振沖碎石樁在斗門水庫壩基處理中的應(yīng)用研究

胡奎，趙嘉偉，王思瑞，李宗蔚，趙涵章

（中電建路橋集團(tuán)西北基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司，陜西 西安 710000）

1 振沖碎石樁

碎石樁是指利用振動(dòng)荷載或沖擊荷載在軟土地基中成孔，在孔中灌入碎石并擠密形成大直徑碎石樁的加固基礎(chǔ)，該施工工藝主要適用于擠密松散的砂質(zhì)土、素填土和人工雜填土地基。該工藝主要通過碎石樁對原軟弱地基土置換和擠密來達(dá)到加固的目的。

振沖碎石樁由于樁身的剛度較大，當(dāng)上部施加荷載后，地基應(yīng)力作用在碎石樁身上，減少對周圍土體的附加應(yīng)力作用，從而減小軟弱地基的沉降，能夠?qū)崿F(xiàn)提高地基承載力的作用。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在設(shè)計(jì)振沖碎石樁復(fù)合地基時(shí)，復(fù)合地基的處理范圍、平面布置方式、樁間距及樁長等是主要考慮的影響因素，均會(huì)影響復(fù)合地基的承載力。具體按以下步驟進(jìn)行。

2.1 確定處理范圍

由于振沖碎石樁是與樁間土共同工作的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其處理范圍與擬建建筑物的實(shí)際現(xiàn)場條件有關(guān)，一般用于多層及高層建筑時(shí)，地基外緣宜設(shè)置1～2排樁。當(dāng)出現(xiàn)地基液化現(xiàn)象時(shí)，地基向外擴(kuò)展外緣的寬度應(yīng)不小于液化土層厚度的一半。

2.2 確定平面布置

碎石樁的平面布置方式應(yīng)參考不同地層的土質(zhì)分布狀況，一般采用三角形布置或四邊形布置。淤泥質(zhì)土、砂性土等地層采用等邊三角形布置，粘性土層則采用三角形或四邊形布置。

2.3 確定樁間距

根據(jù)施工場地處理范圍內(nèi)的地基勘查結(jié)果，樁間距的估算值一般與地基土層性質(zhì)相關(guān)，當(dāng)?shù)鼗至訛榉圪|(zhì)砂土?xí)r，樁間距應(yīng)不大于4.5倍樁徑，當(dāng)持力層為粘性土?xí)r，樁間距應(yīng)不大于3倍樁徑。在實(shí)際現(xiàn)場施工時(shí)，一般設(shè)計(jì)現(xiàn)場試驗(yàn)來詳細(xì)確定樁間距，增加施工的安全性。

2.4 確定樁長

振沖碎石樁的樁長一般從地質(zhì)條件、擬建建筑物的持力層等方面進(jìn)行考慮，先根據(jù)處理目的和既有施工經(jīng)驗(yàn)初步確定。當(dāng)軟土地基厚度不大時(shí)，應(yīng)按軟土地基厚度確定；當(dāng)相對較硬的地層埋置深度較大時(shí)，應(yīng)按處理區(qū)域內(nèi)建（構(gòu)）筑物地基的變形允許值進(jìn)行確定；對于按穩(wěn)定性控制的工程，樁長應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的深度；在可液化地基土中，則按照抗震處理深度進(jìn)行確定。

當(dāng)初步確定樁長后，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，盡量組織現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行修正，盡量避免樁長的浪費(fèi)也能夠提高實(shí)際承載力。

2.5 確定樁徑

振沖碎石樁的樁徑大小是影響樁承載力的重要因素，一般根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場地基土層情況和成樁的設(shè)備進(jìn)行確定，分析樁徑對于提高地基承載力的影響效果。

3 工程概況

3.1 工程簡介

陜西省斗門水庫位于西安市西郊的灃河旁，原為昆明池所在地，距西安市中心約20km。斗門水庫分洪工程起點(diǎn)位于西漢高速下游約280m處灃河河道，分洪工程由攔河氣盾壩、分洪渠、分洪閘及灃河兩岸堤防加高培厚處理四部分組成。氣盾壩由25扇氣盾壩經(jīng)3個(gè)中墩分割成4跨，壩段總長153.6m。

