擠密砂樁在軟土地基處理實例及分析

陳 華

（福建路信交通建設監(jiān)理有限公司， 福建 福州 350000）

1 工程概況

福州沿海地區(qū)某施工合同段位于福建省福州市馬尾區(qū)瑯岐鎮(zhèn)海嶼村，與瑯岐江濱路連接。本項目軟土路基段落為AK0+000～AK1+106、BK0+501.7～BK0+566.3、CK0+000～CK0+065.3、DK0+078.8～DK0+145.2、EK0+475～EK0+502.1、CQK0+000～CQK0+325.379,路基填土高度1.29m～7.49m，填筑寬度為14m～62m，全長1129.4m，軟基處理面積36642.4平方米。

2 設計要求

軟土地基處理的目的是同時滿足穩(wěn)定性要求和沉降要求。

3 試樁施工及結果分析

正式施工開始前，結合現(xiàn)場實際地址情況，現(xiàn)場組織了多種軟基處理方式施工，現(xiàn)場施工情況及結果分析分別總結如下：

3.1 CFG樁（長螺旋鉆桿）：

3.1.1 現(xiàn)場施工情況：

1）2016年7月4日項目部在互通軟基試樁場地進行了CFG樁工藝性試樁，設計樁長9m，混凝土坍落度140mm～180mm，現(xiàn)場嚴格控制提管速度以滿足規(guī)范要求，為保證樁頂混凝土工程質量，樁身現(xiàn)場按超灌0.5m控制。

2）現(xiàn)場試樁施工中，通過記錄長螺旋鉆桿提升帶出的實際土層，確定地表下0.5m～5.9m為流塑狀淤泥、流動性較大，層厚5.4m，試驗室對現(xiàn)場鉆取的流塑狀淤泥進行試驗，含水率70.4%、液性指數(shù)1.76、塑性指數(shù)20.49，與設計地勘資料基本相符。

3）試樁施工中，CFG樁6根樁設計C15混凝土7.2m3，現(xiàn)場施工灌注混凝土方量為17m3，超灌136%，充盈系數(shù)為2.36，超灌率較大。根據(jù)現(xiàn)場施工和地質情況初步判斷，超方嚴重與流動性較大的流塑狀淤泥地質有關。鉆進過程中孔壁淤泥流入孔內，造成CFG樁孔徑變大，同時泵壓混凝土擠入孔壁外側淤泥空腔中，造成較大超方。初步判斷流塑狀淤泥可能局部侵入樁身，存在樁身夾泥、混凝土離散，需通過樁基檢測確認成樁質量。

3.1.2 CFG樁檢測及試樁結論：

本合同段委托福建省交通科研所于7月13日，在業(yè)主、設計、監(jiān)理和施工單位四方見證下對CFG試樁進行了小應變檢測，現(xiàn)場檢測波形顯示CFG樁0～6m淤泥層樁身顯示波列抖動異常，通過波形判斷試樁樁身完整性類別為Ⅳ類樁（樁身有嚴重缺陷或斷樁），檢測人員建議通過樁身取芯進一步驗證樁基完整性及CFG樁成樁情況。

7月15 日委托有相應檢測資質的第三方檢測單位對CFG樁進行了取芯，通過芯樣判斷樁身完整性，四方現(xiàn)場見證了CFG試樁1～3#、2～3#樁鉆芯。鉆芯情況為：

1）2 ～3 #樁取芯鉆孔深度3.9m，0～2.37m段芯樣連續(xù)、完整、膠結較好，芯樣側表面粗糙，骨料分布基本均勻；2.37m～3.9m段芯樣離析、不連續(xù)，骨料松散，部分嚴重離析呈現(xiàn)為泥沙和少量碎石，膠結差。

2）1 ～3 #樁鉆孔深度為2.9m，在芯樣2.9m處出現(xiàn)芯樣不連續(xù)、大部分嚴重離析，膠結差，骨料松散。

根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106～2014）標準、設計圖紙和CFG樁相關規(guī)范要求，通過CFG試樁低應變檢測和現(xiàn)場取芯檢驗報告判斷：CFG試樁1～3#和2～3#樁不成樁或成樁較破碎，CFG樁軟基處理方法不適用于本項目軟基海積淤泥地質。

3.2 高壓旋噴樁：

3.2.1 現(xiàn)場施工情況：

1）2016年7月7日項目部在互通軟基試樁場地進行了高壓旋噴樁工藝性試樁，設計樁長9m，為保證成樁效果實際超鉆0.5m，按照0.8:1和1:1水灰比，分別選取170kg/m、190kg/m、210kg/m三種水泥用量，噴漿壓力及提鉆速度按照相關規(guī)范要求選取。

