振沖碎石樁施工在多倫煤化工程地基處理中的應(yīng)用

李偉良

（黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080）

振沖碎石樁施工在多倫煤化工程地基處理中的應(yīng)用

李偉良

（黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080）

振沖碎石樁是利用在地基中就地振制的碎石快速加固松軟地基的方法。近幾年來(lái)在高層建筑地基的加固及處理中也得到了廣泛地應(yīng)用。它具有技術(shù)可靠、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作技術(shù)易于掌握、施工簡(jiǎn)便快速、工期短、既不用水泥，又不用鋼材，加固后地基承載力有顯著提高等優(yōu)點(diǎn)。適用于中、粗砂和部分細(xì)砂或粉砂土地基。

振沖碎石樁；地基處理；壓縮模量；變形模量；圓直徑；單樁靜載荷

1 地基處理方案

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘，初步確定選用振沖碎石樁工藝對(duì)該工程進(jìn)行地基處理。

2 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 處理范圍

翻車機(jī)室室外設(shè)備基礎(chǔ)，及翻車機(jī)室室外采用級(jí)配砂石回填處理的全部區(qū)域。

2.2 振沖碎石樁樁徑

直徑1000mm。

2.3 布樁方式

正三角形布樁（距離翻車機(jī)室兩側(cè)4m以外布樁，主要考慮施工時(shí)振動(dòng)對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)的影響，可由設(shè)備基礎(chǔ)處向周圍布樁）。

2.4 樁間距

樁間距1800mm。

2.5 樁長(zhǎng)

樁長(zhǎng)12m（樁端穿過(guò)級(jí)配砂石層，以③層粉質(zhì)黏土層為樁端持力層）。

2.6 碎石要求

粒徑20～150mm，含泥量≤5%的碎石。

2.7 墊層要求

碎石樁施工完畢后，需要在碎石樁頂部鋪設(shè)300mm厚級(jí)配碎石墊層，壓實(shí)系數(shù)≥0.95。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 復(fù)合地基承載力特征值的確定

因本工程沒(méi)有進(jìn)行振沖碎石樁的試驗(yàn)性施工，因此沒(méi)有單樁靜載荷試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，根據(jù)《多倫煤化工翻車機(jī)房鐵軌巖土工程勘察報(bào)告》（詳細(xì)勘察）中判定本工程重要性等級(jí)為三級(jí)，而對(duì)于3級(jí)及3級(jí)以下的建（構(gòu)）筑物，當(dāng)無(wú)載荷試驗(yàn)資料時(shí)可按下式計(jì)算確定：

式中：fs，k為樁間土承載力特征值，kPa，對(duì)于非可加密土，取其天然地基承載力特征值；對(duì)于可加密土，取其加密后的地基承載力特征值；m為面積置換率；n為樁土應(yīng)力比，無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)取2～4，樁間土強(qiáng)度低時(shí)取大值、高時(shí)取小值。

在本工程中待處理的級(jí)配砂石區(qū)域?yàn)榭杉用芡?，但本著工程安全性考慮，取其天然地基承載力特征值（即振沖碎石樁處理前的承載力特征值），依據(jù)《大唐多倫年產(chǎn)46萬(wàn)t煤基烯烴項(xiàng)目／預(yù)干燥及固體儲(chǔ)運(yùn)裝置巖土工程勘察報(bào)告》和《多倫煤化工翻車機(jī)房鐵軌巖土工程勘察報(bào)告》（詳細(xì)勘察），經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘及經(jīng)驗(yàn)確定，樁間土承載力特征值取②層粉細(xì)砂承載力特征值120kPa。即在本次地基處理設(shè)計(jì)計(jì)算中，樁間土天然地基承載力特征值fs，k＝120kPa。

式中：m＝0.28；d為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均樁徑，m；本工程中d＝1m；de為單樁等效影響圓直徑，m。本工程de＝1.05×1.8＝1.89m；等邊三角形布樁de＝1.05S；S為樁間距，m；本工程中S＝1.8m。

n為樁土應(yīng)力比，本工程中樁間土強(qiáng)度較高，取2.5（經(jīng)驗(yàn)取值）。

根據(jù)上述數(shù)值可計(jì)算

fsp，k＝170.4KPa

可以滿足設(shè)計(jì)要求處理后的復(fù)合地基承載力特征值≥160KPa的需要。

3.2 復(fù)合地基變形計(jì)算

復(fù)合土體的壓縮模量和變形模量可按下列方法確定。

3.2.1 復(fù)合土體的壓縮模量

式中：Esp為復(fù)合土體的壓縮模量，MPa；Es為樁間土壓縮模量，MPa；非可加密土取其天然土的壓縮模量，可加密土應(yīng)取其加密后的壓縮模量。

本工程中現(xiàn)有資料中《多倫煤化工翻車機(jī)房鐵軌巖土工程勘察報(bào)告》（詳細(xì)勘察）沒(méi)有提供本次工程擬處理土層的室內(nèi)試驗(yàn)的壓縮模量值，無(wú)法計(jì)算復(fù)合土體的壓縮模量。

