振沖擠密碎石樁復(fù)合地基施工與質(zhì)量檢測分析

李曉丹，茆玉超，張立偉，王 瑤

（中冀建勘集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

1 工程概況

某城中村3#地項(xiàng)目主要包括高層住宅、商業(yè)樓、地下車庫等建筑物，通過工程勘察報(bào)告可知，勘察波速測試孔7 個(gè)，在88#鉆孔處測試深度50.0m，其余測試深度20.0m。根據(jù)測試成果，計(jì)算地表以下20.0m 深度范圍內(nèi)土層的等效剪切波速Vse為187.1~196.6m/s。根據(jù)88#鉆孔單孔彈性波測試成果，場地覆蓋層厚度大于50.0m，按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）第4.1.3 條及第4.1.6 條判定，場地土類型為中軟土，建筑場地類別Ⅲ類，特征周期0.55s。項(xiàng)目所在位置地下水為淺層孔隙潛水，地下水承壓性較弱，地基土具有液化條件，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮地基土液化問題。商業(yè)樓為地上2 層建筑。設(shè)計(jì)基底壓力為150kPa，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)埋深為±0.00下1.5m，地基基礎(chǔ)持力層為新近沉積黃土狀粉質(zhì)粘土②層（110kPa），地基土層較均勻。綜上所述，承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，不能采用天然地基。因此，消除施工區(qū)域內(nèi)地基土液化和提高復(fù)合地基的承載能力是關(guān)鍵所在。

由于項(xiàng)目所在施工場地地基土的液化深度在16m，如果采用換填墊層法來進(jìn)行地基液化處理，不但在理論技術(shù)方面不妥，在工程成本上更不合理；如果采用素混凝土樁復(fù)合地基進(jìn)行基地處理，雖然可以處理地基土液化和提高承載能力，但是造價(jià)相對(duì)較高，性價(jià)比不高。振沖擠密碎石樁復(fù)合地基既可以消除地基土液化問題，又可以較大幅度地提高地基承載能力，滿足3#地項(xiàng)目商業(yè)樓的地基處理要求。

2 振沖擠密碎石樁復(fù)合地基施工

2.1 設(shè)計(jì)方案

振沖擠密碎石樁樁徑為1.1m，樁間距為1.5m，基樁布置形式為等邊三角形，3#地項(xiàng)目A區(qū)1~6號(hào)商業(yè)樓有效樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為-8.1m，樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-18.1m，有效樁長為10m；3#地項(xiàng)目B區(qū)7~11號(hào)商業(yè)樓有效樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為-8.6m，樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高為-18.1m，有效樁長為9.5m?！? 相當(dāng)于黃海85 絕對(duì)高程75.6m，復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值為0.15MPa。碎石樁施工選用的振沖器功率為75kW。

2.2 施工流程

振沖碎石樁施工采用振動(dòng)成樁法，碎石樁的施工順序采用帷幕法施工，先施打外側(cè)樁，再施打內(nèi)側(cè)樁，沿著外側(cè)樁群的中心線向內(nèi)側(cè)推進(jìn)。碎石樁施工順序如下：①施工場地整平。對(duì)建設(shè)單位提供的施工場地進(jìn)行二次整平，將A區(qū)1~6號(hào)商業(yè)樓施工場地清理至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為-8.1m，將B區(qū)7~11號(hào)商業(yè)樓施工場地清理至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高-8.6m，并在清理好的場地鋪筑50cm 墊層作為碎石樁樁頭的保護(hù)層，并在鋪筑好的墊層上測放樁位。②碎石樁施工機(jī)械就位。碎石樁施工機(jī)械安裝的垂直度偏差要控制在1.5%以內(nèi)。③施工參數(shù)確定。對(duì)將A區(qū)1~6號(hào)商業(yè)樓和B區(qū)7~11號(hào)商業(yè)樓分別進(jìn)行試樁施工，通過試樁獲取工程樁施工參數(shù)。④工程樁施工。振沖機(jī)械成孔至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高，停止振動(dòng)并向樁管內(nèi)第一次灌滿碎石，然后一邊振動(dòng)一邊拔管。拔管過程中要做到三點(diǎn)控制，第一點(diǎn)控制拔管高度在1m 左右；第二點(diǎn)控制拔管速度在1m/min 左右，第三點(diǎn)控制壓管高度在0.5m 左右。之后開始勻速振動(dòng)，并以1m樁長所需碎石料0.95m3為控制參數(shù)。一次振動(dòng)結(jié)束后，將樁尖位置拔出，為下次填料做準(zhǔn)備。之后一直循環(huán)之前的拔管、壓管和振密以及每次加入0.95m3碎石，直到碎石料填樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高上部大約50cm 左右，一根樁施工完畢。按照此方法步驟繼續(xù)施工其他樁位[1]。

