復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

孫 永 紅

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610081)

復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

孫 永 紅

(四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610081)

從傳統(tǒng)振沖碎石樁與“氣協(xié)”振沖碎石樁兩方面，簡(jiǎn)略介紹了復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁的施工方法，并分析了各種施工方法的經(jīng)濟(jì)性，結(jié)果表明：“氣協(xié)”振沖碎石樁施工法不僅能提高工程質(zhì)量，還能減少能源的消耗，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

復(fù)雜地層，振沖碎石樁，氣協(xié)法，經(jīng)濟(jì)性

中緬油氣管道工程瑞麗分輸(泵)站場(chǎng)地地層條件復(fù)雜，自上而下分為①黏土層，土質(zhì)不均，夾粉砂，層厚0.50 m～4.10 m；②中粗砂層，松散，夾少量粉砂及礫砂，局部為黏土，層厚1.50 m～8.70 m；③圓礫，中密，夾大量卵石、碎石，局部為黏土，層厚為0.50 m～4.30 m；④中粗砂，中密，夾少量粉砂及礫砂，局部為黏土，層厚0.50 m～9.50 m；⑤中粗砂，密實(shí)，局部為卵石、礫砂、粉砂、黏土及少量粉質(zhì)黏土，層厚1.00 m～35.10 m；⑥黏土，堅(jiān)硬，夾礫砂、中粗砂、粉砂及少量粉質(zhì)黏土，層厚0.90 m～10.60 m；⑦中粗砂，密實(shí)，局部為黏土和粉質(zhì)黏土，層厚0.90 m～7.40 m。根據(jù)勘察報(bào)告可知，本工程場(chǎng)地地基土液化指數(shù)介于6.09～52.59之間，且僅有3孔的地基土液化指數(shù)小于18，按GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合當(dāng)?shù)匦拗?jīng)驗(yàn)，按最不利組合原則，判斷本分輸(泵)站地基土液化等級(jí)屬嚴(yán)重，采用振沖碎石樁處理地基土消除液化。

在采用傳統(tǒng)振沖碎石樁施工方法(簡(jiǎn)稱“傳統(tǒng)振沖法”)對(duì)瑞麗站進(jìn)行施工發(fā)現(xiàn)：由于地層的復(fù)雜多變，傳統(tǒng)振沖法存在很多缺點(diǎn)，如無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、樁體密實(shí)度不足等，因而需采用大功率振沖器，但大功率振沖器在超深粉細(xì)砂夾層的地層中施工容易出現(xiàn)“抱管”現(xiàn)象、施工進(jìn)度慢、設(shè)備損壞率高等[1]，使得無(wú)法保質(zhì)保量的完成中緬油氣管道工程瑞麗站的施工，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們提出了“氣協(xié)”振沖碎石樁(簡(jiǎn)稱“氣協(xié)法”)施工方法。采用“氣協(xié)法”施工，成孔質(zhì)量高，施工速度快，降低了施工成本，能夠解決在傳統(tǒng)振沖法施工時(shí)遇到的無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、樁體密實(shí)度不夠、在粉細(xì)砂夾層的地層中容易出現(xiàn)“抱管”現(xiàn)象以及施工進(jìn)度慢、設(shè)備損壞率高等問(wèn)題。本文簡(jiǎn)略介紹了復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁的施工方法，包括傳統(tǒng)振沖法和 “氣協(xié)法”，并對(duì)其進(jìn)行了施工技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

1 復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁施工工藝

1.1 傳統(tǒng)振沖碎石樁施工方法

傳統(tǒng)的振沖碎石樁，是用起重機(jī)吊起振沖器，在高壓水壓力和振動(dòng)器的強(qiáng)烈水平振動(dòng)下形成鉆孔，清理鉆孔后向孔中分層填入碎石，在振沖器的振動(dòng)作用下填料與原基地土形成復(fù)合地基，從而達(dá)到提高地基承載力，增加地基穩(wěn)定性等作用[2]。地基處理的深度一般為12 m以內(nèi)，振沖器功率一般為30 kW～75 kW。

瑞麗分輸(泵)站場(chǎng)地地層中多圓礫層、密實(shí)中粗砂層以及粉砂夾層，宜采用高壓水沖的方法成孔(見(jiàn)圖1)。該方法的施工流程為：1)清理場(chǎng)地，測(cè)放樁位；2)施工機(jī)械到位，起吊振沖器使之與樁位線對(duì)準(zhǔn)；3)振沖器造孔：?jiǎn)?dòng)高壓水泵，開(kāi)啟動(dòng)力箱；待振沖器運(yùn)行正常以后，在高壓水壓力和振動(dòng)器的水平振動(dòng)下使振沖器達(dá)到預(yù)定深度；4)清孔；5)填料，并分段振密；6)成樁。