分洪工程由灃河攔河閘、分洪閘、分洪渠及攔河閘左右岸堤防加高培厚四部分組成，其中攔河壩及分洪閘底板基礎(chǔ)采用振沖碎石樁處理方式。

3.2 試驗(yàn)場地布置

考慮到優(yōu)先具備施工及進(jìn)場條件（灃河右岸河堤路）的因素，本次振沖碎石樁試驗(yàn)場地規(guī)劃為京昆高速至梁家橋?yàn)柡佑野陡傻貧舛軌螇位秶?/p>

根據(jù)碎石樁的不同樁長選擇分別試驗(yàn)區(qū)，由于受地形限制，本次計(jì)劃由西向東共布置A、B兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)域，兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)域?qū)挾葦M為20m，長度擬為40m。見圖1。

圖1 試驗(yàn)場地布置

3.3 試驗(yàn)場地處理

因試驗(yàn)區(qū)地處灃河河道，現(xiàn)狀地面高程399.8m，河道水面高程396.5m，設(shè)計(jì)樁頂高程395.1m，因水位高程高于設(shè)計(jì)樁頂高程，故而本次試驗(yàn)樁頂高程調(diào)整為397.0m。

按照設(shè)計(jì)圖紙高程及規(guī)范要求進(jìn)行基面清表及基礎(chǔ)開挖處理，因試樁試驗(yàn)在河道干地位置，且暫未提供渣場，清表及開挖土方運(yùn)至試驗(yàn)區(qū)靠近河道一側(cè)，做臨時(shí)圍堰，封閉上、下游施工區(qū)域，具體填筑方量已現(xiàn)場實(shí)際情況為準(zhǔn)，試驗(yàn)區(qū)開挖至試驗(yàn)設(shè)計(jì)高程后，基面經(jīng)自檢、監(jiān)理工程師檢查合格后方可進(jìn)行試驗(yàn)樁施工。

10t自卸汽車配合1m3反鏟對試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行清表開挖，清表深度不小于50cm，開挖至396.8m后，基面鋪設(shè)20cm厚碎石墊層用推土機(jī)進(jìn)行整平，碾壓。試驗(yàn)區(qū)的平整度需滿足要求，并將大的塊石等不利于試驗(yàn)的物體揀出試驗(yàn)區(qū)，以免影響試驗(yàn)效果。

試驗(yàn)單元周圍保證足夠?qū)挾?，供施工機(jī)械調(diào)整位置。

4 方案設(shè)計(jì)

試驗(yàn)方案選用參數(shù)為：樁位布設(shè)為梅花形布置，樁心距為2m，樁徑0.8m。本次試驗(yàn)區(qū)設(shè)置40m×40m，具體方案設(shè)計(jì)布置分為以下兩種：

方案一：（A試驗(yàn)區(qū)，20m×40m）樁長設(shè)計(jì)10m，共制樁7根。

方案二：（B試驗(yàn)區(qū)，20m×40m）樁長設(shè)計(jì)15m，共制樁7根。

A、B試驗(yàn)區(qū)具體布置如圖2所示。

圖3 振沖碎石樁試驗(yàn)工藝流程圖

4.1 機(jī)具選擇

本次試驗(yàn)主要設(shè)備為75kW振沖設(shè)備、25t汽車吊、φ245導(dǎo)桿、22kW泥漿泵，15kW空壓機(jī)。

4.2 試驗(yàn)參數(shù)

振沖碎石樁試驗(yàn)使用參數(shù)如右表。

4.3 試驗(yàn)工藝

振沖碎石樁試驗(yàn)工藝流程見圖3。

圖2 振沖碎石樁試驗(yàn)平面布置圖

5 振沖碎石樁質(zhì)量要求

5.1 樁位偏差控制

樁位偏差控制以孔口指揮為責(zé)任人，吊車司機(jī)全面配合。

振沖碎石樁試驗(yàn)使用參數(shù)

①制樁前孔口指揮應(yīng)負(fù)責(zé)檢查樁位的情況，發(fā)現(xiàn)樁位不準(zhǔn)確應(yīng)及時(shí)量測校正，不準(zhǔn)確樁位不允許施工。

