淺析擠密砂樁施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)

張忠裔戚 波 李 超 徐海波

淺析擠密砂樁施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)

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擠密砂樁處理地基的方法出現(xiàn)在19世紀(jì)，由于當(dāng)時(shí)缺乏先進(jìn)的施工工藝和施工設(shè)備，導(dǎo)致很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)擠密砂樁技術(shù)發(fā)展緩慢。直到1958年日本開始采用振動(dòng)重復(fù)壓拔管擠密砂樁施工方法，使砂石樁地基處理技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的水平。我國(guó)在1959年首次引入砂樁法處理地基，經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，在飽和軟黏土中采用砂石樁特別是砂樁地基處理方法積累了一定經(jīng)驗(yàn)。發(fā)展至今，我國(guó)已將砂石樁廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)工程建設(shè)中。

一、概述

某工程是淮河干流上游的一座大型防洪控制工程，由粘土心墻土石壩以及混凝土重力壩連接組成?？刂屏饔蛎娣e約2900km2，主要任務(wù)是以防洪為主，結(jié)合供水、灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用。

1.地質(zhì)條件

某工程土石壩段壩基土自上而下分別為低液限粘土、淤泥質(zhì)土、細(xì)砂（級(jí)配不良砂）、中粗砂（級(jí)配不良砂）、砂礫（級(jí)配不良砂）和礫石（級(jí)配良好礫）、巖層，每層厚度不等，且局部含有透鏡體?？碧狡陂g地下水補(bǔ)給河水，壩址區(qū)地下水位埋深0.6～8.9m，沿壩軸線方向地下水水位坡降約1/200。其中土壩段壩基存在低液限粘土厚度為9.0～11.0m，壓縮性較大，排水固結(jié)條件差，尤其是小泥河段，壩基屬極軟土層，工程地質(zhì)條件差；壩基液化等級(jí)為中等～嚴(yán)重，液化深度7.0～10.0m。

2.擠密砂樁施工工藝的試驗(yàn)研究

為了解決軟土層地基液化問題，設(shè)計(jì)采用振動(dòng)擠密砂樁對(duì)壩基進(jìn)行處理。鑒于壩基處理范圍較廣且較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)要求施工前開展擠密砂樁處理的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)選取兩種方案，方案一采用振動(dòng)沉管法（樁徑0.5m、樁間距1.5～2.5m）成樁工藝；方案二采用振沖法（樁徑0.8m、樁間距3.0m）成樁工藝。對(duì)壩基處理效果進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)分析研究，采用重型動(dòng)力觸探檢測(cè)樁體質(zhì)量，樁間土采用靜力觸探進(jìn)行了檢測(cè)。

檢測(cè)結(jié)果表明：方案一在成樁過程中樁周地面一定深度內(nèi)出現(xiàn)隆起和開裂現(xiàn)象；方案二樁間土的錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力均比試驗(yàn)前有所減小且擠密砂樁樁體局部松散，樁體密實(shí)度上下差別較大。

經(jīng)過對(duì)比，最終采用了振動(dòng)沉管法，在施工過程中采用了行間跳打方式，并由外側(cè)向中間施工等方法來消除樁周擠土帶來的不利影響。

二、施工工藝

1.工藝流程

軟土地基擠密砂樁施工工藝流程圖見圖1。

圖1 擠密砂樁施工工藝流程圖

2.施工方法

（1）施工準(zhǔn)備

①基面準(zhǔn)備：對(duì)施工作業(yè)面的腐植土、生活垃圾、建筑垃圾進(jìn)行清理并運(yùn)至棄渣場(chǎng)，其中腐植土單獨(dú)堆放，做好水土保持措施?；媲謇磉吘€超出設(shè)計(jì)處理邊線5.0m。地基處理范圍內(nèi)若存在溝塘，根據(jù)情況，在將溝塘內(nèi)的水排除后，清除塘底淤泥，將其回填形成滿足施工需要的工作平臺(tái)后開始進(jìn)行擠密砂樁施工，回填材料和回填技術(shù)指標(biāo)同與其相接觸的壩體材料一致。

②場(chǎng)區(qū)交通：布置場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆?、道路兩邊的排水盲溝、縱向排水溝、料場(chǎng)，準(zhǔn)備好照明設(shè)施以便夜間施工。

③材料準(zhǔn)備：擠密砂樁樁體填料按照設(shè)計(jì)要求采用中粗砂，細(xì)粒含量小于5%，不均勻系數(shù)Cu≥5，曲率系數(shù)1≤Cc≤3。

④施工機(jī)械準(zhǔn)備：砂樁機(jī)采用DZ-110KS/DZ-90KS型錘擊振動(dòng)沉管式機(jī)械，使用端部帶鋼制活瓣樁尖的鋼管，活瓣在沉管時(shí)閉合狀態(tài)，提升鋼管時(shí)活瓣張開下料，機(jī)組配備驅(qū)動(dòng)裝置、振動(dòng)錘、樁架等。其主要性能見表1。

⑤測(cè)量放樣及布樁：根據(jù)圖紙要求的布樁原則進(jìn)行布樁，每個(gè)樁位均作標(biāo)志，編制樁號(hào)。按照樁位布置圖，采用GPS放樣樁位布置基準(zhǔn)線及各分區(qū)界限，并在合適位置做好控制樁。施工過程中做好控制樁保護(hù)，對(duì)可能受施工影響產(chǎn)生擾動(dòng)的控制樁，注意引樁。