在采用高壓水沖的“傳統(tǒng)振沖法”施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，土層中的部分砂礫在高壓水的沖擊下不會(huì)隨泥漿排出，會(huì)懸浮在振沖器以上導(dǎo)桿的位置，并被振沖器重新振密固結(jié)，致使振沖器難以上升和下沉，卡在土層中，即俗稱的“抱管”現(xiàn)象出現(xiàn)。若強(qiáng)行拔出振沖器，會(huì)導(dǎo)致其電機(jī)電流驟然增大，超過(guò)額定電流，導(dǎo)致振沖器電機(jī)燒壞。并且強(qiáng)行增大吊車(chē)吊載能力，還可能出現(xiàn)吊車(chē)大臂折斷的危險(xiǎn)?？梢?jiàn)，在復(fù)雜地層中采用傳統(tǒng)的水沖法施工，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、投入成本高、施工工期長(zhǎng)、安全隱患大。

1.2 “氣協(xié)法”施工方法

通過(guò)對(duì)大量瑞麗泵站復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁施工技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究分析，得出解決及預(yù)防“抱孔”的施工方法——“氣協(xié)法”[3](見(jiàn)圖2,圖3)。該方法是將一根鍍鋅管上端焊在振沖器導(dǎo)管外壁頂部，下端焊在距減振器200 mm左右，通過(guò)高壓膠管連接氣泵。振沖施工時(shí)開(kāi)啟氣泵，并且不斷調(diào)整氣泵氣壓使其隨成樁深度的增加而增大，在振沖器下沉?xí)r連續(xù)高壓氣體從振沖器頂部噴出，使導(dǎo)管周?chē)纳暗[呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，不會(huì)被動(dòng)壓實(shí)固結(jié)，避免“抱管”的現(xiàn)象的出現(xiàn)。

“氣協(xié)法”現(xiàn)場(chǎng)施工的具體方式如下：

1)現(xiàn)場(chǎng)完成“三通一平”，準(zhǔn)備機(jī)具。將一根鍍鋅管上端焊在振沖器導(dǎo)管外壁頂部，下端焊在距減振器200 mm左右，通過(guò)高壓膠管連接空壓機(jī)。

2)振沖器定位：使振沖器對(duì)準(zhǔn)孔位，利用下噴水束，校正振沖器位置，其偏差不大于5 cm。

3)造孔：振沖器定位后，開(kāi)啟清水泵和空壓機(jī)，待振沖器下端射水口出水的水壓、水量和噴氣孔口氣壓達(dá)到要求時(shí)，啟動(dòng)振沖器。待水流、水壓、電流、電壓、氣壓達(dá)到要求及振沖器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，開(kāi)始貫入造孔，控制貫入速度一般在0.5 m/min～2 m/min，造孔電流為110 A～190 A，造孔水壓為0.4 MPa～0.8 MPa，造孔氣壓0.4 MPa～0.8 MPa。

4)清孔：當(dāng)振沖器到達(dá)預(yù)定深度時(shí)，將振沖器提出，并再次貫入振沖器2次～3次，然后清除孔內(nèi)泥土，使填料通暢，減小樁體含泥量。此時(shí)清孔水壓為0.4 MPa～0.8 MPa、清孔氣壓為0.4 MPa～0.8 MPa。

5)填料：清理孔位后將空壓機(jī)關(guān)閉，將振沖器提至離孔底30 cm～50 cm的位置，用裝載機(jī)向孔內(nèi)投入級(jí)配碎石，級(jí)配碎石的粒徑為4 cm～15 cm，每次填料厚度為30 cm～50 cm，振沖器的水平振動(dòng)力將孔內(nèi)的石料逐漸振密，當(dāng)潛水電機(jī)的電流迅速增大，直至達(dá)到加密電流110 A～180 A，持續(xù)加密，達(dá)到留振時(shí)間為10 s～15 s，填料加密過(guò)程完成。此過(guò)程中加密水壓為0.2 MPa～0.8 MPa。一般情況下，為確保加密效果，有利于填料下沉和充分液化，下部留振時(shí)間比上部適當(dāng)長(zhǎng)些。

6)填料時(shí)，為避免振沖器偏移，應(yīng)在振沖器四周均勻填料。填料不能太快，否則會(huì)導(dǎo)致填料下沉困難，堵塞孔口，填料過(guò)少又會(huì)造成振沖器振待料。

