淺析振沖碎石樁在水利工程中的應(yīng)用

□韋 曄（肇慶西江水電監(jiān)理有限公司）

淺析振沖碎石樁在水利工程中的應(yīng)用

□韋 曄（肇慶西江水電監(jiān)理有限公司）

水利工程的建設(shè)，不僅防止了洪澇災(zāi)害的發(fā)生，還對(duì)水量進(jìn)行了調(diào)節(jié)和分配，滿(mǎn)足了人們?cè)谏a(chǎn)和生活中對(duì)水資源的需要。然而由于水利工程的基礎(chǔ)往往是軟土地基，且地質(zhì)條件復(fù)雜，這就對(duì)當(dāng)前水利工程基礎(chǔ)的穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。文章結(jié)合珠江堤岸防護(hù)工程軟土地基處理實(shí)例，對(duì)振沖碎石樁的施工原理、施工工藝、施工質(zhì)量控制和質(zhì)量檢驗(yàn)等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和探討。

振沖碎石樁；水利工程；應(yīng)用

振沖碎石樁是常見(jiàn)的軟土地基處理技術(shù)之一，在我國(guó)道路、水利、橋梁、建筑等各個(gè)領(lǐng)域地基處理中都得到了廣泛應(yīng)用。振沖碎石樁具有投資少，施工簡(jiǎn)便、快速的特點(diǎn)，并通過(guò)充分利用天然土體在軟土地基構(gòu)筑的樁體形成復(fù)合地基，以達(dá)到提高地基承載能力、增強(qiáng)穩(wěn)定性和減少不均勻沉降的目的。

1.工程實(shí)例

1.1 工程概況

防護(hù)工程位于珠江前航道左岸，是廣州市珠江堤防建設(shè)工程的組成部分，全長(zhǎng)約6.3km。該段現(xiàn)有堤岸防洪標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇至10年一遇，除專(zhuān)用碼頭為樁基或重力式沉箱結(jié)構(gòu)外，其余為漿砌石堤，本次工程的任務(wù)是將該段堤岸防洪標(biāo)準(zhǔn)提高至200年一遇。

1.2 自然氣候

珠江是我國(guó)南方的一條大河，橫貫華南大地，是我國(guó)七大江河之一，它橫跨了云南、貴州、廣西、廣東、湖南、江西、福建、海南等8?。ㄗ灾螀^(qū)），總面積為79.63萬(wàn)km2。工程所處區(qū)域?qū)儆跐駸岫嘤甑臒釒?、亞熱帶氣候，氣候溫和多雨。四季的特點(diǎn)是：春季陰雨連綿，雨日特多；夏季高溫濕熱，暴雨集中；秋季臺(tái)風(fēng)入侵頻繁；冬季很少?lài)?yán)寒，雨量稀少。年平均溫度14～22℃，多年平均降雨量1200～2200mm。

2.主要施工機(jī)械設(shè)備和施工原理

2.1 施工機(jī)械設(shè)備

振沖碎石樁施工主要設(shè)備有起吊機(jī)械、填料機(jī)械、振沖器、供水系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和排污系統(tǒng)等。因垂直振動(dòng)加密土體的效果遠(yuǎn)小于水平振動(dòng)的效果，大約相差了4～5倍，因此施工過(guò)程中大多數(shù)振沖器都使用的是水平振動(dòng)。

供水系統(tǒng)是施工中的主要設(shè)備體系之一，有一級(jí)供水系統(tǒng)和二級(jí)供水系統(tǒng)兩種，一級(jí)供水系統(tǒng)指從水源到施工的用水箱之間，使用潛水泵；二級(jí)供水系統(tǒng)則是指從水源到施工振沖器之間，采用多段清水泵。在實(shí)際振沖作業(yè)時(shí)，需要大量的水沖，并且水壓要求較高，所以通常在振沖施工過(guò)程中使用二級(jí)供水系統(tǒng)。

2.2 施工原理

振沖碎石樁是目前在國(guó)內(nèi)較為普及的處理軟土地基的實(shí)用技術(shù)。它的施工原理是在地基土體中，使用振沖器進(jìn)行成孔，并進(jìn)行振密填料的置換，從而形成碎石樁體，與原有地基土構(gòu)成復(fù)合地基，加速了土層的固結(jié)和極大改善了土體的排水性能，在增強(qiáng)地基穩(wěn)定性的同時(shí)，也減少了不均勻沉降。振沖碎石樁可以歸結(jié)為擠密、排水、置換、墊層和加緊這幾種作用。

