振動沉管碎石樁在軟基加固中的應(yīng)用

余國凱

安徽省交通建設(shè)股份有限公司 安徽合肥 230041

在軟土地基加固工作中，振動沉管碎石樁是較成熟的方法，該施工工藝簡單、成本低、速度快，并可以有效地加固樁間土壤，代替貧瘠松軟的土壤，提高地基承載力，減少基礎(chǔ)的固結(jié)和沉降現(xiàn)象。因此這種施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

1 關(guān)于振動沉管碎石樁的加固原理

碎石樁的加固可分為兩種功能：壓縮和置換。對于飽和粘性土壤采取替代施工。對于沙質(zhì)土壤采取壓實法施工。粘性不飽和土壤同時具有壓縮和位移兩個特性。通常情況下，飽和土壤的壓實度，隨細顆粒含量增加而降低，而其位移效果隨含量的增加而增加。對于沙子等和不飽和粘性土壤，利用碎石樁技術(shù)進行壓實、排水和預(yù)振，能生產(chǎn)非常好的效果作用。碎石樁對飽和粘性土壤的作用是轉(zhuǎn)換和排水。碎石樁由散裝材料制成，材料本身沒有粘性。樁身強度由土壤和樁身的摩擦力來維持。在支撐頂部載荷的同時，其強度集中在樁頂附近約為樁直徑4倍范圍。同時配有碎石枕，具有良好的過濾性，縮短了土壤排水路徑，提高了土壤固結(jié)速度和整體承載能力。

2 關(guān)于振動沉管碎石樁的加固設(shè)計

振動沉管碎石樁可以有效加固軟土路基，根據(jù)土壤的承載力，有效減少其變形并和地基沉降，增加地基的抗剪強度和穩(wěn)定性。沉管碎石樁加固軟土地基的機理是，對于粘性土壤基礎(chǔ)，由于粘土顆粒的含量比較高，顆粒之間的低滲透性，土壤中的水在振動或壓縮力的作用下不利于排水效果。因此，很難去除振動的卵石樁，所以要對其進行置換。應(yīng)用振動沉管碎石樁，在粘土層形成了良好的排水通道，并縮短水平滲透路徑，使排水過程和土壤固結(jié)變得平穩(wěn)。使基地的穩(wěn)固性得到加強。在淺層軟土層利用碎石樁技術(shù)，可有效穿透整個軟土層。使樁體在載荷下起應(yīng)力集中作用，減輕了對軟弱地基的壓力。與原地基相比，復(fù)合地基的承載力明顯提高，可壓縮性也大幅降低。當軟土層較厚時，振動碎石樁可能無法穿透全部土層。此時的增強復(fù)合地板對土層產(chǎn)生緩沖層用作，以分散載荷，因此提高了基礎(chǔ)的整體載荷能力，就地基應(yīng)力分布趨于均勻。碎石樁應(yīng)用沉管成孔，孔的直徑約50cm，布樁采用正三角形，碎石樁的平均長控制在8.7m，要在樁頂位置鋪設(shè)50cm的碎石及5層加筋格柵，樁的間距為1.5m，施工排距為0.87m。采用粒徑20～80mm的扎制碎石填料，其含泥量小于10%。

3 振動沉管碎石樁的施工準備及工藝流程

靜動力排水固結(jié)法是一種新型的軟土地基處理技術(shù)，具有投資低和工期短的特點。它是在傳統(tǒng)的強夯法及排水固結(jié)法基礎(chǔ)上加以發(fā)展的，它是利用強夯法的機具與排水固結(jié)中排水進行軟土地基處理，如1圖所示。

圖1 排水法原理示意圖

3.1 施工原材料的準備

樁的制造需要使用直徑20至50毫米的碎石，現(xiàn)時泥漿含量要控制在10%以內(nèi)?；炷令A(yù)制樁頭和碎石材料均應(yīng)符合設(shè)計要求。裝載機鏟斗在進行校準，使用體積為0.25立方米的鏟斗[1]。

3.2 設(shè)備和施工隊伍人員進入場地

根據(jù)工程總體施工進度計劃和碎石樁的數(shù)量，選擇合適的工程振動嵌入式管式碎石打樁機。使用打樁機，要配備2名操作人員，搬運工4人還有1臺小型的裝載機[2]。

