振沖碎石樁在復(fù)合地基處理中的應(yīng)用

陳志闊 周宗博 侯金辰

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

振沖碎石樁復(fù)合地基在施工過程中對松軟地層的處理突顯出了其優(yōu)勢，在我國的現(xiàn)代化建設(shè)過程中日益被廣泛應(yīng)用，并取得顯著的成就[1]。振沖碎石樁作為水利工程較為常規(guī)的地基處理技術(shù)，目前已較為成熟[2-5]。

振沖碎石樁改善砂類土性的一個(gè)很主要的作用，即振擠密實(shí)效應(yīng)。土中細(xì)粒（粒徑0.074 mm）質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過10%時(shí)，能獲得很滿意的效果；若細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%，則振沖密實(shí)效果將明顯降低[6]。因此在地質(zhì)情況較為復(fù)雜，存在大量大孤石、卵石層、溶槽、溶洞及起伏落差明顯的基巖時(shí)，振沖碎石樁施工會受到極大的阻礙，嚴(yán)重影響整個(gè)工程的工期。針對此情況，本文提出了一系列解決方案，為以后類似工程提供了一套完整的參考工法。

1 工程概況

都江堰市二號攔河閘位于都江堰市青城大橋下游3 050 m，橋閘長344 m，閘前最大水深9 m，建成后將形成41萬 m2水域面積。

工程主要分部工程包括基礎(chǔ)工程、防滲墻、閘室段、交通橋、海漫、防沖板、消力池、翼墻、金屬閘門等，工程分為左岸和右岸兩期施工。攔河閘閘室、兩岸岸墻基礎(chǔ)的振沖碎石樁呈等邊三角形布置，樁距1.5 m。

上游翼墻基礎(chǔ)的振沖碎石樁呈梅花形或等邊三角形布置，樁距1.5 m。下游翼墻基礎(chǔ)的振沖碎石樁呈梅花形布置，孔、排距1.6 m。振沖碎石樁應(yīng)穿透含礫粉質(zhì)黏土層及卵石層，樁端深入全風(fēng)化礫巖層30～50 cm；兩岸岸墻及上、下游翼墻范圍振沖碎石樁樁長隨地下基巖的起伏而變化，并且樁端深入全風(fēng)化礫巖層30～50 cm，如礫巖線較深，則樁端底部高程按不低于665.00 m高程控制。兩期共需施工振沖碎石樁總長度約119 000 m。振沖碎石樁分布如圖1所示。

圖1 振沖碎石樁總體分布

2 振沖碎石樁原理及其常規(guī)施工流程

振沖碎石樁是指利用振動水沖法施工工藝，在地基中制成很多以石料組成的樁體。樁與原地基土共同構(gòu)成復(fù)合地基，可提高石土密實(shí)度，消除地基土液化，以提高地基承載力。振沖碎石樁是復(fù)合地基基礎(chǔ)，對樁間土不起明顯的排水固結(jié)和加密作用，它是通過碎石樁對原地基土的置換，使碎石體在原地基土中起加筋作用?？繕扼w比周圍土的剛度大，使地基應(yīng)力向碎石樁集中，降低在樁周土上的附加應(yīng)力，提高整個(gè)復(fù)合地基承載力，降低壓縮性。

振沖碎石樁施工參數(shù)為：留振時(shí)間8～10 s，造孔水壓0.9～1.2 MPa，填料水壓0.8～1.1 MPa，加密段長度0.3～0.5 m，加密電流200～260 A。振沖碎石樁施工流程為：施工場地清理、整平→測量放樣、布置樁位→樁機(jī)就位、調(diào)平→造孔→清孔→填碎石料→振動擠密填料→碎石樁成形→碎石樁檢驗(yàn)。

