振沖碎石樁加固軟土地基施工技術(shù)

黎浩　劉振

（中交三公局第三工程公司　湖北　武漢　430035）

振沖碎石樁加固軟土地基施工技術(shù)

黎浩劉振

（中交三公局第三工程公司湖北武漢430035）

碎石樁是以碎石為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁，應(yīng)用于地基承載能力不能滿足使用要求的要求軟土地基。振沖碎石樁作為一種傳統(tǒng)的地基處理方法，已在很多地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用。本文從振沖碎石樁處理地基的施工工序著手，通過(guò)工程實(shí)例分析了干振碎石樁加固軟土路基的加固機(jī)理及施工工藝，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)并提出節(jié)約成本優(yōu)化方案。

軟土；碎石樁；工藝；經(jīng)驗(yàn)；優(yōu)化

1　工程概況

成都市天府新區(qū)貨運(yùn)通道項(xiàng)目廣泛分布堰塘、河流、導(dǎo)流水渠，據(jù)勘察資料，項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)。項(xiàng)目區(qū)范圍內(nèi)所處地層為第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4me）、第四系全新統(tǒng)層坡洪積層（Q4dl+pl）、第四系中下更新統(tǒng)冰水沉積層（Q1-2fgl）和白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組（K1-2j）。其中，第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4me）中雜填土和素填土。多為臨近場(chǎng)地修建時(shí)堆填的廢土，建渣，由低液限粘質(zhì)土、砂質(zhì)泥巖塊組成，部分地段厚度較大，最大厚度超過(guò)10m。項(xiàng)目軟弱地基具有地下水位高，天然孔隙比大、天然含水率高、壓縮性高、強(qiáng)度低、高靈敏度、埋深淺，厚度較厚，地基承載力低的特點(diǎn)，導(dǎo)致地基的強(qiáng)度不能滿足使用要求，必須對(duì)地基加固處理，達(dá)到消除液化和提高承載力的目的。

2　加固機(jī)理

振沖器是振沖法施工中的特制機(jī)具。振沖碎石樁是指通過(guò)高壓水沖和振沖器的水平振動(dòng)力的作用，在軟弱地基中形成樁孔，再向樁孔內(nèi)逐段填入碎石，并利用振沖器產(chǎn)生水平向振動(dòng)力振擠填料及周?chē)馏w，并逐段振密在地基中形成一根密實(shí)的樁柱體，和原地基土形成復(fù)合地基，并通過(guò)樁體與樁周土相互作用共同承擔(dān)上部荷載，從而達(dá)到提高地基承載力，減少沉降量，提高抗震液化能力，增加地基穩(wěn)定性以及消除濕陷性黃土的濕陷性等作用。

3　施工方法

3.1工藝流程

振沖碎石樁施工工藝流程如圖1所示。

圖1　工藝流程圖

3.2施工順序

碎石樁施工順序主要有：排打法、跳打法和轉(zhuǎn)打法。

排打法是最常用的施工方法。當(dāng)?shù)鼗菑?qiáng)度低的軟粘土或極易液化的粉土，可采取間隔跳打法。轉(zhuǎn)打法對(duì)中粗砂等土加密效果好，在樁間距小情況下會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部孔造孔困難。當(dāng)加固區(qū)附近有建筑物時(shí)，施工宜先從鄰近建筑物一邊的樁開(kāi)始施工，然后逐步向外推移。本項(xiàng)目采用跳打法進(jìn)行施打，如圖2所示。

3.3造孔

造孔是保證施工質(zhì)量首要環(huán)節(jié)，造孔應(yīng)符合下列規(guī)定：

圖2　施打方法

（1）樁位定位放樣：在樁位中心打入木樁（長(zhǎng)30cm木方）。

（2）振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位，偏差應(yīng)小于30mm。先開(kāi)啟高壓水泵，振沖器端口出水后，再啟動(dòng)振沖器待運(yùn)轉(zhuǎn)正常后開(kāi)始造孔。

（3）造孔過(guò)程中振沖器應(yīng)處于懸垂?fàn)顟B(tài)，要求振沖器下放速度小于或等于振沖貫入土層速度。

（4）造孔速度取決于地基土質(zhì)條件和振沖類(lèi)型及造孔水壓等，造孔速度宜為0.5～2.0m/min。

（5）造孔水壓大小視振沖器貫入速度和地基土沖刷情況而定。一般0.2～0.8MPa，造孔水壓大即水量大，返出泥砂多，水壓小，返出泥土少，在不影響造孔速度情況下，水壓宜小。