3.2.2 復(fù)合土體的變形模量

因現(xiàn)場(chǎng)只做了樁間土載荷試驗(yàn)時(shí)，因此可按照下式計(jì)算確定：

式中：Eop為復(fù)合土體的變形模量，MPa；Eo為樁間土的變形模量，MPa。本工程中取《多倫煤化工項(xiàng)目1＃、2＃新風(fēng)機(jī)房、排氣風(fēng)機(jī)房平板載荷試驗(yàn)報(bào)告》中六個(gè)點(diǎn)的算術(shù)平均值，即Eo＝10.05MPa。

根據(jù)上述公式及數(shù)值可求得：

Eop＝14.271MPa。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2002）的有關(guān)規(guī)定因現(xiàn)有資料沒(méi)有提供上部荷載等相關(guān)數(shù)據(jù)，故無(wú)法進(jìn)行復(fù)合地基變形計(jì)算，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位根據(jù)相關(guān)資料做復(fù)合地基變形計(jì)算。

3.3 復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)按下式進(jìn)行埋深修正

計(jì)算公式為：

式中：fa為修正后的復(fù)合地基承載力特征值，kPa；fsp，k為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；ηd為基礎(chǔ)埋深的地基承載力修正系數(shù)，根據(jù)基底土類別按下列經(jīng)驗(yàn)值確定，本工程基底土為粉土：ηd＝1.5；γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度，kN／m3；本工程中勘察單位沒(méi)有提此參數(shù)；d為基礎(chǔ)埋深，m，在填方整平地區(qū)，可自填土地面標(biāo)高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時(shí)，應(yīng)從天然地面標(biāo)高算起。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)查勘，翻車機(jī)室室外設(shè)備基礎(chǔ)埋深＞0.5m，具體數(shù)值以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)值為準(zhǔn)。

因勘察單位沒(méi)有提供γm，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算修正后的復(fù)合地基承載力特征值，但根據(jù)d＞0.5，可以推算，埋深修正后的特征值fa＞fspk（170.4KPa）；即振沖碎石處理后的復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計(jì)要求。

4 振沖樁施工

4.1 施工工序

施工工序?yàn)椋?/p>

1）清理場(chǎng)地，接通電源、水源。

2）施工機(jī)具就位，起吊振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位。

3）造孔。

a）振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位，先開(kāi)啟壓力水泵，振沖器末端出水口噴水后，再啟動(dòng)振沖器，待振沖器運(yùn)行正常開(kāi)始造孔，使振沖器徐徐貫入土中，直至設(shè)計(jì)深度；

b）造孔方法選用排孔法。造孔過(guò)程中振沖器應(yīng)處于懸垂?fàn)顟B(tài)。振沖器與導(dǎo)管之間有橡膠減震器聯(lián)結(jié)，因此導(dǎo)管有稍微偏斜是允許的，但偏斜不能過(guò)大，防止振沖器偏離貫入方向；

c）造孔速度和能力取決于地基土質(zhì)和振沖器類型及水沖壓力等，針對(duì)該工程實(shí)際情況，成孔速度控制在0.5～1.5m／min。

4）清孔：造孔時(shí)返出的泥漿稠或孔中有狹窄或縮孔地段應(yīng)進(jìn)行清孔。清孔可將振沖器提出孔口或在需要擴(kuò)孔地段上下提拉振沖器，使孔口返出泥漿變稀，保證振沖孔順直通暢以利填料沉落［1］。

5）填料加密：采用強(qiáng)迫填料制樁工藝。制樁時(shí)應(yīng)連續(xù)施工，不得中途停止，以免影響制樁質(zhì)量。加密從孔底開(kāi)始，逐段向上，中間不得漏振。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的加密電流和留振時(shí)間后，將振沖器上提繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)段加密，每段加密長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求≤500mm（具體加密長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)性施工確定）［2］。

6）重復(fù)上一步驟工作，自下而上，直至加密到設(shè)計(jì)要求樁頂標(biāo)高。

7）關(guān)閉振沖器，關(guān)水，制樁結(jié)束。

4.2 振沖樁施工控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求

4.2.1 制樁施工參數(shù)

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)確定試驗(yàn)性施工參數(shù)見(jiàn)表1，然后根據(jù)試樁實(shí)際情況做適當(dāng)調(diào)整確定。

表1 振沖樁施工參數(shù)

