沿海地區(qū)碎石樁施工技術(shù)研究

殷 睿

（中交第二航務(wù)工程局有限公司福州分公司，福建 福州 350000）

1 工程概況

該項(xiàng)目為228國(guó)道長(zhǎng)樂外文武圍墾堤至下沙段路堤結(jié)合工程，公路為一級(jí)公路設(shè)計(jì)形式，設(shè)計(jì)車速為60km/h，標(biāo)準(zhǔn)段路基寬度為33.5m、48.5m、53m，為雙向4、6車道，沿線均設(shè)置瀝青混凝土路面。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)軟土地基的特點(diǎn)，共設(shè)置碎石樁77234根，樁長(zhǎng)共127萬(wàn)延米。地質(zhì)環(huán)境主要為濱海沉積平原。

該項(xiàng)目位于長(zhǎng)樂區(qū)文武砂鎮(zhèn)和江田鎮(zhèn)，起點(diǎn)位于已建成的228國(guó)道（南北澳至外文武圍墾堤段）K7+650處，路線由北向南順著現(xiàn)狀外文武海堤延伸至K11+700后轉(zhuǎn)而向南，沿線連續(xù)分布淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、中細(xì)砂層。

2 碎石樁施工

該項(xiàng)目在試樁完成并展開大面積碎石樁施工后，施工過(guò)程中出現(xiàn)電流過(guò)大、電纜冒煙、電機(jī)燒毀、碎石樁無(wú)法沉管至設(shè)計(jì)深度的現(xiàn)象，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，懷疑實(shí)際地質(zhì)問題與勘探資料不符導(dǎo)致無(wú)法沉管至設(shè)計(jì)深度。針對(duì)以上現(xiàn)象，項(xiàng)目部多次與參建各方（業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理）匯報(bào)、溝通，通過(guò)方案比選，最終決定優(yōu)先引進(jìn)大功率樁機(jī)設(shè)備沉管，其次引進(jìn)螺旋鉆機(jī)增加引孔工藝。項(xiàng)目部在會(huì)議后立即組織了1臺(tái)DZ150型（國(guó)內(nèi)稀少）大功率碎石樁機(jī)進(jìn)場(chǎng)，對(duì)K8+020～200位置碎石樁進(jìn)行施工，仍無(wú)法沉管至設(shè)計(jì)深度。通過(guò)沉管過(guò)程狀態(tài)分析，出現(xiàn)上述情況表明原地勘判斷數(shù)據(jù)與實(shí)際地質(zhì)差異性較大。為此，項(xiàng)目部相應(yīng)組織了1臺(tái)地質(zhì)勘探鉆機(jī)進(jìn)行動(dòng)探，通過(guò)地質(zhì)鉆探機(jī)對(duì)沿線地質(zhì)勘探表明，在處理范圍內(nèi)，有較厚砂層處于密實(shí)狀態(tài)。對(duì)此，經(jīng)各方商議，一致同意增加引孔工藝進(jìn)行碎石樁施工。

試樁目的在于確定工藝參數(shù)，為碎石樁的正式施工提供指導(dǎo)[1]。經(jīng)鉆孔分析結(jié)果可知，K8+020～K9+425及K9+910～K11+600兩段含有細(xì)砂層，厚度普遍介于10～17m并集中在路基表層，下部主要以淤泥質(zhì)黏土軟土層居多。K9+245～K9+910段的環(huán)境特殊，均在海堤堤內(nèi)泄洪帶內(nèi)部，主要有淤泥②-1軟土層，不具有足夠的穩(wěn)定性，下部則為細(xì)砂層；K11+600～K12+380段南段的地質(zhì)條件欠佳，分布有粉細(xì)砂①-7層，并含有細(xì)砂層。

根據(jù)該項(xiàng)目各段的路基情況，從中選擇具有代表性的路段用于工藝性分析，各區(qū)段的碎石樁數(shù)量均為5根，具體布置方案：K8+080～K8+100段，平均樁長(zhǎng)13.25m，碎石量8.9m3；K9+680～K9+700段，平均樁長(zhǎng)8.5m，碎石量18.6m3；K12+080～K12+100段，平均樁長(zhǎng)13.5m，碎石量16.2m3。

考慮到試驗(yàn)結(jié)果可靠性要求，碎石樁試驗(yàn)時(shí)選擇多種工藝參數(shù)，即不同的振動(dòng)提管速度以及高度。經(jīng)試驗(yàn)后整理所得結(jié)果，確定合適的提管速度、留振次數(shù)以及投料次數(shù)。為給后續(xù)分析提供指導(dǎo)，要求各樁的工藝信息均要得到完整的記錄。對(duì)此，制定振動(dòng)沉管碎石樁工藝流程，具體內(nèi)容與操作順序如圖1所示。