2）現(xiàn)場試樁施工中，通過記錄鉆機鉆桿帶出的實際土層，確定地表下0.4m～5.8m為流塑狀淤泥、流動性較大，層厚5.4m，試驗室對現(xiàn)場流塑狀淤泥取樣進行試驗，含水率70.4%、液性指數(shù)1.76、塑性指數(shù)20.49，與設計地勘資料基本相符。高壓旋噴樁試樁工藝參數(shù)見表1。

表1 高壓旋噴樁試樁工藝參數(shù)表

3.2.2 高壓旋噴樁檢測及試樁結論：

本合同段委托第三方樁基檢測單位于7月15日，在業(yè)主、監(jiān)理和施工單位三方見證下對高壓旋噴樁進行了鉆芯取樣驗證成樁效果及樁身完整性，三方現(xiàn)場見證對1～2#和3～2#樁進行鉆芯取樣。

1）3 ～2 #樁設計樁長9m，水泥漿水灰比為1:1，每米水泥用量210kg，取芯鉆孔深度5.5m，0～2.97m水泥土芯樣連續(xù)、完整、膠結較好，芯樣側表面較光滑，水泥土攪拌基本均勻，斷口基本吻合，芯樣呈短柱狀；2.97m～5.5m段水泥土芯樣松散。

2）1 ～2 #樁設計樁長9m，水泥漿水灰比為0.8:1，每米水泥用量190kg，取芯鉆孔深度8.4m，0～3.8m水泥土芯樣連續(xù)、完整、膠結較好，芯樣側表面較光滑，水泥土攪拌基本均勻，斷口基本吻合，芯樣呈短柱狀；3.8m～8.4m段水泥土芯樣松散。

根據(jù)《建筑基樁檢測技術規(guī)范》（JGJ106～2014）標準和高壓旋噴樁施工相關規(guī)范要求，現(xiàn)場通過芯樣判斷高壓旋噴樁試樁1～2#和3～2#樁在淤泥層成樁效果較好，砂層段旋噴水泥漿未能達到設計加固效果，通過芯樣現(xiàn)場判斷高壓旋噴樁在本項目軟基富水砂層中無法成樁，高壓旋噴樁軟基加固施工工藝不適用于本項目軟基處理。

3.3 擠密砂樁：

3.3.1 現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)分析

通過對已施工的擠密砂樁試驗樁進行試樁檢測，并根據(jù)現(xiàn)場施工人員的原始記錄及監(jiān)測記錄，計算出每個施工工序時間和每次上料工程量，以確保施工過程中對拔管速度、灌砂量等原始數(shù)據(jù)符合要求。

在試樁施工中，為更好的區(qū)分拔管速度對成樁質量的影響，分別選擇0.8m/min、1.0m/min、1.2m/min、1.4m/min、1.7m/min、2.0m/min共計6種拔管的速度進行，每兩根樁分別進行了1種拔管速度的試樁，共計12根。本次擠密砂樁試驗樁原設計灌注量為29.04m3，但現(xiàn)場施工實際灌注量為41.6m3，超灌43%，充盈系數(shù)為1.43。

3.3.2 試樁結果及分析

根據(jù)28天齡期的檢測結果，其單樁承載力、標準貫入度及復合地基承載力三項指標及各項質量檢測數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范和設計要求。

經(jīng)過對現(xiàn)場試樁所選用的拔管速度和充盈系數(shù)的對比分析發(fā)現(xiàn)，拔管速度和充盈系數(shù)成反比關系，即隨著拔管速度的增加，充盈系數(shù)不斷減小，并且在拔管速度為1.7m/min時，充盈系數(shù)為1.40左右，拔管速度為1.4m/min時，充盈系數(shù)為1.42左右，符合設計對充盈系數(shù)的要求。結合以上結論并結合現(xiàn)場人員、機械及平均充盈系數(shù)等實際施工情況，確定在大面積擠密砂樁施工過程中拔管速度為1.4m/min。

4 擠密砂樁施工

4.1 施工準備

1）編制擠密砂樁施工技術方案并上報監(jiān)理工程師批復。并在施工前繪制好施工區(qū)域樁位平面圖，并按施工順序編號標識。

2）整理施工材料堆放場地，做到場地平整、無積水。

3）按施工圖要求對樁位、樁間距的分布形式進行布控。本標段砂樁樁徑Ф500mm,樁距1.2m～1.5m不等,樁位在平面上呈三角形(布樁圖均可清楚體現(xiàn))。

4）根據(jù)本項目的地質情況、樁徑及樁長,合理選擇擬投入的機械設備。本標段選用DZ90KS振動沉樁機,內置平底活頁式樁尖,并設有二次投料口。原材料應采用滲水率較高的潔凈中粗砂，不得采用海砂、山砂等不符合規(guī)范要求的材料。

4.2 擠密砂樁施工工藝流程

施工準備（機具、設備安裝調試、砂料檢驗及儲備、地表土清理、組裝調試、測量放樣定位、繪制樁位平面圖）→擠密砂樁就位→沉管成孔→制樁（下料、振動擠密、至孔口標高）→移動樁機到下一孔位→檢樁→堆載、卸載→沉降、位移現(xiàn)場監(jiān)測。

