機(jī)械洛陽鏟成孔灌注碎石樁施工技術(shù)淺析

□王進(jìn)軍 □陳 燕（信陽市南灣水庫管理局）

□柳 偉（河南省水利第二工程局）

飽和砂土液化是指飽水的粉細(xì)砂或輕亞粘土在地震、動(dòng)荷載或其外力作用下瞬時(shí)失掉抗剪強(qiáng)度，使砂粒處于懸浮狀態(tài)，致使地基失效的作用或現(xiàn)象。飽和砂土液化主要是在靜力或動(dòng)力作用下，砂中孔隙水壓力上升，抗剪強(qiáng)度或剪切剛度降低并趨于消失所引起的。有地震等外力作用時(shí)，飽和砂土地基承載力喪失，地面下沉甚至地表塌陷，還會造成岸坡滑移破壞。事實(shí)上，不僅僅地震會引起飽和砂土液化，爆炸、機(jī)械振動(dòng)等都可以引起砂土液化現(xiàn)象。

消除飽和砂土地震液化的方法主要有換填法、強(qiáng)夯法、重夯法、振沖法及擠密樁法等，這幾種方法中絕大多數(shù)都必須使用大型機(jī)械設(shè)備施工；而對于施工場地受限的狹窄區(qū)域、有高壓線占壓的特殊區(qū)域以及渠坡渠底樁長短空樁量大的施工部位，靈活利用結(jié)構(gòu)簡單的小型機(jī)械設(shè)備（如機(jī)械洛陽鏟等），往往能夠達(dá)到意想不到的處理效果。機(jī)械洛陽鏟灌注碎石樁加固地基，同樣有置換作用和擠密作用，能有效提高地基承載力、減少沉降，碎石樁還能起排水通道作用，有效消散震動(dòng)引起的超孔隙水壓力和加速地基土的固結(jié)，使渠基地震液化潛勢基本消除。

一、工程概況

南水北調(diào)潮河段是南水北調(diào)中線一期工程總干渠第Ⅱ渠段（沙河南～黃河南）的一部分，地域上屬于河南省鄭州市的新鄭市、中牟縣和航空港區(qū)，起于新鄭市梨園村、新密鐵路渠倒虹出口296.4m處（總干渠設(shè)計(jì)樁號SH(3)133+380.8），終點(diǎn)位于中牟縣和鄭州市交界處（總干渠設(shè)計(jì)樁號SH(3)179+227.8），與鄭州2段工程起點(diǎn)相接，該段兩次穿越京廣鐵路、石武高鐵、京港澳高速和107國道，全長45.847km。為確保工程運(yùn)行安全，潮河段基本全段進(jìn)行地基處理，其中擠密碎石樁設(shè)計(jì)處理長度為14.236km，約占處理渠段長度的35.6%。設(shè)計(jì)采用Φ600擠密碎石樁，有效樁長9～20m；碎石樁采用等邊三角形滿堂布置，樁間距2.0m,面積置換率約為8.16%，并從設(shè)計(jì)渠基外邊緣擴(kuò)大3排保護(hù)樁。處理重點(diǎn)是消除渠基和邊坡的地震液化潛勢，不作承載力要求。而對于高壓線占壓部分設(shè)計(jì)則采用振沖法碎石樁法或者換填施工。填料要求：碎石級配良好，最大粒徑≤50mm，含泥量≤5%，充盈系數(shù)≥1.2。

二、地質(zhì)條件

潮河段工程位于鄭州市，地震基本烈度為Ⅶ度，工程區(qū)分布有較大范圍的以輕粉質(zhì)壤土(alQ14)和砂壤土(alQ14)為主的地層。渠底板主要位于重砂壤土和黃土狀中壤土中，渠坡主要由細(xì)砂、重砂壤土和黃土狀中壤土構(gòu)成，而重砂壤土、細(xì)砂土質(zhì)不均，具中等～強(qiáng)透水性；渠道沿線地下水位較高，埋深在1.0～6.0m，主要賦存于砂壤土層中，臨近渠道設(shè)計(jì)水位。該地層雖地基承載力不算低，但多屬可液化土層。因此，以該地層作為南水北調(diào)總干渠或穿渠建筑物的地基，必須對其進(jìn)行消除地震液化的加固處理。南水北調(diào)中線一期工程為線性工程，沿線有很多跨渠的高壓線和光纜等，高壓線或光纜遷建后高度仍無法滿足振動(dòng)沉管法或振沖法碎石樁施工要求，而采用換填施工既破壞了渠基原土狀結(jié)構(gòu)又不經(jīng)濟(jì)。

三、機(jī)械洛陽鏟性能特點(diǎn)

（一）機(jī)械組成

機(jī)械洛陽鏟由卷揚(yáng)機(jī)、三腳架、鋼絲繩、鏟頭等部分組成。鏟頭呈圓柱體，上半部為配重，下半部為刃，由左右兩片合圍成圓筒型，利用鏟頭自重及自由下落加速度閉合抓土，提升后電控開合鏟刃，含土下落翻斗車（如圖所示）。一般由2～4人操作1臺機(jī)械洛陽鏟，即1人操縱卷揚(yáng)機(jī)，1人推小翻斗車運(yùn)土等。

機(jī)械洛陽鏟結(jié)構(gòu)示意圖

（二）性能參數(shù)

設(shè)計(jì)樁徑為600mm,一般鏟頭直徑為500～550mm（考慮擴(kuò)徑和擠密），可成孔深8～20m,卷揚(yáng)機(jī)功率一般為75kW左右，鏟頭自重1t左右，沖擊力10～15t。正常狀態(tài)下，每臺機(jī)械洛陽鏟每臺班可成孔30～40m深。