3.振沖碎石樁施工工藝

3.1 施工順序

振沖碎石樁的施工順序通常有“由一邊到另一邊”或者“由里到外”這兩種，都有利于擠走部分軟土，以方便制樁。在一些強(qiáng)度偏低的軟土地基中施工時(shí)，為避免出現(xiàn)制樁時(shí)出現(xiàn)樁間土的變動(dòng)，宜使用間隔振沖的方法進(jìn)行施工。

3.2 填料的方式

振沖碎石樁成孔后，需向樁孔內(nèi)填入石料進(jìn)行制樁，通常有連續(xù)填料和間斷填料這兩種方式。連續(xù)填料時(shí)，振沖器不需要提出孔口，僅需要往上提出30～50cm，當(dāng)離開(kāi)已經(jīng)振搗密實(shí)的樁段時(shí)，隨即向孔內(nèi)連續(xù)的回填入石料，直到振沖密實(shí)并符合設(shè)計(jì)要求后，再向上提出30～50cm，重復(fù)以上步驟，從下到上逐漸制樁到達(dá)孔口位置。間斷填料是指將振沖器提出孔口，并向孔內(nèi)回填0.15～0.5m3的碎石，再進(jìn)行振沖密實(shí)，等符合設(shè)計(jì)要求以后，再提出振沖器進(jìn)行回填和振沖密實(shí)，重復(fù)上述過(guò)程直到制樁完成。

3.3 施工工藝中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)

第一，試樁。在施工前，應(yīng)先選定具體的施工技術(shù)參數(shù)，同時(shí)通過(guò)對(duì)造孔電流和水壓的調(diào)試，盡可能的確定科學(xué)合理的施工技術(shù)參數(shù)，以確保振沖碎石樁的成樁質(zhì)量。第二，布設(shè)樁位。按照設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的放線(xiàn)布樁，主要軸線(xiàn)應(yīng)先進(jìn)行放線(xiàn)定位，再根據(jù)主要軸線(xiàn)進(jìn)行布樁，并通過(guò)鐵釬或者是小木樁進(jìn)行樁位的復(fù)核，保證樁位的偏差不應(yīng)>3cm。同時(shí)，需將現(xiàn)場(chǎng)的樁位進(jìn)行標(biāo)示，在施工中應(yīng)對(duì)號(hào)入座，防止出現(xiàn)重打和漏打的現(xiàn)象。第三，成孔。當(dāng)振動(dòng)器啟動(dòng)后會(huì)產(chǎn)生出高頻的振動(dòng)，先開(kāi)啟高壓水泵，振動(dòng)器的末端出水口噴水后，將高速水流沖擊孔底，然后使用振動(dòng)器以0.5～2m/min的速度貫入地層，并保持垂直，直至到達(dá)設(shè)計(jì)深度為止。第四，清孔。清孔的目的是為了減小樁體的含泥量，并保證填料的暢通。當(dāng)成孔符合設(shè)計(jì)要求后，用振動(dòng)器端口噴出水流對(duì)孔內(nèi)的泥漿進(jìn)行清洗，并將振動(dòng)器留在孔底進(jìn)行適當(dāng)振動(dòng)，使孔內(nèi)的泥漿變稀，重復(fù)升降操作幾次，直到流出清水為止。在清孔時(shí)還應(yīng)注意適當(dāng)增大水量，并降低水壓。第五，填料振密。如使用連續(xù)填料法進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)將振動(dòng)器停留在設(shè)計(jì)深度上方30～50cm處，并不斷的向孔內(nèi)填料，在整個(gè)制樁的過(guò)程中，石料都應(yīng)處于滿(mǎn)孔的狀態(tài)；如果使用是間斷填料的方法，則應(yīng)先將振動(dòng)器提出孔口，當(dāng)每次向孔內(nèi)填入0.15～0.5m3石料時(shí)，都應(yīng)使用振動(dòng)器下降到填料中進(jìn)行振搗，反復(fù)施工，直到樁體完成為止。當(dāng)振動(dòng)器的電流到達(dá)規(guī)定電流，在原位置留振超過(guò)10s，且電流值不下降，則表示此振動(dòng)點(diǎn)處的樁體已經(jīng)達(dá)到了振密的要求，此時(shí)的電流值即為密實(shí)電流；如果電流還沒(méi)有達(dá)到密實(shí)電流，則還需向孔內(nèi)再填入一批石料，繼續(xù)振密，直到電流達(dá)到密實(shí)電流為止。具體的施工工藝流程見(jiàn)下圖1。

