振沖碎石樁工藝試驗

劉瑞鵬

（山西省水利發(fā)展中心 山西太原030002）

0 引言

振沖碎石樁一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減少；另一方面依靠振動器的水平振力，通過填料使砂層擠壓加密，從而提高地基承載力和地基壓縮模量，消除地基液化[1]。

1 工程概況

某水閘工程采用振沖碎石樁進行地基處理。振沖碎石樁采用等邊三角形布置，樁徑80 cm，樁距2 m，樁端伸至不液化土層。處理后，復(fù)合地基承載力不小于210 kPa，地基液化消除。

2 地質(zhì)概述

地層巖性主要為全新統(tǒng)洪沖積（Q4pal），上部為粉土質(zhì)砂、含細粒土砂，局部夾低液限粉土層，結(jié)構(gòu)松散，厚10.5～15.8 m，下部為低液限粉（黏）土層，厚度大于9 m。本地區(qū)地震烈度為8 度，地震動峰值加速度為0.20 g，液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值N0為10。蓄水后地基處于飽和狀態(tài)，地基粉土質(zhì)砂、含細粒土砂層為液化土層。

3 工藝試驗

3.1 材料選擇

振沖碎石樁填料宜選用質(zhì)地堅硬的石料，不能用風(fēng)化或半風(fēng)化的石料。本工程采用天然卵石，含泥量不大于5%，粒徑范圍為20～200 mm。

3.2 設(shè)備選擇

地基振密效果與振沖器性能密切相關(guān)，振動力越大，影響距離越大，但過大的振動力不能有效增加過渡區(qū)、擠密區(qū)。為保證振沖碎石樁擠密效果及樁體直徑，根據(jù)水利工程振沖碎石樁實踐經(jīng)驗，擬定振沖器為ZCQ75 振沖器。

3.3 工藝參數(shù)擬定

鑒于地層巖性變異性大，地基處理效果差異大，為驗證地基處理設(shè)計參數(shù)及施工工藝合理性，選取與工程地基地質(zhì)情況相近區(qū)域作為試驗段。工藝試驗分為3 組，每組4 排，每排3 根樁，共36 根樁。振沖碎石樁試樁采用等邊三角形布置，樁距2 m。試樁布置見圖1。

圖1 試樁布置示意圖

根據(jù)振沖碎石樁施工經(jīng)驗，結(jié)合本工程的地質(zhì)特性，填料采用孔口連續(xù)填料，以加密電流、留振時間與加密段長度作為控制標(biāo)準(zhǔn)，填料量作為參考值。擬定的振沖碎石樁工藝參數(shù)見表1。

表1 振沖碎石樁工藝參數(shù)

3.4 施工流程

1）測量放線：按照設(shè)計圖紙結(jié)合現(xiàn)場測量設(shè)備，編制放樣手簿；每隔10 m 采用全站儀進行控制測量，放出控制點，并設(shè)置標(biāo)志；控制點之間樁位采用鋼尺量測，并打方木樁做標(biāo)記，樁位放樣偏差不得大于100 mm。同時，采用水準(zhǔn)儀測量各樁位的高程。

2）施工機具就位：采用汽車吊將振動器中心對準(zhǔn)樁位，偏差不大于100 mm，啟動水泵，待振沖器下端出水口出水后，啟動振沖器，檢查水壓、電壓及空載電流。

3）造孔：啟動起吊機械，使振沖器以1～2 m/min的速度下沉。造孔過程中控制造孔水壓，使振沖器保持鉛直，并觀察電流的變化，根據(jù)電流變化情況調(diào)整振沖器下沉速度，電流的最大值不得超過電機的額定電流。造孔深度應(yīng)超過設(shè)計樁底高程30～50 cm。

4）填料加密及成樁：采用裝載機連續(xù)向孔口填入卵石，邊填料邊振動加密，樁體加密應(yīng)從設(shè)計樁底標(biāo)高開始，當(dāng)振沖器電機電流逐步穩(wěn)定且達到加密電流6～8 s 后，提升振沖器50 cm，如此反復(fù)提升振沖器，自下而上逐段振沖加密，不得漏振，直至達到設(shè)計樁頂1 m 以上。振沖加密過程中，嚴(yán)格控制加密水壓。