（三）適用范圍

機(jī)械洛陽鏟適用于地基土質(zhì)為粘土、粉質(zhì)粘土等直立性較好，且地下水位低于樁深的土層，但地下水位較高時(shí)可采用先降水后打樁的方式進(jìn)行。

四、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

（一）工藝流程

施工準(zhǔn)備→設(shè)備就位→挖土成孔→樁底驗(yàn)收→填料錘擊成樁→設(shè)備轉(zhuǎn)移。

（二）操作要點(diǎn)

1.施工準(zhǔn)備：在場地平整后，根據(jù)擠密碎石樁施工布點(diǎn)圖由測量隊(duì)測定樁位軸線控制網(wǎng)和地面高程，根據(jù)樁位進(jìn)行孔口定位，并撒白灰標(biāo)記。

2.設(shè)備就位：設(shè)備移動(dòng)，使自由懸吊的鏟具中心對準(zhǔn)樁孔中心，鏟頭垂直對準(zhǔn)樁位，可開孔挖土施工。

3.挖土成孔：孔口定位檢查合格后開始操作洛陽鏟，利用卷揚(yáng)機(jī)提升洛陽鏟，閉合抓土，至地面卸土，依次循環(huán)成孔。

4.樁底驗(yàn)收：成孔到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)經(jīng)過聯(lián)合驗(yàn)孔（主要檢查孔徑和孔底高程），驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行填料成樁施工。

5.填料錘擊成樁施工：從樁孔上端的投料漏斗加入級配碎石，粒徑應(yīng)在10～40mm，含泥量≤5%；碎石料應(yīng)分層填料分層夯實(shí)，每加料高70cm至少夯擊6次，再次填料夯實(shí)循環(huán)進(jìn)行直至樁頂，以達(dá)到碎石樁的擠密效果，確保成樁質(zhì)量。

6.設(shè)備轉(zhuǎn)移：成樁結(jié)束后可移動(dòng)設(shè)備到下一根樁繼續(xù)施工。

（三）技術(shù)要求

1.成樁施工間隔（跳打）進(jìn)行，并由外側(cè)向中間施工；在有建筑物鄰近施工時(shí)，背離建筑物方向進(jìn)行。

2.洛陽鏟成樁施工后，將控制點(diǎn)高程以下的松散層夯壓密實(shí)，隨后按渠道填筑要求進(jìn)行填筑。

3.施工時(shí)，樁位水平偏差≤0.3倍套管外徑；套管垂直度偏差≤1%。

五、施工質(zhì)量控制

一是在施工期間及施工結(jié)束后，檢查碎石樁的施工記錄。施工過程中檢查樁位是否偏差，錘擊次數(shù)和每次填料量是否滿足要求等；二是施工后間隔一定時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢測。對飽和粘性土地基待孔隙水壓力消散后進(jìn)行，間隔時(shí)間為28d；對粉土、少粘性土和雜填土地基，間隔時(shí)間為7d；三是質(zhì)量檢測方法：對樁間土采用標(biāo)準(zhǔn)貫入的方法進(jìn)行檢測，樁間土質(zhì)量的檢測位置在等邊三角形的中心；四是質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)：施工后的碎石樁有效樁長滿足設(shè)計(jì)要求，并且處理深度范圍內(nèi)土層處理后的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)實(shí)測值不低于地震液化的臨界標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，達(dá)到土體消除地震液化的目的；五是質(zhì)量檢查的數(shù)量：檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量不少于樁孔總數(shù)的2%，檢驗(yàn)深度不小于設(shè)計(jì)處理的深度。

六、安全保證措施

一是進(jìn)入施工現(xiàn)場必須佩戴安全帽；施工區(qū)域設(shè)立警戒標(biāo)志，嚴(yán)禁非施工人員進(jìn)入施工區(qū)域；二是操作人員崗前必須進(jìn)行安全培訓(xùn)和安全教育，機(jī)械操作工必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)；三是對機(jī)械設(shè)備的安裝、調(diào)試和轉(zhuǎn)移應(yīng)派專（兼）職安全員進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)護(hù)；四是實(shí)行班前安全檢查，發(fā)現(xiàn)設(shè)備、機(jī)具等不安全因素及時(shí)排除，嚴(yán)禁機(jī)械設(shè)備“帶病”作業(yè)，起重用鋼絲繩及繩卡必須安全可靠并及時(shí)檢查和更換；五是洛陽鏟成孔后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行成樁施工，以防塌孔，如不能及時(shí)填料成樁應(yīng)及時(shí)將孔口封堵并作警示，以防人員墜入孔中。

七、結(jié)論

潮河段地震液化地基處理大部分是靠振動(dòng)沉管樁機(jī)完成的，剩余少部分由于受高壓線高度影響、施工場地狹窄等原因，造成振動(dòng)沉管樁機(jī)無法施工，或渠底樁長普遍在1.0m左右而空樁長達(dá)10m(開挖前)，開挖后由于建基面較軟，大型設(shè)備難以進(jìn)場施工?，F(xiàn)場根據(jù)實(shí)際情況及類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，采用了結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的機(jī)械洛陽鏟成樁設(shè)備灌注碎石樁，經(jīng)過現(xiàn)場質(zhì)量檢測，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的地基處理效果；且當(dāng)施工區(qū)地下水位高于樁底高程造成成孔困難時(shí)，可采取先降低地下水位再進(jìn)行成樁施工的方式，也能保證利用洛陽鏟順利成孔和成樁。機(jī)械洛陽鏟灌注碎石樁作為其他大型碎石樁設(shè)備施工的有效補(bǔ)充，具有施工方便、靈活、經(jīng)濟(jì)、可靠的特點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用。