3 地基處理措施

振沖碎石樁地基處理一般適用于擠密松散砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、素填土和雜填土等地基。但本工程相較于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)地質(zhì)情況，屬于較特殊情況，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，基巖在垂直方向上起伏較大，局部存在大面積深度為80 m的溶槽，并且地基土體富含卵石，面層卵石層相對較厚，最大卵石層厚度達(dá)到8 m，如對4 m卵石層引孔則需要6 h左右，嚴(yán)重影響了振沖碎石樁的施工效率，并且在振沖碎石樁施工過程中，由于振沖器總長28 m（最大成樁深度27.5 m），導(dǎo)致相當(dāng)一部分振沖碎石樁施工深度未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且無法準(zhǔn)確判斷是否進(jìn)入基巖，如若按常規(guī)施工處理方法，則無法完全滿足設(shè)計(jì)與施工要求。本工程復(fù)合地基處理技術(shù)主要對樁身深度為0～4.0 m、4.0～10.0 m、10.0～27.5 m及大于27.5 m的振沖碎石樁分別進(jìn)行地基處理，通過將不同區(qū)域的地基問題進(jìn)行細(xì)化，采取不同的處理措施，最終達(dá)到設(shè)計(jì)對單樁承載力及復(fù)合地基壓縮模量的要求，為上部結(jié)構(gòu)的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。閘室段基巖起伏斷面如圖2所示。

圖2 閘室段基巖起伏斷面示意

3.1 卵石層換填

現(xiàn)場卵石層厚度最大達(dá)到8 m，經(jīng)現(xiàn)場引孔試驗(yàn)，進(jìn)尺速度為1.5 h/m，嚴(yán)重影響施工效率，經(jīng)換填后，振沖器直接進(jìn)尺速度提升到10 min/m。

由于地面以下4.5 m存在水層，故選擇對深度4 m內(nèi)的卵石層進(jìn)行換填，以保證振沖碎石樁進(jìn)尺速度。換填料為黏土并摻加30%～40%砂卵石料，黏土料可采用施工現(xiàn)場開挖含礫粉質(zhì)黏土，其含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%，砂卵石料粒徑宜為20～100 mm，粒徑5～20 mm含量不大于20%，80～100 mm粒徑含量不大于15%，最大粒徑不大于100 mm，可選用河內(nèi)卵石進(jìn)行篩分選料。

施工時(shí)應(yīng)分4層進(jìn)行填筑，每層1 m，碾壓3～5遍，施工時(shí)砂卵石不應(yīng)集中，填筑壓實(shí)度不小于96%。卵石層剖面如圖3所示。

圖3 卵石層剖面示意

3.2 旋噴補(bǔ)強(qiáng)

對于低于4 m就無法進(jìn)尺、深度小于27.5 m的樁體地基部分，由于表面土質(zhì)較為疏松，導(dǎo)致樁身擠密效果不明顯，承載力無法滿足要求，則按不成樁處理，后期對其每個(gè)樁位采用旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理（圖4），以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。攔河閘閘室段綜合判斷沒有入巖的振沖碎石樁，需要高壓旋噴樁加密補(bǔ)打，高壓旋噴樁入巖20 cm且不小于22 m；岸墻及翼墻段入巖20 cm且不小于15 m；灌漿范圍為孔底至該部位振沖碎石樁底部以上50 cm（圖5），上部鉆孔用碎石填實(shí)。

圖4 樁身小于4 m振沖碎石樁

圖5 未入巖振沖碎石樁補(bǔ)強(qiáng)

高壓旋噴樁參數(shù)為：樁徑1 m，水灰比0.6∶1.0，旋噴樁凝固體28 d抗壓強(qiáng)度≥4.5 MPa。

對于4～10 m的樁體，推斷可能因?yàn)榈撞看嬖诖蠊率?，?dǎo)致無法繼續(xù)進(jìn)尺，后期需要通過靜載檢測，對于不滿足設(shè)計(jì)承載力要求的樁體，則通過旋噴樁對該樁體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

3.3 縮小樁間距，改端承樁為摩擦樁

振沖器最大長度為28 m（最大成樁深度為27.5 m），局部區(qū)域基巖深度達(dá)到80 m，顯然無法滿足設(shè)計(jì)進(jìn)入基巖的要求。對于該區(qū)域的振沖碎石樁樁體，基巖埋深較深（＞28 m），振沖器無法到達(dá)基巖位置，其成樁樁身最大深度為27.5 m。同時(shí)縮小樁間距（圖6），將端承樁改為摩擦樁，以使樁身承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

