柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基施工技術(shù)研究與應(yīng)用

張雅明

【摘? 要】以北京市門頭溝區(qū)S1線組團(tuán)01、02、03地塊市政配套工程為例，介紹了在工程建設(shè)中地基承載力不足且液化指數(shù)較大的情況下，采用柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基布置結(jié)構(gòu)形式，對雜填土進(jìn)行密實(shí)加固處理，并通過靜載試驗(yàn)、重Ⅱ型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)、密實(shí)度檢測滿足設(shè)計(jì)要求。為以后的類似工程奠定了基礎(chǔ)，是值得推廣的施工方法。

【關(guān)鍵詞】柱錘沖擴(kuò)碎石樁;承載力;液化指數(shù);應(yīng)用

引言

在地基處理施工過程中，復(fù)合地基布置結(jié)構(gòu)在處理場地液化沉陷以及在滿足地基承載力大小上扮演著重要的角色。在選擇地基處理方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮場地工程的地質(zhì)條件，和水文地質(zhì)條件，建構(gòu)筑物對地基要求，結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)形式，周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況，施工條件等因素，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較分析后擇優(yōu)采用。因此，柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基在工程應(yīng)用中意義重大。

同時(shí)根據(jù)對國內(nèi)目前同類工程施工方法的調(diào)查，地基處理的處理方法有：（1）將土層開挖清除，置入其他強(qiáng)度較高、防滲性能良好的材料。（2）柱錘沖擴(kuò)碎石樁法擠密。（3）設(shè)置砂樁或灰土樁。結(jié)合本工程的地質(zhì)條件，采用柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基施工技術(shù)。

1.工程概況

門頭溝區(qū)S1線01、02、03地塊市政配套工程場地位于北京市門頭溝區(qū)龍林路北側(cè)，石龍南路東側(cè)。共包括五條道路，分別為東西向的雅安路、美安路，上園路、新24路、新25路。具體位置參見圖1。

2.地質(zhì)條件

依據(jù)巖土勘察報(bào)告，勘探深度范圍內(nèi)（最深24.00m）的地層，按成因類型、沉積年代可劃分為人工堆積層、新近沉積層及一般第四紀(jì)沖洪積層三大類，按地層巖性及工程特性進(jìn)一步劃分為4個(gè)大層及亞層，現(xiàn)分述如下：

（1）人工堆積層。①層粉土-粉質(zhì)黏土素填土：黃褐色，稍密，稍濕。含灰渣、磚渣、植物根系等。

①1層雜填土：雜色，稍密，稍濕。含磚渣、碎石，建筑垃圾等。

①2層卵石填土：雜色，稍密，稍濕。以卵石為主，含磚塊、碎石等。

①3層細(xì)砂填土：黃褐色，稍密，稍濕，以細(xì)砂為主，含磚塊、碎石等。

（2）新近沉積層。①層粉土：褐黃色，中密-密實(shí)，稍濕-濕。含云母、氧化鐵等。

①1層粉質(zhì)黏土：褐黃色，可塑-硬塑，很濕。含云母、氧化鐵等。

①2層細(xì)砂-中砂：褐黃色，稍密，稍濕。主要成分為云母、石英、長石等。

（3）第四紀(jì)沉積層。③層卵石：雜色，中密，稍濕。鉆探揭露D大>14cm，D一般=4～6cm，亞圓形，級配較好，中粗砂充填，含砂量約30%～35%。

③1層細(xì)砂：褐黃色，中密，稍濕。主要成分為云母、石英、長石等。

④層卵石：雜色，密實(shí)，稍濕。鉆探揭露D大>18cm，D一般=6～8cm，亞圓形，級配較好，中粗砂充填，含砂量約30%～35%。

④1層細(xì)砂：褐黃色，密實(shí)，稍濕。主要成分為云母、石英、長石等。

3.柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工工藝

3.1柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)及布置方案

設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）碎石樁采用正三角形布置，樁徑0.8m，中心距2.1m，設(shè)計(jì)施工樁長32m～46m。樁位布置圖如圖2。

（2）碎石樁布設(shè)在道路結(jié)構(gòu)以下，樁頂設(shè)置0.3m厚的碎石褥墊層。

（3）以第③或④層卵石為樁端持力層;

（4）碎石樁成樁材料以粒徑19～63mm的硬質(zhì)巖的碎石或卵石為主，可部分摻砂，含泥量小于10%，不得采用強(qiáng)風(fēng)化巖或軟質(zhì)巖石料。

4.復(fù)合地基施工方法及試驗(yàn)方法

4.1復(fù)合地基施工方法

（1）清理平整施工場地，在裝點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)采用人工開挖深度不小于1.5m，寬度0.8m的探溝;確認(rèn)地下無管線、電力、電信等物后方可施工，現(xiàn)場達(dá)到“三通一平”要求。

（2）夯機(jī)就位，使柱錘對準(zhǔn)樁位，施工時(shí)樁位放線在地面上撒白灰線，或在樁位處用短鋼釬擊深200mm，然后灌入白灰，以保證樁點(diǎn)要醒目、持久，以防漏樁。樁頂標(biāo)高以上要預(yù)留60～70cm，以便后期的墊層的鋪設(shè)。

（3）柱錘沖孔：根據(jù)土質(zhì)及地下水情況可分別采用下述二種成孔方式。

①沖擊成孔：將柱錘提升一定高度，自動(dòng)脫鉤下落沖擊土層，如此反復(fù)沖擊，接近設(shè)計(jì)成孔深度時(shí)，可在孔內(nèi)填少量碎石繼續(xù)沖擊，直到孔底被夯實(shí)。