②在造孔時(shí)，孔口指揮應(yīng)負(fù)責(zé)指揮振沖器對準(zhǔn)樁位，對準(zhǔn)偏差小于100mm，吊車司機(jī)必須聽從孔口指揮人員的指揮。

③在造孔過程中孔口指揮應(yīng)負(fù)責(zé)觀察樁位偏位情況，發(fā)現(xiàn)超過規(guī)定應(yīng)指揮糾偏，若經(jīng)糾偏仍不能滿足要求應(yīng)找出原因，并做好記錄，及時(shí)向項(xiàng)目經(jīng)理匯報(bào)。

④樁位偏差允許值小于D/5。

5.2 孔深度質(zhì)量控制

為保證孔深符合設(shè)計(jì)要求，振沖器導(dǎo)管應(yīng)有明顯、準(zhǔn)確標(biāo)志。在施工前振沖操作手和孔口指揮應(yīng)用鋼尺丈量校核。

當(dāng)出現(xiàn)下述情況，孔深未達(dá)設(shè)計(jì)深度要求可結(jié)束造孔；但應(yīng)必須做好記錄，及時(shí)向設(shè)計(jì)、監(jiān)理匯報(bào)情況，并應(yīng)得到認(rèn)可；或采用其他措施解決。

①在設(shè)計(jì)孔深度以內(nèi)有障礙物，振沖器不能穿透；

②在設(shè)計(jì)孔深度以內(nèi)有堅(jiān)硬地層或自動(dòng)加密的粗砂、粗砂礫等地層，造孔時(shí)振沖器電流超過電機(jī)額定電流。當(dāng)施工過程中地面淤積抬高時(shí)，造孔深度應(yīng)加淤積厚度。

5.3 填料質(zhì)量控制

填料應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，若無設(shè)計(jì)要求，填料應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范要求。

①填料的質(zhì)量由項(xiàng)目質(zhì)量部負(fù)責(zé)檢查，進(jìn)場采購的石料應(yīng)有石料質(zhì)量合格證。

②向孔內(nèi)投料填料的質(zhì)量由現(xiàn)場質(zhì)檢員負(fù)責(zé)，現(xiàn)場技術(shù)員孔口指揮監(jiān)督，不符合質(zhì)量要求的石料不允許倒入孔內(nèi)。

5.4 加密過程質(zhì)量控制

加密過程是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在施工中嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。吊車司機(jī)、孔口指揮、電工對加密質(zhì)量負(fù)主要責(zé)任。

①當(dāng)加密標(biāo)準(zhǔn)以加密電流（或油壓）、留振時(shí)間、加密段長度作為加密控制標(biāo)準(zhǔn)，為保證加密電流（或油壓）、留振時(shí)間、加密長度的準(zhǔn)確性，振沖器的空載電流應(yīng)先測定并符合要求，空載電流過高的振沖器應(yīng)檢修，未檢修不許施工；加密段長度由吊車司機(jī)負(fù)責(zé)，孔口指揮負(fù)責(zé)核實(shí)檢查加密段長度的正確性，發(fā)現(xiàn)加密段長度過大，應(yīng)指揮吊車司機(jī)糾正，吊車司機(jī)應(yīng)聽從指揮。

②當(dāng)加密電流、留振時(shí)間、加密長度作為加密控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，填料的數(shù)量僅作參考標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)填料數(shù)量與設(shè)計(jì)要求相差較大，則應(yīng)分析原因，若由于地層原因，應(yīng)及時(shí)向設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位反映情況，并確定措施，以保證工程施工質(zhì)量。

③當(dāng)填料作為加密標(biāo)準(zhǔn)，加密電流應(yīng)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)加密電流過高或過低，則應(yīng)分析原因，應(yīng)及時(shí)向設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理反映，并確定措施以保證工程施工質(zhì)量。

6 結(jié)論及建議

文章以陜西省斗門水庫工程為例，提出利用振沖碎石樁加固壩基的設(shè)計(jì)方案。對振沖碎石樁加固地基設(shè)計(jì)兩種方案，同時(shí)，還對振沖碎石樁的質(zhì)量提出針對性的控制措施。文章的方案設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求可以為類似的工程設(shè)計(jì)提供有益借鑒。