圖1 振動(dòng)沉管碎石樁施工流程圖

2.1 測(cè)量放樣

施工人員經(jīng)過(guò)精確測(cè)量后，放出樁位中心線與邊線。將現(xiàn)場(chǎng)清理干凈，并檢驗(yàn)地面標(biāo)高情況，符合要求后設(shè)置排水系統(tǒng)，以免施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)積水現(xiàn)象；以布樁圖為基本指導(dǎo)，使用鋼尺布樁，并加強(qiáng)測(cè)量。確定打樁方向，采取的是由海堤側(cè)向內(nèi)湖側(cè)的方法。

2.2 引孔機(jī)引孔

根據(jù)測(cè)量測(cè)放出來(lái)的點(diǎn)位，將引孔機(jī)就位，調(diào)整鉆桿垂直度，長(zhǎng)螺旋鉆頭對(duì)準(zhǔn)樁位點(diǎn)，鉆孔時(shí)先慢后快，可以減少鉆桿搖晃，也可檢查鉆孔的偏差，以便及時(shí)糾正。在鉆桿上標(biāo)出每1m的刻度，作為控制樁長(zhǎng)的依據(jù)，引孔至設(shè)計(jì)深度后將鉆桿旋出，至下一個(gè)點(diǎn)位重復(fù)此操作，施工過(guò)程中注意對(duì)樁位控制點(diǎn)的保護(hù)，以便對(duì)樁位的復(fù)原。引孔示意圖如圖2所示。

圖2 引孔示意圖

2.3 打樁機(jī)就位

做好打樁前的準(zhǔn)備工作，校正樁管的長(zhǎng)度并檢驗(yàn)投料口所在位置的合理與否，檢驗(yàn)地面高程，明確該指標(biāo)與設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高的關(guān)系，在套管上做好標(biāo)記，即確定樁頂與樁底兩處的具體位置；以樁位標(biāo)記為參考，合理移動(dòng)樁機(jī)位置，要求與打樁線相對(duì)齊；在卷?yè)P(yáng)機(jī)的輔助下合理移動(dòng)導(dǎo)向架，目的在于令樁管與打樁點(diǎn)相對(duì)齊，與此同時(shí)將卷?yè)P(yáng)機(jī)離合器剎緊；通過(guò)人工作業(yè)的方式完成樁管前端預(yù)制樁頭的安裝作業(yè)，其必須與地面樁位對(duì)齊；做好上述工作后，安排監(jiān)理工程師全面檢驗(yàn)施工質(zhì)量，符合質(zhì)量要求后即可進(jìn)入下道工序。

2.4 振動(dòng)沉管

評(píng)定地面高程與設(shè)計(jì)樁底高程兩項(xiàng)指標(biāo)所具備的關(guān)系，將設(shè)計(jì)深度線準(zhǔn)確標(biāo)記在套管上，便于施工人員直觀地檢查套管入土深度[2]。隨后在樁錘電機(jī)的帶動(dòng)作用下令樁錘發(fā)生振動(dòng)，樁管有序下沉。此時(shí)需加強(qiáng)對(duì)下沉速度的檢測(cè)與控制，將樁號(hào)、沉管速度及深度信息記錄完整。檢驗(yàn)樁底所處位置，若已經(jīng)到達(dá)設(shè)計(jì)深度處，應(yīng)將實(shí)際施工情況告知監(jiān)理，確認(rèn)無(wú)誤后簽字。此后，再繼續(xù)下沉，最終使樁底完全穿透軟弱土層即可。通過(guò)如下方法判斷終孔深度：振動(dòng)沉管所處位置為設(shè)計(jì)深度處并且不停振，此狀況下施加靜力，當(dāng)樁管不再發(fā)生下沉現(xiàn)象，同時(shí)打樁機(jī)設(shè)備的前端略微上翹，則表明達(dá)到終孔深度要求。

2.5 成孔、灌石

樁管到達(dá)指定深度后，需適當(dāng)向上拔樁管，目的在于破壞樁管的真空狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)減小起拔摩阻力的效果。此后再結(jié)束振動(dòng)，將級(jí)配良好的碎石灌入樁管，兼顧理論值與充盈系數(shù)，經(jīng)計(jì)算后確定合適的灌入量。將現(xiàn)場(chǎng)信息記錄好，要求各樁的碎石充盈系數(shù)均要滿足設(shè)計(jì)要求，不可出現(xiàn)前期大、后期小的問題。施工作業(yè)時(shí)，應(yīng)考慮每米的計(jì)算方量，以該值為基準(zhǔn)標(biāo)定裝載機(jī)料斗，目的在于提升投入碎石量的合理性。

