密實(shí)地層中碎石樁施工工藝研究

蘇寶 郭樹(shù)偉 沈遠(yuǎn)志

摘 要：碎石樁是指通過(guò)向地層中夯（填）入碎石料后在地基中形成的碎石料組成的樁體。在密實(shí)地層中沉管時(shí)，沉管端口、沉管外側(cè)所受到的阻力大，無(wú)法把沉管下沉到設(shè)計(jì)深度，導(dǎo)致無(wú)法施工碎石樁。為解決這一問(wèn)題，以云南省大理某項(xiàng)目為例，采用了長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔后用振動(dòng)沉管工藝進(jìn)行施工。當(dāng)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔穿越密實(shí)地層后，采用振動(dòng)沉管打樁機(jī)，按照沉管、填料加密，直至碎石樁設(shè)計(jì)深度，解決了密實(shí)地層條件下無(wú)法施工振動(dòng)沉管碎石樁的難題，提高了地基的承載力。

關(guān)鍵詞：密實(shí)地層;碎石樁;振動(dòng)沉管;引孔

Abstract：A gravel pile is composed of crushed stone which is filled into formation.When bushing is immersed in the dense formation，the resistance of bushing port and bushing outer side is large，and bushing cannot be sunk to the design depth，resulting in the impossibility to construct the gravel pile.In order to solve the problem mentioned above，taking a project in Dali，Yunnan Province as an example，a long auger drilling machine was used to construct the hole before the vibration immersed tube process.After the long auger drilling hole passed through the dense stratum，the vibrating immersed pile driver is used，according to the immersed pipe and the packing encryption，until the design depth of the gravel pile，which solves the problem that the vibrating immersed stone gravel pile can not be constructed under the dense stratum condition，and improves the bearing capacity of the foundation.

Key words：dense ground;gravel pile;vibrating immersed tube;lead hole

1 概述

碎石樁是指通過(guò)向地層中夯（填）入碎石料后在地基中形成的由碎石料組成的樁體。不管采用何種施工工藝，只要最終形成的樁體材料時(shí)由碎石料組成，都可稱之為“碎石樁”。

碎石樁加固法從德國(guó)工程師1936年發(fā)明的振沖法發(fā)展而來(lái)，最初僅用于砂基的加固，其原理是依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)使飽和的砂土液化、顆粒重新排列、孔隙減小而達(dá)到擠密效果的。之后再工程上的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，使得其抗液化理論研究得到了迅速發(fā)展，其在抗液化反面的顯著效果也得到了工程實(shí)踐的驗(yàn)證。

到20世紀(jì)50年代末至60年代初，振沖法被用于粘性土地基的加固。由于在施工中通過(guò)向地層夯填入的碎石等散體的顆粒材料形成的樁體從而出現(xiàn)了“碎石樁”的名稱，現(xiàn)代振沖法施工是依靠振沖器前端錐口噴出的高壓水注的成孔和偏振塊的振動(dòng)使孔位土體擠向四周的。但由于振沖法施工不僅耗水量大，而且要排放出大量的污泥漿污染工作環(huán)境，為了消除污染并適應(yīng)各種土質(zhì)的不同要求，近年來(lái)又應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生了各種碎石樁的施工工藝，如用沉管打樁機(jī)沉管成孔的振動(dòng)沉管碎石樁。[1-8]

振動(dòng)沉管碎石樁不耗水，且能避免振沖成孔造成的泥漿污染，所以應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但在密實(shí)地層如礫砂層、稍密以上的砂層中，由于在沉管過(guò)程中，端口、管外側(cè)所受到的阻力大，造成無(wú)法把沉管下沉到設(shè)計(jì)深度，使碎石樁樁長(zhǎng)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，從而影響了建筑物的安全、長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)。[9]

現(xiàn)以云南省大理某項(xiàng)目為案例進(jìn)行密實(shí)地層中碎石樁施工工藝研究，供同行參考。

2 工程地質(zhì)概況

擬建項(xiàng)目征用地平面形態(tài)呈近矩形狀，凈用地面積4744083m2，采用振動(dòng)沉管碎石樁，樁徑500mm，樁長(zhǎng)12.5～14.3m?？辈炱陂g測(cè)得場(chǎng)地區(qū)各鉆孔水位埋深0.40～3.80m。