（2）施工步驟

①移動(dòng)振動(dòng)沉管打樁機(jī)及塔架，合攏樁尖葉瓣，不得留有空隙，樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位標(biāo)記，利用錘重及樁管自重緩慢靜壓1～2m。

②啟動(dòng)振動(dòng)錘，將樁管振動(dòng)下沉，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。沉管時(shí)采用經(jīng)緯儀或錘球進(jìn)行垂直度測(cè)量，當(dāng)樁管有傾斜時(shí)停止沉管，振動(dòng)糾偏后再沉管。當(dāng)傾斜度超過要求時(shí)，拔出樁管，在樁位附近補(bǔ)打。為控制砂樁的長(zhǎng)度，在樁管上每1.0m劃出標(biāo)識(shí)，以控制樁長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求。

③達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，用料斗開始向管內(nèi)灌砂，施工時(shí)可采用邊振動(dòng)邊灌砂的方法確保灌砂量滿足設(shè)計(jì)要求（灌砂量充盈系數(shù)控制在1.2～1.4內(nèi)）。開始灌砂時(shí)稍微提升樁管使樁尖打開，樁管內(nèi)砂料開始流入孔內(nèi)，方可拔管。邊振動(dòng)邊勻速拔出樁管，每提升1m留振15s，如此反復(fù)直至樁管全部拔出。

④提升樁管高于地面，停止振動(dòng)，進(jìn)行孔口投料直至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上。

⑤樁機(jī)移位，重復(fù)以上操作進(jìn)行下一個(gè)擠密砂樁。

三、擠密砂樁處理效果檢測(cè)

1.檢測(cè)方法與要求

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）的規(guī)定，施工后應(yīng)間隔一定時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)粉質(zhì)粘土地基不宜少于21d。樁體質(zhì)量檢測(cè)采用重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，樁間土質(zhì)量檢測(cè)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。重型動(dòng)力觸探使用63.5kg穿心錘，以0.76m自由落距貫入，要求觸探位置位于砂樁中心或靠近中心處，且觸探桿垂直最大偏差不超過2%，記錄每貫入0.1m的錘擊數(shù)。當(dāng)每貫入0.1m所需錘擊數(shù)連續(xù)3次超過50擊時(shí)，可停止試驗(yàn)。樁間土貫入前先用鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高以上0.15m處，清除殘土，再將貫入器打入土中0.15m后開始記錄每貫入0.1m的錘擊數(shù)，累積0.3m的錘擊數(shù)便是標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。若遇密實(shí)土層，當(dāng)貫入0.3m錘擊數(shù)超過50擊時(shí)，不應(yīng)強(qiáng)行打入并記錄50擊的貫入深度。貫入一定深度后提出貫入器，取出土樣進(jìn)行鑒別、描述、記錄，并測(cè)量其長(zhǎng)度。以此反復(fù)直到所需深度。

2.檢測(cè)數(shù)據(jù)

（1）重型動(dòng)力觸探

圖2為擠密砂樁重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)與深度關(guān)系圖。從圖中可知，試驗(yàn)樁現(xiàn)狀地面以下0.4～2.0m范圍內(nèi)樁身重型動(dòng)力觸探擊數(shù)均不小于5擊，2.0m以下樁身重型動(dòng)力觸探擊數(shù)均不小于7擊，滿足設(shè)計(jì)要求。

通過對(duì)圖中數(shù)據(jù)的觀察，發(fā)現(xiàn)錘擊數(shù)與深度的關(guān)系并非成線性，而是隨著深度的增加錘擊數(shù)不斷波動(dòng)有增有減。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為砂樁不同深度擠密程度的差異是引起錘擊數(shù)不斷波動(dòng)的主要因素。砂樁的擠密程度不一，在探頭深入的過程中，所受力會(huì)不斷發(fā)生變化，從而出現(xiàn)了錘擊數(shù)的波動(dòng)。

表1 振動(dòng)沉管打樁機(jī)主要性能表

圖2 擠密砂樁重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)與深度關(guān)系圖

表2 擠密砂樁樁間土砂層抗震液化判別成果表

（2）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的規(guī)定，對(duì)實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)進(jìn)行校正，并計(jì)算液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值。試驗(yàn)結(jié)果見表2。砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)均大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)臨界值，滿足規(guī)范要求。

四、結(jié)語(yǔ)

通過現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn)，對(duì)比分析了振動(dòng)沉管法和振沖法兩種擠密砂樁施工工藝對(duì)成樁質(zhì)量的影響；選取振動(dòng)沉管法作為擠密砂樁施工工藝，詳細(xì)介紹了該方法施工參數(shù)以及施工過程。通過重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)分別對(duì)擠密砂樁樁體質(zhì)量和樁間土質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，認(rèn)為采用振動(dòng)沉管法得到的砂樁樁身質(zhì)量能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，處理后砂層的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)均大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)臨界值，達(dá)到了防止地基液化的目的■

（作者單位：1.安徽省（水利部淮委）水利科學(xué)研究院 233000 2.水利部建設(shè)與管理司 100053 3.河南省水利第二工程局 450016）