7)重復(fù)上述的填料過(guò)程，直至填料加密至樁頂形成完整樁體。

與“傳統(tǒng)振沖法”相比，“氣協(xié)法”可以使樁孔上部的粗顆粒處于震動(dòng)狀態(tài)，使其孔隙增大，細(xì)顆?？身樌S水氣流返到孔口，因而不會(huì)出現(xiàn)細(xì)顆粒堆積區(qū)，能避免細(xì)粒土在高壓水壓作用下固結(jié)密實(shí)而導(dǎo)致的“抱管”現(xiàn)象的出現(xiàn)，而且“氣協(xié)法”所成的樁孔比較一致，使振沖器便于操作，容易下料，加快了施工速度。

采用“氣協(xié)法”施工時(shí)，由于氣壓的存在，砂粒懸浮在樁孔內(nèi)，與碎石形成良好級(jí)配，所成振沖碎石樁的密實(shí)度高。“氣協(xié)法”用水量少，泥漿排放量低，泥漿收集、外運(yùn)的工作量減少，現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境得以提高?！皞鹘y(tǒng)振沖法”和“氣協(xié)法”技術(shù)分析如表1所示。

表1 施工技術(shù)分析

2 復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁經(jīng)濟(jì)分析

采用了適宜的關(guān)鍵施工技術(shù)參數(shù)的“氣協(xié)法”施工節(jié)省了水、電、材料等資源的消耗，降低了機(jī)械使用費(fèi)，中緬油氣管道工程瑞

麗分輸(泵)站項(xiàng)目原計(jì)劃工期為180 d，采用氣協(xié)振沖法后，將工期提前了60 d，只用120 d就完成了項(xiàng)目?！皻鈪f(xié)法”所需投入的吊車(chē)噸位較小，施工機(jī)械費(fèi)相對(duì)低;而且用水少、地層中被帶出的砂粒少，故水消耗、投入孔中的石料相對(duì)較少，直接材料費(fèi)相對(duì)較低。為比較其經(jīng)濟(jì)性，將現(xiàn)場(chǎng)施工的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況列于表2，表3。

表2 單樁技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表3 氣協(xié)法較傳統(tǒng)振沖法節(jié)約成本表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)以及表2，表3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，“氣協(xié)”振沖法較之傳統(tǒng)方法在單樁施工時(shí)刻節(jié)約施工時(shí)間30%～50%，僅振沖器(被埋)一項(xiàng)，就減少損失120萬(wàn)元，另外節(jié)約振沖器及電機(jī)維修費(fèi)用近200萬(wàn)元，提前工期而節(jié)約的人工費(fèi)與機(jī)械費(fèi)近400萬(wàn)元，振沖碎石樁復(fù)合地基的施工工效提高20%～30%。總之，采用“氣協(xié)法”并且選擇適宜的關(guān)鍵施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁的施工技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明：用“氣協(xié)”振沖法進(jìn)行施工，同時(shí)采用適宜的關(guān)鍵施工參數(shù)和質(zhì)量保證措施，則成孔質(zhì)量高，施工速度快，降低了施工成本。單樁施工時(shí)刻節(jié)約施工時(shí)間30%～50%，僅振沖器(被埋)一項(xiàng)，就減少損失120萬(wàn)元，另外節(jié)約振沖器及電機(jī)維修費(fèi)用近200萬(wàn)元，提前工期而節(jié)約的人工費(fèi)與機(jī)械費(fèi)近400萬(wàn)元，振沖碎石樁的施工工效提高20%～30%?！皻鈪f(xié)法”用水量少，泥漿排放量低，泥漿收集、外運(yùn)的工作量減少，現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境得以提高。相比“傳統(tǒng)振沖法”“氣協(xié)法”減少了資源的消耗，節(jié)約了成本，提高了工程質(zhì)量，值得推廣應(yīng)用。

[1] 姜兆華,文 華.復(fù)雜地層中大功率振沖碎石樁施工參數(shù)分析[J].施工技術(shù),2016(13):64-66.

[2] 何廣訥.振沖碎石樁復(fù)合地基[M].北京：人民交通出版社,2012.

[3] 齊景波,季惠彬.氣協(xié)法在超長(zhǎng)振沖碎石樁施工中的應(yīng)用[J].巖土工程界,2008(10):77-78.

Techno-economic analysis of large power vibro replacement stone pile in complex strata

Sun Yonghong

(SichuanShuyuPetroleumBuildingInstallationEngineeringCo.，Ltd,Chengdu610081,China)

Briefly introduce the construction methods of the large power vibro replacement stone pile in complex strata, including traditional vibroflotation construction method and the gas-association vibroflotation construction method， and then do a techno-economic analysis between them.Techno-economic analysis shows that gas-association vibroflotation construction method which can not only improve the quality of engineering but also can reduce energy consumption, has good economic effect.

complex strata, vibro replacement stone pile, gas association vibroflotation construction method, economy

1009-6825(2017)05-0097-02

2016-12-06

孫永紅(1967- )，男，經(jīng)濟(jì)師

TU472.35

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