5）移位：關(guān)閉振沖器及水泵，將振沖器轉(zhuǎn)移至下一樁位，重復(fù)進行造孔、填料加密及成樁施工。

3.5 質(zhì)量檢測

振沖碎石樁施工結(jié)束并經(jīng)過15 天恢復(fù)期后，采用開挖檢查、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、重型動力觸探試驗及復(fù)合地基靜載試驗相結(jié)合的方法，對振沖碎石樁實體質(zhì)量進行了檢測。鑒于開挖檢查、標(biāo)準(zhǔn)貫入及重型動力觸探試驗檢測成本低、檢測頻次高，本工程首先采用開挖檢查、標(biāo)準(zhǔn)貫入及重型動力觸探試驗進行大面積檢測，然后根據(jù)其檢測結(jié)果確定復(fù)合地基靜載試驗檢測部位，開展復(fù)合地基承載力檢測。

3.5.1 開挖檢查結(jié)果

開挖到建基面后，采用鋼尺逐一對振沖碎石樁樁徑、樁間距進行了量測，3 組振沖碎石樁樁徑均大于80 cm，樁間距允許偏差滿足規(guī)范要求。樁徑、樁間距檢測結(jié)果見表2。

表2 樁徑、樁間距檢測結(jié)果

3.5.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果

水利工程一般采用《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄P 中的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗進行地基液化判定。判定流程如下：

1）首先，計算各試驗深度處標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值。臨界值計算公式：

式中：Ncr——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值；

N0——液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)基準(zhǔn)值；

ds——工程正常運用時，標(biāo)準(zhǔn)貫入點在當(dāng)時地面以下的深度，m（當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入點在地面以下5 m 以內(nèi)的深度時，應(yīng)采用5 m 計算）；

ds——工程正常運用時，標(biāo)準(zhǔn)貫入點在當(dāng)時地面以下的深度，m；

dw——工程正常運用時，地下水位在當(dāng)時地面以下的深度，m；

dw——土的黏粒含量百分率，（%），通過室內(nèi)土工試驗檢測獲得，當(dāng)ρc＜3%，ρc取3%。

2）其次，計算各試驗深度處標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)修正值。修正值計算公式：

式中：N——修正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；

N′——實測標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；

d′s——標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗時，標(biāo)準(zhǔn)貫入點在當(dāng)時地面以下的深度，m；

d′w——標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗時，地下水位在當(dāng)時地面以下的深度，m。

3）最終，判定各試驗點地基液化處理效果。地基不液化的判定標(biāo)準(zhǔn)為N≥Ncr。

當(dāng)正常運用時貫入點深度和地下水位深度小于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗時貫入點深度和地下水位深度的情況下，采用修正后錘擊數(shù)判定的地基土液化結(jié)論偏于安全，造成極大浪費[2]。因此，本工程開挖至建基面后進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，豎向試驗點的間距為1.5 m。每組試樁選取1 點進行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，標(biāo)準(zhǔn)貫入點位于振沖碎石樁樁間三角形形心處。3 組試樁樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)修正值均大于液化判別標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)臨界值，處理后地基土液化已消除。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗檢測結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗結(jié)果

3.5.3 重型動力觸探試驗結(jié)果

每組試樁選取1 根樁進行重型動力觸探試驗，用于判定樁體密實度。重型動力觸探試驗從基底標(biāo)高開始連續(xù)貫入，連續(xù)記錄每貫入10 cm 的錘擊數(shù)（重型動力觸探錘擊數(shù)）。按照《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340-2015），3 根樁修正后重型動力觸探錘擊數(shù)均大于15 擊，判定振沖碎石樁樁體密實度為密實，滿足設(shè)計要求。

3.5.4 復(fù)合地基靜載試驗結(jié)果

選編號HZD-036、HZE-026、HZE-028 的振沖樁在建基面進行單樁復(fù)合地基靜載試驗，方形承壓板面積為3.46 m2，最大試驗荷載為420 kPa。最大試驗荷載下，各試驗點均未發(fā)生破壞，且三個試驗點荷載-沉降量曲線為平緩的光滑曲線。復(fù)合地基承載力特征值取沉降量為0.01 b（b 為承壓板寬度1 860 mm）對應(yīng)的荷載值，且不得大于最大試驗荷載的一半。3 個試驗點沉降量為0.01 b 對應(yīng)的荷載值為341.7～420 kPa，均大于210 kPa。因此，復(fù)合地基承載力特征值為210 kPa，滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)論

根據(jù)檢測結(jié)果可知，三組試樁檢測結(jié)果均滿足設(shè)計要求，隨著加密電流的增大樁體直徑相應(yīng)增大，第二、三組試驗樁樁徑主要分布區(qū)間超出設(shè)計樁徑較大。因此，選擇第一組工藝參數(shù)作為施工參數(shù)，可為同類水利工程工藝試驗提供借鑒。