第六，鋪設(shè)碎石墊層。當(dāng)振動(dòng)碎石樁施工結(jié)束后，應(yīng)在樁頂處鋪設(shè)約30cm厚度的碎石墊層，并使用振動(dòng)壓路機(jī)重復(fù)碾壓至少兩遍。

圖1 工藝流程圖

4.振沖碎石樁施工質(zhì)量控制

4.1 嚴(yán)格控制施工過(guò)程中的水壓和水量。水壓應(yīng)視施工土質(zhì)決定，對(duì)強(qiáng)度偏高的土體，水壓可適當(dāng)增大，對(duì)強(qiáng)度偏低的軟體，水壓可稍小一些；水量應(yīng)充足，使孔內(nèi)充滿(mǎn)水，并注意防止塌孔，保證制樁工作的順利；成孔過(guò)程中的水量和水壓都應(yīng)盡量調(diào)大，當(dāng)接近設(shè)計(jì)加固深度時(shí)，再降低水壓；加料振密過(guò)程中的水量和水壓都應(yīng)盡量減小。

4.2 施工所需電壓通常為380±20V，應(yīng)保持穩(wěn)定，并嚴(yán)禁在超過(guò)額定電流的情況下進(jìn)行作業(yè)。振沖器在固定深度位置的留振時(shí)間應(yīng)在10～20s之間。

4.3 填料過(guò)程中應(yīng)注意回填石料不宜過(guò)猛，并注意勤加料，保證每批石料量的控制。施工中，在每段樁體均應(yīng)滿(mǎn)足留振時(shí)間、密實(shí)電流和填料量這3方面的規(guī)定，并盡量防止斷樁和縮徑的現(xiàn)象。

4.4 振沖碎石樁施工中的質(zhì)量控制還應(yīng)注意樁距、樁徑、樁長(zhǎng)、豎直度、灌碎石量等方面，具體的允許偏差和檢查方法見(jiàn)表1。

表1 振沖碎石樁施工質(zhì)量要求表

5.振沖碎石樁的質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)飽和粘性土的質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)等孔隙水壓力消散后再進(jìn)行，間隔時(shí)間應(yīng)不低于1～2周，其他土體可在施工3～5d以后進(jìn)行。

碎石樁的施工質(zhì)量檢驗(yàn)采用單樁荷載試驗(yàn)，檢驗(yàn)的數(shù)量通常為樁數(shù)的0.5%，且不能少于2根。對(duì)樁體采用動(dòng)力觸探或者是靜力觸探的方法進(jìn)行隨機(jī)檢驗(yàn)。對(duì)樁間土可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、動(dòng)力觸探或者靜力觸探等方法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的數(shù)量不能少于孔樁總數(shù)的2%，需符合設(shè)計(jì)的要求。

6.總結(jié)

由于振沖碎石樁技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、加固速度快、投資少等方面的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)水利工程中得到了廣泛使用。本文結(jié)合珠江堤岸防護(hù)工程軟土地基處理實(shí)例，探討和分析了相關(guān)施工技術(shù)手段和應(yīng)用，希望對(duì)以后振沖碎石樁在水利工程中的實(shí)際應(yīng)用能有所幫助與借鑒。

[1]李琦瑛.振沖碎石樁工程施工[J].山西建筑，2012（5）.

[2]袁利平，宋延勇.振沖碎石樁地基處理在實(shí)際工程中的運(yùn)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2011（12）.

[3]何廣訥，孫國(guó)維，劉瑩瑩.振沖碎石樁處理近岸工程軟土地基開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].地基處理，2011（4）.收稿日期：2012-05-25

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