調(diào)整振沖碎石樁參數(shù)：樁徑1 m，調(diào)整間距為最大1.5 m，最小1.3 m，樁體深度27.5 m。

圖6 修改后局部樁間距示意

3.4 振沖器續(xù)振

經(jīng)換填后，振沖器仍無法打入，且深度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的振沖碎石樁，以續(xù)振15～30 min為依據(jù)，如果經(jīng)過續(xù)振后仍無進(jìn)尺，則表示該區(qū)域密實(shí)度已滿足要求，振沖器已無法繼續(xù)施工，可直接成樁，待后期檢測后再作處理。

4 振沖碎石樁復(fù)合地基承載力要求

攔河閘閘室、兩岸岸墻及上游翼墻地基經(jīng)振沖碎石樁處理后，要求復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力不小于320 kPa，設(shè)計(jì)單樁承載力不小于550 kN，復(fù)合地基壓縮模量不小于25 MPa；下游兩側(cè)翼墻經(jīng)振沖碎石樁處理后，要求復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力不小于280 kPa，設(shè)計(jì)單樁承載力不小于480 kN，復(fù)合地基壓縮模量不小于20 MPa；高壓旋噴樁設(shè)計(jì)承載力不小于320 kPa，設(shè)計(jì)單樁承載力不小于550 kN，復(fù)合地基壓縮模量不小于25 MPa。

5 常見通病及治理

5.1 樁體密實(shí)度不夠

5.1.1 原因分析

碎石料粒徑不滿足要求。按照設(shè)計(jì)文件要求，碎石料的粒徑應(yīng)保持在20～150 mm之間。但是由于石料緊張，局部碎石料取自現(xiàn)場河道內(nèi)，對其碎石篩選沒有嚴(yán)格控制，導(dǎo)致部分碎石粒徑過大，造成密實(shí)度不滿足要求。

1）單次填料過多，部分樁體在施工過程中單次填料過多，造成振沖密實(shí)過程不充分。

2）留振時(shí)間不夠，每次填料后，應(yīng)保證振沖器的留振時(shí)間，使碎石樁體充分密實(shí)，以達(dá)到密實(shí)度的要求。

5.1.2 處理措施

嚴(yán)格控制碎石料的粒徑，對河道開采的碎石進(jìn)行嚴(yán)格篩選，及時(shí)對損壞的網(wǎng)格進(jìn)行維修更換，保證粒徑均勻。

1）嚴(yán)格控制每次碎石料的加料量，嚴(yán)禁“多料少振”，以便碎石料充分密實(shí)。

2）每次填料后保證足夠的留振時(shí)間，宜8～10 s/次。

5.2 串孔

5.2.1 原因分析

振沖器長度達(dá)到28 m，且由人工對吊車進(jìn)行上下行進(jìn)控制，如若控制不當(dāng)，則吊繩就會過于松弛，導(dǎo)致振沖器傾斜，孔身偏移，從而導(dǎo)致串孔的發(fā)生。

5.2.2 處理措施

加強(qiáng)汽車吊操作人員的培訓(xùn)，設(shè)置觀測人員對振沖器進(jìn)行觀察，嚴(yán)格控制振沖器下降速度及高度，保證整個(gè)施工時(shí)段吊繩不松弛。

6 結(jié)語

1）振沖碎石樁是復(fù)合地基基礎(chǔ)，對樁間土不起明顯的排水固結(jié)和加密作用，它是通過碎石樁對原地基土的置換，使碎石體在原地基土中起加筋作用。

2）通過對不同深度振沖碎石樁分別進(jìn)行地基處理，將不同區(qū)域的地基問題進(jìn)行細(xì)化，采取不同的處理措施，最終達(dá)到設(shè)計(jì)對單樁承載力及復(fù)合地基壓縮模量的要求，為上部結(jié)構(gòu)的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3）攔河閘復(fù)合地基處理施工技術(shù)為存在大量大孤石、卵石層、溶槽、溶洞及起伏落差明顯的基巖地區(qū)提供了解決方案，無論是時(shí)間上還是經(jīng)濟(jì)上，都避免了極大的浪費(fèi)，為以后類似工程提供了一套完整的參考工法。