4.2.2 造孔和清孔規(guī)定

具體有以下6點(diǎn)規(guī)定：

1）振沖器噴水中心與樁位中心偏差不得 ＞50mm。

2）造孔中心與設(shè)計(jì)定位中心偏差不得 ＞100mm。

3）完成樁的中心應(yīng)在設(shè)計(jì)位置0.2d以內(nèi)（d為樁徑）。

4）造孔深度與設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高允許偏差 ±300mm。

5）成孔過(guò)程中要記錄不少于1－2次／米的數(shù)據(jù)，主要包括：水壓，水量，時(shí)間，電流強(qiáng)度，直至貫入到施工圖紙規(guī)定的完孔深度。

6）完孔后應(yīng)清孔1～2遍。

4.2.3 填料和振密

1）采用連續(xù)填料時(shí)，應(yīng)將振沖器留在孔內(nèi)連續(xù)向孔內(nèi)填料。

2）采用間斷填料時(shí)，應(yīng)將振沖器提出孔口，填料倒入孔內(nèi)高1.0m時(shí)，再將振沖器貫入填料。

3）采用強(qiáng)迫填料時(shí)，應(yīng)利用振沖器的自重和振動(dòng)力將孔上部填料送到孔的下部，根據(jù)我公司的施工經(jīng)驗(yàn)，本工程擬采用強(qiáng)迫填料［3］。

4）填料的加密應(yīng)符合下列要求：

a）加密電流、留振時(shí)間、加密段長(zhǎng)及填料數(shù)量，應(yīng)符合試樁選定的上述參數(shù)；

b）應(yīng)用電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)控制加密電流和留振時(shí)間；

c）加密必須從孔底開(kāi)始，逐段向上，中間不得漏振。

5）成樁過(guò)程中每個(gè)樁0.5～1m記錄一次數(shù)據(jù)，例如樁體加密電流強(qiáng)度，留振時(shí)間，水壓，填料量。

6）制樁完成后的樁頂中心與設(shè)計(jì)定位中心偏差不得大于樁直徑的0.2倍。

7）施工時(shí)應(yīng)由專人負(fù)責(zé)查對(duì)孔號(hào)，按記錄表詳細(xì)記錄，每班的成孔電流、振密電壓、水壓、時(shí)間等要詳細(xì)、如實(shí)、準(zhǔn)確、整潔填寫。

4.3 質(zhì)量控制

具體有以下8點(diǎn)規(guī)定：1）施工應(yīng)進(jìn)行施工質(zhì)量控制與監(jiān)測(cè)，做好各項(xiàng)施工記錄。當(dāng)處理效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)會(huì)同設(shè)計(jì)單位及有關(guān)部門研究解決。

2）加密電流和留振時(shí)間應(yīng)采用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，并及時(shí)檢查其準(zhǔn)確性。

3）振沖器的導(dǎo)管應(yīng)有明顯的深度標(biāo)志。

4）樁位標(biāo)識(shí)應(yīng)明顯牢固，在施工中應(yīng)注意復(fù)核，保證其準(zhǔn)確度。

5）填料應(yīng)經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)方可使用，填料的粒徑、含泥量及強(qiáng)度等指標(biāo)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

6）填料應(yīng)按2000～5000m3送檢一組試樣進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，不足2000m3時(shí)按一批次送檢。

7）對(duì)樁體的密實(shí)度宜采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)進(jìn)行抽樣檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間應(yīng)在成樁1d后進(jìn)行。

8）測(cè)單位及時(shí)采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)或靜載荷試驗(yàn)對(duì)樁體或樁間土（7～15d之后）進(jìn)行檢測(cè)［4］。

5 結(jié) 語(yǔ)

振沖碎石樁是利用在地基中就地振制的碎石快速加固松軟地基的方法。近幾年來(lái)在高層建筑地基的加固及處理中也得到了廣泛地應(yīng)用。它具有技術(shù)可靠、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作技術(shù)易于掌握、施工簡(jiǎn)便快速、工期短、既不用水泥，又不用鋼材，加固后地基承載力有顯著提高等優(yōu)點(diǎn)。

［1］杜克水.振沖碎石樁在加固軟粘土地基中的應(yīng)用［J］.山東建材學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（01）：87－89.

［2］賀光耀.振沖碎石樁施工中常遇到的問(wèn)題及其處理方法［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，1994（06）：39，40－42.

［3］張強(qiáng).振沖碎石樁在油罐軟弱地基處理中的應(yīng)用［J］.建筑科學(xué)，2000（06）：45－49.

［4］藍(lán)冰，鄧新德.振沖碎石樁在飽和軟土地基處理中的應(yīng)用研究［J］.巖土工程界，2002（11）：41－44.

TV753

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1007－7596（2014）08－0044－03

2014－03－18

李偉良（1979－），男，黑龍江甘南人，工程師。