3.3 碎石樁的制作工藝

根據(jù)振動施工平臺的設(shè)計要求，對振動碎石樁施工場地進行平整，回填物上方至少保持0.5m的高度的具有滲透性較好的材料。樁位置根據(jù)網(wǎng)圖計算控制點坐標設(shè)置，并由專業(yè)的測繪人員確定位置和挖點用木樁進行的定位。然后使用鋼卷尺檢查點附近的樁，并在樁上撒石灰。樁的放樣誤差應(yīng)1.5cm和定位打樁時間要控制在24小時內(nèi)。在施工中，應(yīng)注意防止和控制由標記破壞引起的錯誤樁位置，并適當調(diào)整樁位置偏差。振動鉆錘合格后，沉管在自由狀態(tài)下對準樁的位置，并用錘的重量和沉管的自重緩慢壓入，然后振動錘被驅(qū)動并擰緊，振動下沉。按下鋼絲繩，一次浸入設(shè)計深度，以提高下沉管的效率。當沉管達到設(shè)計深度或?qū)⒊凉軓牡孛胬鰰r，應(yīng)進料或重新裝填材料，并清除孔和管壁中的泥漿，以免混入巖石堆棧的反向插入數(shù)決定了堆棧的緊湊性與反向插入數(shù)之間的關(guān)系，振動產(chǎn)生一個孔后，停止振動并填充材料，直到充滿為止。在振動的同時開始拉動，每個拔管的高度應(yīng)按設(shè)計要求，嚴格控制每米反應(yīng)量。在壓力樁反向放置完成后，將物料填充到地面中，將下沉管放到樁上，擰緊壓力鋼絲繩，對樁施加壓力，并檢查樁頂?shù)母叨?，施工期間的施工記錄應(yīng)做好保存[3]。

4 公路軟基振動沉管碎石樁施工要點及施工方法

4.1 軟基振動沉管碎石樁施工要點

振動沉管碎石樁技術(shù)在軟基處理中的應(yīng)用，應(yīng)充分注意施工點的質(zhì)量。在施工過程中，控制單個樁中的碎石數(shù)量更為重要，這是確保技術(shù)實施的重要環(huán)節(jié)。技術(shù)的應(yīng)用必須與設(shè)計緊密結(jié)合，振動水下碎石樁倒入單個碎石樁時，應(yīng)根據(jù)頻率控制其應(yīng)用。將層需求與數(shù)量注入結(jié)合起來，為了確保澆筑的整體質(zhì)量，必須執(zhí)行相應(yīng)的測試，并且土壤要通過澆筑測試。振動式埋管碎石樁用水量少，泥漿不被熱污染，在軟土地基中，必須弄清楚樁的次序，避免使樁位置偏移現(xiàn)象。在軟土地基的施工中，振動式碎石樁的用水量較低，由于該技術(shù)的應(yīng)用不同于壓實碎石樁，因此樁身不易破碎。為了避免混凝土的初始凝結(jié)過快的情況，必須使用地面泵進行混凝土澆筑，并且泵送管道必須用網(wǎng)眼袋覆蓋，以防止在施工中泵堵塞管道現(xiàn)象。在施工中遇到可液化土層時，應(yīng)通過重復(fù)反向放置來加固鋼筋，以確保填充滿足設(shè)計要求，有助于改善軟土地基過程的質(zhì)量。必須進行相關(guān)的質(zhì)量控制工作，以確保軟土地基上處理振動的碎石樁的效果。

4.2 軟基振動碎石樁施工方法

在軟土地基的處理中，振動預(yù)埋管式碎石樁的應(yīng)用中，要充分注意相關(guān)的損傷步驟。場地平整是相對重要的部分，是工程施工質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。作為振動嵌入式管道碎石的工作平臺，應(yīng)滿足堆積機的實際施工要求。校平后在確定樁的過程中，要測量和堆放碎石樁的位置，計算樁位置控制點的坐標，結(jié)合設(shè)計圖檢查并進行控制。并使用卷尺檢查樁的位置以進行標記。標記期間，誤差必須保持在一定范圍內(nèi)，以免在堆疊中發(fā)生偏差。振動孔的形成是振動水下碎石樁施工中一個重要的構(gòu)件。在施工中，應(yīng)按時完成柱塞的安裝。校準埋管中的樁位置，并在自由底部上對齊。在施工中，在靜態(tài)抑制錘的重量和下沉管的重量下，操作振動錘并進行浸入，并且在施工期間必須擰緊鋼纜。在石材鋪設(shè)的后期，這是更為關(guān)鍵的施工循環(huán)。管道應(yīng)與設(shè)計深度齊平，并應(yīng)按時放置石頭，管道壁和涵洞應(yīng)至指定深度。振動孔形成完成后，應(yīng)停止振動填充，振動后可將管拉出。反向插入時要注意深度控制，與測試的結(jié)果進行比較，確定次數(shù)，并保持反向插入速度恒定。在壓力樁施工中，下沉管下降到樁的頂部，壓力鋼絲被壓縮以將樁壓向樁，并且頂部的高度需要得到很好的控制。在振動沉降碎石樁技術(shù)的應(yīng)用中，控制樁長也很重要。