2.6 拔管

以管長(zhǎng)的1/3為基準(zhǔn)，若灌入的碎石高度超過(guò)該值，則滿足拔管條件，要求單次上拔量約為1m，拔管必須做到勻速，具體為1.5～3m/min，留振10～20s，要求振動(dòng)作業(yè)在各個(gè)施工時(shí)段具有均勻性。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)安排專員記錄信息，如碎石灌入量、拔管速度等，形成完整的施工日志。在下次拔管前安排人員完成碎石的灌入作業(yè)，每1m樁長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的灌入碎石量設(shè)定為0.24m3，遵循拔管、壓管、振密、灌入碎石的工藝流程，經(jīng)施工后最終到達(dá)樁頂即可。

2.7 成樁、樁基移位

首根樁成樁后，應(yīng)將打樁機(jī)轉(zhuǎn)移到下一施工樁位處，采用上述提及的方法施工作業(yè)，各樁施工時(shí)均要將信息完整記錄。

2.8 質(zhì)量檢測(cè)

碎石樁施工控制指標(biāo)較多，總結(jié)出各項(xiàng)指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，具體如表1所示。

（1）利用鋼卷尺工具可完成對(duì)樁長(zhǎng)、樁徑與樁距3項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量，使用吊線錘檢驗(yàn)樁的豎直度，碎石灌入量則通過(guò)鏟斗計(jì)量。

（2）成樁30d后，應(yīng)檢測(cè)樁身的密實(shí)度。此處采取的是重型動(dòng)力觸探的方式，貫入量100mm，并滿足錘擊數(shù)至少為5擊的要求。

（3）成樁30d后，要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)評(píng)定樁間土的施工狀況，嚴(yán)格控制檢驗(yàn)深度，不可比地基深度小。

表1 碎石樁施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)表

（4）成樁30d后，應(yīng)組織載荷試驗(yàn)，通過(guò)此方式檢驗(yàn)樁和復(fù)合地基兩部分所具備的承載力。根據(jù)沿海地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，要求單樁承載力為95kN，復(fù)合地基承載力為150kPa。檢驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的信息都要得到完整記錄，若檢測(cè)結(jié)果偏離設(shè)計(jì)值，要靈活調(diào)整沉樁工藝，并再次檢驗(yàn)試樁施工質(zhì)量，最終各項(xiàng)指標(biāo)均要與設(shè)計(jì)要求相符。

3 碎石樁施工過(guò)程質(zhì)量要點(diǎn)

（1）起重設(shè)備工作過(guò)程中要具有平穩(wěn)性，導(dǎo)向架與地面始終保持相垂直的空間關(guān)系，偏角不大于1.5%；檢驗(yàn)成孔中心，要求與設(shè)計(jì)樁位產(chǎn)生的偏差不大于50mm，且樁徑偏差不大于±20mm[3]。

（2）反插作業(yè)區(qū)域?yàn)闃兜?.5m以內(nèi)，目的在于擴(kuò)大樁的端部斷面；穿過(guò)淤泥夾層等地質(zhì)狀況特殊的區(qū)域時(shí)，需適當(dāng)放慢拔管速度，且在原基礎(chǔ)上減少拔管高度。

（3）提升與反插均要遵循速度均勻的原則。

（4）樁管內(nèi)有填料時(shí)才具備振動(dòng)拔管的條件，避免斷樁現(xiàn)象。

（5）振動(dòng)成樁至地面時(shí)，施工人員需向下復(fù)振1m，此舉目的在于提升地表處樁結(jié)構(gòu)的完整性，避免凹樁。

（6）檢驗(yàn)實(shí)際灌入量，若未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則要將樁管打入，向其中補(bǔ)充適量碎石后再次復(fù)打；除此之外，在旁邊補(bǔ)樁也是可行的方式。

（7）結(jié)束樁頂施工作業(yè)后，應(yīng)及時(shí)清掃頂部松散土。以施工進(jìn)度安排為基本指導(dǎo)，每日開工前復(fù)核樁機(jī)，若存在異常之處需分析原因并采取處理措施，在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能縮短施工時(shí)間，以提升工程效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

軟土地基施工條件欠佳，設(shè)置碎石樁可有效提升地基的穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)軟土的加固處理，形成穩(wěn)定性較好的復(fù)合地基，為施工作業(yè)創(chuàng)造良好條件。文章從工程實(shí)例出發(fā)，結(jié)合沿海地區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況分析碎石樁施工的基本工藝特點(diǎn)，為其他類似地質(zhì)的項(xiàng)目提供施工前的方案試驗(yàn)段比選，在提高施工效率、降低施工成本、保證施工質(zhì)量等方面提前考慮規(guī)劃，從而保證碎石樁施工的順利進(jìn)展。