場(chǎng)地巖土層地質(zhì)情況自上而下如下：

（1）耕土：褐黃色，褐灰色，松散，干燥，由砂土混合粘性土組成，含少量鈣化螺母、貝殼碎塊，含少量植物根系。層厚0.50～1.00m，平均厚度0.56m。

（2）粉質(zhì)黏土：褐黃色、褐灰色，硬塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)，稍濕。稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，夾薄層黏土。層厚0.50～4.80m，平均厚度1.89m。

（3）粉質(zhì)黏土：深灰色、褐灰色，軟塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)，很濕。稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，局部地段夾少量腐殖質(zhì)，夾薄層有機(jī)質(zhì)土。層厚0.60～4.30m，平均厚度1.76m。

（4）粉土：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，很濕，干強(qiáng)度中等，搖震反應(yīng)中等，局部含少量腐植殘?jiān)?、鈣化螺母碎屑，層內(nèi)多處夾薄層狀粉砂。層厚0.50～13.40m，平均厚度3.92m。

（5）粉質(zhì)黏土：深灰、淺灰色，可塑狀態(tài)，濕，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，偶見(jiàn)螺母碎屑，夾薄層黏土。層厚0.90～11.00m，平均厚度3.61m。

（6）粉砂：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，飽和。石英-長(zhǎng)石質(zhì)，均粒，夾薄層粉土。層厚0.50～4.80m，平均厚度1.72m。

（7）礫砂：淺灰、深灰色，稍密～中密狀態(tài)，飽和，成分以砂巖、灰?guī)r、石英為主，不規(guī)則排列，圓～亞圓形，含約5%卵石，大量粗粒、細(xì)粒充填，局部夾薄層狀粉砂。層厚0.60～9.20m，平均厚度2.28m。

（8）粉土：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，很濕，干強(qiáng)度中等，搖震反應(yīng)中等，局部含少量腐植殘?jiān)⑩}化螺母碎屑，層內(nèi)多處夾薄層狀粉砂。層厚0.60～11.90m，平均厚度3.78m。

（9）粉質(zhì)黏土：淺灰色，可塑狀態(tài)，濕，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，偶見(jiàn)螺母碎屑，夾薄層粉土。層厚0.80～13.50m，平均厚度4.36m。

（10）粉砂：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，飽和。石英-長(zhǎng)石質(zhì)，均粒，夾薄層粉土。層厚0.50～3.70m，平均厚度1.45m。

（11）礫砂：淺灰、深灰色，稍密～中密狀態(tài)，飽和，成分以砂巖、灰?guī)r、石英為主，不規(guī)則排列，圓～亞圓形，含約5%卵石，大量粗粒、細(xì)粒充填，局部夾薄層狀粉砂。層厚0.50～4.00m，平均厚度1.80m。

（12）粉土：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，很濕，干強(qiáng)度中等，搖震反應(yīng)中等，局部含少量腐植殘?jiān)?、鈣化螺母碎屑，層內(nèi)多處夾薄層狀粉砂。層厚0.90～13.00m，平均厚度3.69m。

（13）粉質(zhì)黏土：淺灰色，深灰色，可塑狀態(tài)，濕，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，偶見(jiàn)螺母碎屑，夾薄層黏土。厚度0.90～13.40m，平均厚度5.15m。

從土層的地質(zhì)情況可以發(fā)現(xiàn)，碎石樁要穿越平均厚度為172m的稍密狀態(tài)的粉砂和2.28m的稍密～中密狀態(tài)的礫砂。

3 施工中的困難

該工程在樁基施工前需采用振動(dòng)沉管碎石樁消除場(chǎng)地液化地層，設(shè)計(jì)碎石樁樁徑500mm，樁長(zhǎng)14.5m，在現(xiàn)狀標(biāo)高上需施工15～17m，于2018年10月25日進(jìn)場(chǎng)施工，共進(jìn)場(chǎng)2臺(tái)振動(dòng)沉管打樁機(jī)，設(shè)備型號(hào)DJ-120KS，截止11月4日，共計(jì)施工碎石樁51根，均施工到約9～10m位置出現(xiàn)振動(dòng)不下去情況，施工樁長(zhǎng)并未達(dá)到消除地基液化的作用，根據(jù)勘察報(bào)告及設(shè)計(jì)圖紙分析原因如下：根據(jù)勘察報(bào)告可知，該場(chǎng)地地層復(fù)雜，粉土、粉質(zhì)黏土與砂層交替分布，地下水位埋深淺，土層基本處于飽和狀態(tài)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告及標(biāo)貫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，粉土及粉質(zhì)黏土不排水抗剪強(qiáng)度均大于20kPa，且粉砂、礫砂層為密實(shí)狀態(tài)，含約5%卵石，大量粗粒、細(xì)粒充填，導(dǎo)致振動(dòng)不下去。