5 振動沉管碎石樁在軟基加固中施工質(zhì)量控制

5.1 振動沉管碎石樁的質(zhì)量控制

在軟土路基碎石樁施工結(jié)束后，必須經(jīng)過一定的時間才能執(zhí)行質(zhì)量控制。對于粘性土壤層，間隔需要為3至4周，對于粉質(zhì)基層，間隔可以為2至3周。關(guān)于施工質(zhì)量檢查，常用的方法是現(xiàn)場檢查、滲透測試和單樁荷載測試。關(guān)于鋼筋沖擊試驗，常用的方法是單樁復(fù)合地基和多層樁復(fù)合地基的載荷試驗?，F(xiàn)場檢查包括檢查樁直徑、距離、樁長和物料數(shù)量，此項工作由檢查員完成。專職人員負責(zé)測量和記錄參數(shù)，例如樁位置坐標、加固深度、高度和振動的保持時間。使用標準穿透、靜態(tài)圓錐穿透或動態(tài)圓錐穿透來檢測樁和土壤的壓實質(zhì)量。碎石樁壓縮效果的檢測是通過隨機檢查完成的，檢查次數(shù)不得少于樁孔總數(shù)的2%。如果檢查結(jié)果占不滿足要求的樁總數(shù)的10%，則必須采取其他措施。施工后的質(zhì)量控制應(yīng)在一定范圍內(nèi)，對于飽和土壤，多余的孔隙水壓力必須基本消散，這可以在其他土壤上完成。載荷的圓直徑等于樁的直徑，通過選擇一個隨機樁，可以檢查其是否達到設(shè)計值。如有必要，還可以測試復(fù)合基材的加工效果。

5.2 施工質(zhì)量控制

為了保證樁長控制工作，以確保樁的質(zhì)量。首先樁的端部必須是錐形的，端部必須是最深樁端的長度，需要比設(shè)計深度要大，成品樁的頂部必須比設(shè)計樁高0.5m。使用具有與樁管相同直徑的普通閥樁端頭需要多次反向插入才能達到設(shè)計的進料量。帶帽的閥樁尖的效果要優(yōu)于普通閥樁尖，這減少了樁管的下垂的抗拉強度，增加了反向放置和壓縮的效果，并提高了實際的應(yīng)用效率。良好的樁端密封可以減少進入樁管的土壤量，并確保樁的建造質(zhì)量。當閥樁端部在反向插入過程中完全打開時，石頭會在管道中產(chǎn)生運動，而樁體將無法有效壓縮。樁端需要由四個閥組成，在擴徑部分的外側(cè)焊接了邊界塊，使樁端閥的打開角度，提起樁管時閥打開，并向內(nèi)略微傾斜。在反向展開過程中，由于樁端的向上壓力，閥門關(guān)閉，從而使樁之間的土壤壓實。

5.3 原料的質(zhì)量控制

地質(zhì)雷達檢測樁的橫截面，是碎石樁組成的主要材料，也是施工中的主要力傳遞工具。在振動器的振動下，松散的土壤層不斷被壓實。因此，碎石材料的選擇直接影響碎石樁的效果，以增強軟土地基。所選的碎石填充材料應(yīng)具有堅硬的強度，良好的級配性，并控制泥漿含量不得超過3%的要求。在施工前，應(yīng)重新測試和驗證地質(zhì)條件，在要處理的區(qū)域內(nèi)軟土層的深度和強度下，確定碎石樁的合理長度。并根據(jù)設(shè)計參數(shù)進行樁身試驗，檢查設(shè)計參數(shù)和施工指標。大面積的施工可以根據(jù)檢查并符合設(shè)計要求的碎石樁試樁進行。施工過程應(yīng)主要控制舉升管的高度，抗彎振動時間和填充的連續(xù)性。提升管的高度防止其卡住的振動時間將影響樁的松緊度。碎石樁是由填充物自重的壓力和振動器的水平振動引起的，路堤的連續(xù)性會影響樁的形成，甚至?xí)绊憳兜钠教苟?。因此，必須嚴格按照從試樁試驗中得到的參?shù)進行施工，以保證施工質(zhì)量。碎石樁在軟土地基處理中的作用主要體現(xiàn)在加固深度和加固程度上，根據(jù)設(shè)計要求和地質(zhì)條件確定樁的長度，并根據(jù)設(shè)計高度控制導(dǎo)管的插入深度。確保通道中的碎石量足夠完整，確保單個樁的碎石量不少于理論計算值。很難控制單個樁中的碎石量。現(xiàn)場施工人員需要準確記錄每個樁的碎石量。

6 結(jié)語

綜上所述，利用振動沉管碎石樁法加固軟土地基，形成樁土復(fù)合基礎(chǔ)，是目前處理軟土地基的主要方法。并且該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單，施工后的承載能力強，并且具有柔韌性好的實用優(yōu)點。與排水固結(jié)法相比，用于深層軟土地基處理的振動沉管碎石樁法加固施工時間較短，而且可以快速連續(xù)地施工，對縮短軟土地基的施工時間非常有利。與原始的自然基礎(chǔ)相比，碎石樁加固后的地基通常得到改善，加固效果顯著，施工后的沉降較小，并且排水效果較為理想。對于不適合粉噴樁技術(shù)的軟土地基，是理想且有效的方法。振動式沉管碎石樁的質(zhì)量主要受回填量和振動時間的影響。因此，現(xiàn)場施工的技術(shù)人員必須對施工過程中的過程和操作環(huán)進行有效的監(jiān)督，并保證現(xiàn)場施工步驟的井井有條。