②填料沖擊成孔：成孔時(shí)出現(xiàn)縮頸或坍孔時(shí)，可分次填入碎石，邊沖擊邊將填料擠入孔壁及孔底，當(dāng)孔底接近設(shè)計(jì)成孔深度時(shí)，夯入部分碎石擠密樁端土。

③二次復(fù)打成孔：當(dāng)采用填料沖擊成孔施工工藝也不能保證孔壁直立、不坍孔、不縮頸時(shí)，應(yīng)采用本方案。在每一次沖擴(kuò)時(shí)，填料以碎磚、生石灰為主，根據(jù)土質(zhì)不同采用不同配比，其目的是吸收土壤中水分，改善原土性狀。當(dāng)坍孔嚴(yán)重難以成孔時(shí)，可提錘反復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)孔深，然后分次填入碎磚和生石灰塊，待孔內(nèi)生石灰吸水膨脹、樁間土性質(zhì)有所改善后，再進(jìn)行二次沖擊復(fù)打成孔。

當(dāng)采用上述方法仍難以成孔時(shí)，也可采用套管成孔，即用柱錘邊沖擊邊將套管壓入土中，直至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（4）成樁：用標(biāo)準(zhǔn)料斗或運(yùn)料車將拌合好的填料分層填入樁孔夯實(shí)。當(dāng)采用套管成孔時(shí)，邊分層填料夯實(shí)，邊將套管拔出。錘的質(zhì)量、錘長、落距、分層填料量、分層夯填度、夯擊次料、總填料量等應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)或當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高以上至少0.5m，當(dāng)不能滿足時(shí)，應(yīng)進(jìn)行夯實(shí)或采用局部換填處理。其上部樁孔宜用原槽土夯封。施工中應(yīng)做好記錄，并對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)進(jìn)行處理。

（5）施工機(jī)具移位，重復(fù)上述步驟進(jìn)行下一根樁施工。

4.2檢測試驗(yàn)方法

（1）復(fù)合地基的靜載試驗(yàn)：靜載試驗(yàn)是在原位條件下，逐級施加模擬建構(gòu)筑的實(shí)際荷載并同時(shí)觀測地基相應(yīng)變形的一種原位檢測方法。試驗(yàn)加載裝置采用油壓千斤頂。試驗(yàn)的反力裝置采用壓重平臺裝置，壓重物采用預(yù)制砼塊，壓重量不少于預(yù)定最大試驗(yàn)荷載的1.2倍，壓重在檢測前一次加上，并均勻穩(wěn)固放于平臺上。本項(xiàng)目試驗(yàn)承壓板面積5.76m2，最大加載量1040kN。加載等級分為8級，每加一級荷載Q，在加荷前后各讀記一次壓板沉降量，以后每隔30分鐘測讀一次，當(dāng)1小時(shí)內(nèi)沉降量小于0.1mm時(shí)，可以加下一級荷載。

（2）重Ⅱ型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)：重Ⅱ型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)是利用一定的錘擊動(dòng)能，將一定規(guī)格的探頭打入土中，然后依據(jù)貫入擊數(shù)判別土層的密實(shí)情況。本次試驗(yàn)采用重型Ⅱ型動(dòng)力觸探來評價(jià)碎石樁樁體的密實(shí)度。

5.試驗(yàn)結(jié)果與分析

5.1復(fù)合地基靜載試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)量不應(yīng)少于3點(diǎn)，當(dāng)滿足其極差不超過平均值的30%時(shí)，可取其平均值為復(fù)合地基承載力特征值。所以本工程選取了點(diǎn)位為60、97以及139來進(jìn)行靜載試驗(yàn)結(jié)果檢測，碎石樁復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到90KPa，其相應(yīng)承載力特征值沉降量均小于最大加載時(shí)沉降量，均滿足設(shè)計(jì)要求。檢測結(jié)果如表1所示。

5.2重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)《重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)規(guī)范》，重型動(dòng)力觸探的標(biāo)準(zhǔn)貫入量為10cm，且重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)碎石樁體的密實(shí)狀況判定依據(jù)表2進(jìn)行。

本工程選取孔號為70、100以及148進(jìn)行樁身和樁間土重Ⅱ型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，樁身檢測的動(dòng)力觸探深度分別為6.5m、5.5m以及6.5m，試驗(yàn)結(jié)果表明：所檢測碎石樁在檢測范圍內(nèi)，樁體密實(shí)度為密實(shí)。碎石樁樁間土的實(shí)測擊數(shù)均≥2擊，滿足設(shè)計(jì)要求。檢測結(jié)果如表3。

6.結(jié)論

本工程采用“柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基結(jié)構(gòu)”滿足了地基承載力的要求，提高了填土層區(qū)域的承載力，為后續(xù)的類似施工奠定了基礎(chǔ)。

單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)中，柱錘沖擴(kuò)碎石樁復(fù)合地基承載力特征值達(dá)到90kPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

樁體重Ⅱ型動(dòng)力觸探試驗(yàn)中，所檢測碎石樁在檢測范圍內(nèi)，樁體密實(shí)度為密實(shí)。且樁間土重Ⅱ型動(dòng)力觸探試驗(yàn)中，所檢測處理后的樁間雜填土實(shí)測擊數(shù)均≥2擊，滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

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