4 采取的措施

起初計(jì)劃采用加大振動(dòng)沉管機(jī)的激振力的方法來(lái)解決上述問(wèn)題，在實(shí)施中發(fā)現(xiàn)即使采用激振力更高的振動(dòng)沉管機(jī)，在該土層依然無(wú)法貫穿。為解決這一難題，采用了長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔后振動(dòng)沉管工藝進(jìn)行施工，該工藝的步驟為先利用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔，后采用振動(dòng)沉管打樁機(jī)振動(dòng)施工。根據(jù)該項(xiàng)目的地層條件，引孔直徑取80cm，由于該項(xiàng)目地下水埋深淺，引孔前應(yīng)下護(hù)筒，護(hù)筒直徑應(yīng)比孔徑大20cm。[10]同時(shí)，在引孔過(guò)程中，應(yīng)監(jiān)控孔的斜率，宜每鉆進(jìn)1m測(cè)一次孔斜率，從而保證引孔的質(zhì)量。當(dāng)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔穿越硬可塑砂層后，采用振動(dòng)沉管打樁機(jī)，按照施工一般步驟進(jìn)行清孔、填料加密，直至設(shè)計(jì)處理深度。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）云南省大理某項(xiàng)目地基處理采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔后振動(dòng)沉管工藝進(jìn)行施工，克服了硬可塑砂層無(wú)法下振的難題，處理后提高了地基的承載力。

（2）對(duì)于硬可塑砂石地層中的碎石樁施工，可采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)造孔后引孔振沖工藝進(jìn)行施工，該工藝的步驟為先利用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)引孔，后采用振動(dòng)沉管打樁機(jī)振沖施工。

（3）在地下水位較淺時(shí)，引孔前應(yīng)下護(hù)筒，護(hù)筒直徑應(yīng)比孔徑大20cm，埋入深度根據(jù)地質(zhì)條件和地下水位高低確定。

（4）在引孔過(guò)程中，應(yīng)監(jiān)控孔的斜率，宜每鉆進(jìn)1m測(cè)一次孔斜率。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔曉南.地基處理手冊(cè)（第三版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]李玉成.變荷載條件下考慮土體非線性的碎石樁復(fù)合地基固結(jié)研究[J].河南科學(xué)，2018，36（2）：204-209.

[3]劉強(qiáng)，阮懷寧.CFG樁與強(qiáng)夯碎石樁復(fù)合地基主要影響因素分析[J].河南科學(xué)，2017，35（4）：611-617.

[4]趙如意，蔣關(guān)魯，劉先鋒.沉管擠密碎石樁加固液化土地基的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，3：41-46.

[5]李玉橋，閆路明，刁志明.振沖碎石樁在砂卵礫石地基中的應(yīng)用[J].建筑技術(shù)，2018，4：183-185.

[6]王幼行，古成新.干法內(nèi)擊沉管碎石樁施工技術(shù)[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2015，28（5）：329-331.

[7]袁玉卿，張得嵩，劉文利.碎石樁復(fù)合地基控制粉砂土拼接路基沉降研究[J].河南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，48（1）：98-106.

[8]潘亨永，李秋萍.惠州東江水利樞紐工程閘壩振沖碎石樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)分析[J].資源環(huán)境與工程，2016，30（3）：339-343.

[9]劉景政，楊素春，鐘冬波.地基處理與實(shí)例分析[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[10]趙軍.沖擊鉆機(jī)造孔穿越深復(fù)雜地層振沖工藝[J].水利水電技術(shù)，2011，12（48）：39-41.

作者簡(jiǎn)介：蘇寶（1978-），男，漢族，山東濟(jì)寧人，地質(zhì)工程碩士，工程師，從事市政工程、地下工程設(shè)計(jì)與施工的生產(chǎn)管理和科研工作;郭樹(shù)偉（1981-），男，本科，一級(jí)建造師;沈遠(yuǎn)志（1983-），男，本科，工程師。