.1 施工監(jiān)測(cè)

在施工過(guò)程中，對(duì)成孔與制樁進(jìn)行全程監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)振沖三要素:密實(shí)電流、留振時(shí)間和填料量。其中填料量計(jì)算方法采用每個(gè)振密段長(zhǎng)(0.5 m)對(duì)應(yīng)的成孔電流、密實(shí)電流和施工時(shí)間(該段成孔時(shí)間與振密制樁時(shí)間)聯(lián)立方程求解所得，對(duì)比人工記錄的填料量和總體耗填料量，誤差較小。將收集的五組數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，振沖三要素基本一致(達(dá)到設(shè)計(jì)要求)，平均樁徑55 cm，場(chǎng)地整體施工狀況較為均一，處理效果良好。三要素統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 振沖三要素統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析

6.2 施工要點(diǎn)

飽和軟土地基上施工振沖碎石樁，主要難點(diǎn)是成孔質(zhì)量問(wèn)題和成樁時(shí)電流及留振時(shí)間難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這都要在施工中采取有效的工藝措施來(lái)解決，主要方法有:

1)成孔:成孔速度宜慢，振沖器在成孔過(guò)程中應(yīng)保持懸垂?fàn)顟B(tài)，保證孔壁的完整和孔的垂直度;成孔時(shí)水壓不宜小于500 kPa，水量不小于30 m3/h，保證孔內(nèi)淤泥及其團(tuán)塊返出地面，保證填料的暢順，提高施工功效，還能保證樁體的排水固結(jié)作用不因樁體含泥量大而受到影響。為進(jìn)一步保證成孔質(zhì)量，終孔后必須進(jìn)行清孔1遍～2遍。2)成樁:成樁時(shí)電流及留振時(shí)間難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主要原因是填料在飽和軟土中難以充分到達(dá)預(yù)定位置。在實(shí)際施工中，根據(jù)實(shí)際情況，有時(shí)要采用“間斷填料法”，有時(shí)要采用“連續(xù)填料法”，讓振沖器在孔內(nèi)不停地上、下串動(dòng)進(jìn)行填料、振密和留振。此法能避免飽和軟土振沖碎石樁施工常見的“卡管”和“斷樁”現(xiàn)象，保證樁體連續(xù)性和密實(shí)度。

7 檢測(cè)結(jié)果及評(píng)價(jià)

復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值采用單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，按JGJ 79-91建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，根據(jù)碎石墊層在振沖碎石樁復(fù)合地基中的作用，要求試驗(yàn)直接在碎石墊層上進(jìn)行。本工程共檢測(cè)4根樁，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果匯總表

結(jié)果表明，總沉降量小，fspk對(duì)應(yīng)的沉降量極小(平均4.82 mm)，回彈率37.5%，Q—S曲線平緩，S—lg t曲線呈平行規(guī)則排列，復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不小于50 kPa，完全符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和滿足工程要求。經(jīng)一年的沉降觀測(cè)，各觀測(cè)點(diǎn)沉降較均勻。說(shuō)明經(jīng)振沖碎石樁處理后，沉降能很快完成，總沉降量較小，且無(wú)差異沉降。

［1］ 錢 巍.振沖技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的一些問(wèn)題［J］.遼寧師專學(xué)報(bào)，2003，5(1):2.

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