（6）造孔深度控制，造孔深度可以小于設(shè)計(jì)樁深300mm，這是為了防止高壓水對(duì)處理深度以下地基土的沖擊。在此造孔深度填料，振沖器帶著填料向下貫入到設(shè)計(jì)深度，并開(kāi)始加密，減少水沖對(duì)下臥地基土的影響，即成樁深度與設(shè)計(jì)樁深相一致。對(duì)于軟淤泥、松散粉砂、砂質(zhì)粉土、粉煤灰等易被水沖破環(huán)的土，初始造孔深度可小于設(shè)計(jì)深度300mm以上，但開(kāi)始加密深度必須達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

3.4清孔

造孔后邊提升振沖器邊沖水直至孔口，再放至孔底，重復(fù)兩三次擴(kuò)大孔徑，并使孔內(nèi)泥漿變稀，振沖孔順直通暢，以利填料加密。

3.5填料

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30～50cm，待達(dá)到加密電流和留振時(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30～50cm。

3.6加密

加密是振沖碎石樁處理地基關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加密方式如下：

本段采用加密電流、留振時(shí)間、加密段長(zhǎng)度綜合指標(biāo)法，采用這三種指標(biāo)作為加密控制標(biāo)準(zhǔn)可使加密質(zhì)量更具保證。加密效果與加密電流值大小有關(guān)，也與達(dá)到該電流值的維持時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，留振時(shí)間即是保證達(dá)到加密電流值延續(xù)的時(shí)間。在相同加密電流和留振時(shí)間條件下，加密段長(zhǎng)度大小對(duì)加密效果起著關(guān)鍵作用，加密段長(zhǎng)度短效果好，加密段長(zhǎng)度大效果差。留振時(shí)間宜為5～15s，加密段長(zhǎng)度宜為200～500mm，加密水壓宜為0.1～0.5MPa，75kW振沖器宜為70～100A。

3.7開(kāi)槽挖土鋪褥墊層

樁體施工完畢后，應(yīng)將頂部預(yù)留的松散樁體挖除，可采用挖掘機(jī)挖除，樁間土留200mm保護(hù)土層，采用人工挖除。如無(wú)預(yù)留應(yīng)將松散樁頭壓實(shí)。隨后鋪設(shè)級(jí)配碎石墊層并壓實(shí)。壓實(shí)系數(shù)要求達(dá)0.94～0.97。

4　施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1密實(shí)電流與留振時(shí)間問(wèn)題

用振沖碎石樁處理軟土地基主要起到置換軟土和排水通道的作用，以此來(lái)提高復(fù)合地基承載力，在施工過(guò)程中不應(yīng)過(guò)分?jǐn)_動(dòng)樁周軟土。如盲目增長(zhǎng)留振時(shí)間，會(huì)使樁徑增大，同時(shí)也會(huì)過(guò)分?jǐn)_動(dòng)樁周土，極易發(fā)生串樁現(xiàn)象，對(duì)復(fù)合地基承載力提高作用不大，反而大大的增加了碎石用量，導(dǎo)致成本升高，如果發(fā)生串樁反而降低了相鄰樁的承載力。

（1）留振時(shí)間

①留振時(shí)間不能低于5s，也不宜超過(guò)20s；

②砂層中留振時(shí)間宜為5～10s；

③粘性土類(lèi)要分以下幾種情況，若處理軟塑～流塑狀態(tài)粘性土，留振時(shí)間宜為5～8s，若處理可塑～硬塑狀態(tài)的粘性土，留振時(shí)間宜為10～20s。

（2）密實(shí)電流

對(duì)于密實(shí)電流問(wèn)題，相關(guān)規(guī)范中均規(guī)定密實(shí)電流由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。因此現(xiàn)在振沖樁設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)密實(shí)電流的控制沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，差別很大。從施工情況來(lái)看，碎石樁樁身強(qiáng)度的提高同密實(shí)電流關(guān)系最大。一般而言，密實(shí)電流增大，在其它條件相同時(shí)，樁體密實(shí)度提高，樁體強(qiáng)度也就增大，對(duì)于軟土地基而言，樁周土的約束是有限的，因此盲目增大密實(shí)電流，只能擴(kuò)大樁徑，增大碎石用量，而擠入樁周土的碎石與樁周土混合形成的混合體并非真正意義上的碎石樁，因其中含有大量軟泥，對(duì)提高復(fù)合地基承載力意義不大，只能造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。施工中，需要根據(jù)軟基情況，在實(shí)際中通過(guò)試樁確定。一般而言，密實(shí)電流采用振沖器空載電流加不小于45A電流。