5 常見質量問題及預防措施

5.1 樁身不密實

5.1.1 原因分析

灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，成樁樁身密實度不足，引起疏松現(xiàn)象。

5.1.2 預防措施

按照設計要求嚴格控制投砂量和拔管速度，樁管內的加水量必須充足，確保管內砂料振動密實，定期對樁機振動設備進行保養(yǎng)檢修，防止機械振動力不足。

5.2 樁身傾斜

5.2.1 原因分析

沉樁時樁管豎直度不夠，或受鄰樁振沖影響，容易引起已成砂樁傾斜。

5.2.2 預防措施

1）沉樁時要現(xiàn)場校正樁管豎直度，對于偏差值大于規(guī)范要求的，應及時調整機身。

2）按規(guī)范要求布置樁位及打樁順序，相鄰樁采用間隔跳躍施工，避免因相互間振動對樁身豎直度造成影響。

3）施工前按規(guī)范要求，對施工場地進行平整，壓路機振壓密實，避免樁機鉆孔時產(chǎn)生不均勻沉降造成機身偏斜。

5.3 短樁

5.3.1 原因分析

1）樁底空松、樁底端砂料偏少或無料會引起短樁。

2）沉管時遭遇局部硬土層或孤石，處理不當也會造成樁長不夠。

5.3.2 預防措施

1）拔管前必須保證管內灌滿砂料，并留振1min，確保砂料填滿孔底。在拔管過程中若發(fā)現(xiàn)下料不足，應及時補充填料，確保樁長達到設計要求。

2）沉管成孔時，遇到硬土層或孤石，應立即停機，向現(xiàn)場監(jiān)理上報情況，拔出沉管，在樁位旁邊試打，確定硬土層范圍，報請設計及業(yè)主進行樁長樁位變更或采取其他措施。

5.4 斷樁

5.4.1 原因分析

斷樁是擠密砂樁施工中常見的病害，造成的原因有塌孔、沉管活頁打不開等。

5.4.2 預防措施

1）嚴格按照工藝性試樁及規(guī)范要求，嚴格控制拔管速度，確保砂料及時填充密實。禁止在管內無料時進行空振，造成塌孔。

2）對沉管底部活頁經(jīng)常進行檢修，確保施工時開合順暢。

5.5 堵管

5.5.1 原因分析

1）樁機活頁開啟不靈活，造成砂料下料困難。

2）施工現(xiàn)場砂料含水量較大，易造成樁機管內的砂結塊成團并在施工過程中堆積密實，造成堵管。

3）現(xiàn)場裝載機鏟運砂料時，帶進泥團，造成堵管。

5.5.2 預防措施

1）樁管就位沉管前，先行向管內灌注部分砂料，防止淤泥擠入樁底活頁縫隙。

2）下雨天砂含水量大，一次性下料量不宜超過1.5m3（具體根據(jù)現(xiàn)場情況而定，當發(fā)生堵管時，及時調整一次性下料量），下料拔管過程中，同時向管內充水，確保砂料全部沉入孔中。

3）砂料按規(guī)范要求檢驗合格后方可進場，確保堆放場地預先清理干凈，確保無雜物、泥團混入。若現(xiàn)場砂料中混入泥團等雜物，灌砂前一定要將泥團等清理出來，防止堵管。

6 擠密砂樁檢測及軟基沉降監(jiān)控量測

本標段擠密砂樁質量檢測依據(jù)設計圖紙要求，采用靜力觸探作為擠密砂樁質量的主要檢測手段，輔助配合的還有尺量樁徑，檢查施工記錄等。

靜力觸探抽檢頻率為2%，在實際抽檢過程中，各段落擠密砂樁靜力觸探合格率均能達到設計及規(guī)范要求。擠密砂樁施工結束后在路基填筑之前設置測點進行軟基沉降監(jiān)控量測，自2017年3月起至8月止，四個檢測階段期間，各監(jiān)測點均未超出預警值，第一次沉降量稍大，后期沉降量趨于平緩；水平位移監(jiān)測點（相對初測）位移變化量較小，未見明顯發(fā)展，現(xiàn)場巡邏均未發(fā)現(xiàn)路基病害。

7 結束語

通過此次試樁試驗表明擠密砂樁應采用透水性較好的中粗砂，它的主要作用是具備較好的排水固結作用，對改善擠密砂樁與周邊介質的性能，提高施工區(qū)域整體的地基復合承載力具有相當成效。擠密砂樁施工后，樁與樁之間，樁與周邊土體之間進一步受到擠壓密實,復合地基承載力得到進一步提高,在實際工程實施過程中，可結合工程地質及施工前的試樁分析總結情況，來確定具體的砂樁施工工藝參數(shù)，使其處理效果符合設計及規(guī)范要求。