4.2樁徑確定問(wèn)題

振沖碎石樁靠振沖器的水平振動(dòng)力振擠填料及周?chē)馏w而形成碎石樁體，事實(shí)上由于樁間土在豎向上有不同的分層，其約束力差別很大，因此使用同一參數(shù)制樁時(shí)，在不同深度上其樁徑是不相同的，甚至局部位置相差很大，同時(shí)使用振沖法處理軟弱地基的目的就是使地基在水平和垂直方向上強(qiáng)度趨于均勻，因此不能按設(shè)計(jì)樁徑要求樁體全部斷面均不小于設(shè)計(jì)值，而是通過(guò)振沖法處理，使承載力較高的地層中樁徑較小，承載力較低的地層中樁徑較大，從而在保證填料量和樁體密實(shí)度的前提下控制單樁的平均樁徑不小于設(shè)計(jì)值。

單樁填料量的計(jì)算不能僅依據(jù)松散石料的體積進(jìn)行，實(shí)際上石料在松散堆積和密實(shí)狀態(tài)下的差別較大，參照設(shè)計(jì)文件，必須使用松散石料計(jì)量時(shí)單樁最小填料量按下式計(jì)算：

Q=（kπd2L）/4

式中：d——為設(shè)計(jì)樁徑；

L——為設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)；

K——為密實(shí)系數(shù)，最小值取1.2。

5　優(yōu)化建議

通常振沖碎石樁的上部受樁周約束力的影響無(wú)法振密，因此設(shè)計(jì)文件在設(shè)計(jì)時(shí)通常設(shè)計(jì)1～2m的保護(hù)段，在振沖碎石樁施工完成后將保護(hù)段挖除，造成了經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)和工序上的交叉作業(yè)。

建議將振沖碎石樁和強(qiáng)夯聯(lián)合處理含水量較大的軟粘性土地層，效果較好，碎石樁置換了軟弱地層，同時(shí)給強(qiáng)夯提供了良好的排水通道，而強(qiáng)夯既夯實(shí)了樁間土，又增加了樁體密實(shí)度，因此建議采用強(qiáng)夯夯實(shí)樁頭上部1～2m，可不設(shè)置樁頭保護(hù)段，因此將節(jié)約大量施工費(fèi)用。

以我天府新區(qū)貨運(yùn)項(xiàng)目K0+186～K0+328段碎石樁處理為例。碎石樁樁間距1.5m，樁徑1.0m，處理面積9495㎡，共有樁基4997根，按最低1.0m保護(hù)段，碎石樁單價(jià)110元/m計(jì)算，處理費(fèi)用近50萬(wàn)元，若采用強(qiáng)夯處理則僅需不到10萬(wàn)元，可節(jié)約40萬(wàn)元左右。

6　結(jié)束語(yǔ)

碎石樁在軟土地基處理中，應(yīng)用較為廣泛，但施工參數(shù)在相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件中，往往給定不明，不利于成樁質(zhì)量的控制。本文總結(jié)了振沖碎石樁在復(fù)合地基應(yīng)用中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并就節(jié)約成本提出優(yōu)化建議，對(duì)提供碎石樁施工過(guò)程控制、質(zhì)量控制以及節(jié)約成本提出建議，給類(lèi)似施工提供參考，如有不妥之處敬請(qǐng)批評(píng)指正。

[1]龔曉南.地基處理手冊(cè)（第3版）[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]黃浩峰，蔣祖浩，鄧敬友.淺談?wù)駴_碎石樁處理軟土地基的幾個(gè)問(wèn)題[J].西部探礦工程，2004（07）：29～30.

[3]張彥鵬.振沖碎石樁施工的幾點(diǎn)體會(huì)[M].河北勘察，1994.

U416.1

A

1673-0038（2015）23-0269-02

2015-5-23

黎浩（1988-），男，湖北武漢人，助理工程師，本科，從事路橋施工工作。

劉振（1987-），男，湖北武漢人，助理工程師，本科，從事路橋施工工作。