2.3 施工質(zhì)量控制項(xiàng)目

①樁位位置測放準(zhǔn)確，對(duì)已經(jīng)測放的樁位進(jìn)行保護(hù)，在樁位施工前要進(jìn)行樁位復(fù)測。②碎石材料要采用干凈的礫石，碎石中的含泥量不能超過10%，且礫石直徑應(yīng)控制在2~10cm 范圍內(nèi)。③施工范圍內(nèi)應(yīng)合理布置排水明溝，地下滲出的水要及時(shí)排出。④按照試樁時(shí)確定的工藝參數(shù)來控制拔管速度、拔管高度、拔管高度振動(dòng)法施工應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制拔管的高度、拔管的速度、壓管的次數(shù)以及每次的碎石填量，確保碎石樁樁體成樁的密實(shí)度和連續(xù)性。⑤根據(jù)施工場地地層特點(diǎn)，選擇合適的樁尖結(jié)構(gòu)，根據(jù)施工場地特點(diǎn)選擇尖錘活瓣樁靴。⑥碎石樁成樁的整個(gè)過程中每一次填料都不能太多，要嚴(yán)格按照每次不過超過0.95m3的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。振沖擠密碎石樁的施工允許變差如表1所示。

表1 碎石樁施工參數(shù)允許誤差范圍

3 碎石樁復(fù)合地基承載力和單樁極限承載力的關(guān)系

碎石樁復(fù)合地基承載力主要有單樁承載力和樁間土承載力兩部分承載力疊加得來，其計(jì)算公式主要有面積比公式和應(yīng)力比公式兩種表達(dá)形式。用面積比方法確定的碎石樁復(fù)合地基承載力計(jì)算公式如下：

式中：ppf——碎石樁單樁極限承載力；

psf——天然地基土極限承載力；

k1——通過碎石樁單樁極限承載力計(jì)算項(xiàng)目所有碎石樁承載力的修正系數(shù)；

λ1——碎石樁極限強(qiáng)度發(fā)揮程度；

k2——天然基地承載力和樁間土承載力不同的修正系數(shù)；

m——面積置換率。

用應(yīng)力比方法確定的碎石樁復(fù)合地基承載力計(jì)算公式如下：

式中：Pcf——碎石樁單樁極限承載力；

Psf——天然地基土極限承載力；

k1——通過碎石樁單樁極限承載力計(jì)算項(xiàng)目所有碎石樁承載力的修正系數(shù)；

k2——天然基地承載力和樁間土承載力不同的修正系數(shù)；

m——面積置換率。

4 碎石樁單樁及復(fù)合地基承載力現(xiàn)場檢測

碎石樁單樁承載力檢測利用壓重反利設(shè)備提供檢測反作用力，并采用逐級(jí)持續(xù)加壓方法維持荷載，承壓板選擇直徑為1.26m的圓形鋼板，該圓形鋼板的處理面積為1.24m2。為了安全的保守性，單樁承載力檢測試驗(yàn)所施加的最大荷載需是復(fù)合地基設(shè)計(jì)值的2倍，則單樁承載力的檢測荷載值為：150MPa×1.24m2×2=372kN。荷載采用分級(jí)加持方法，總共分8級(jí)加持完所有預(yù)定荷載，最開始2級(jí)加持到120kN，之后6級(jí)每級(jí)加持42kN，現(xiàn)場檢測實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 碎石樁單樁承載力現(xiàn)場檢測實(shí)物圖

分級(jí)加持荷載過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：每次加持荷載都需要進(jìn)行承壓板沉降量的測量，測量間隔時(shí)間要控制在30min 以內(nèi)，1h 內(nèi)沉降量不超過0.1mm 即可加持下一級(jí)荷載。如果出現(xiàn)沉降量突然增加或者累計(jì)沉降量超過承壓板直徑的6%，即累計(jì)沉降量超過75.6mm 時(shí)，應(yīng)立即停止檢測，查詢?cè)?。?dāng)檢測完畢后的卸載環(huán)節(jié)，同樣需要分級(jí)卸載并讀取每一級(jí)荷載下的回彈量，測量回彈量的間隔時(shí)間同樣是不超過30min。

碎石樁復(fù)合地基承載力特征值的確定方法。通過荷載—沉降曲線來判斷承載力特征值。以極限荷載和對(duì)應(yīng)比例界限值的2倍為參照標(biāo)準(zhǔn)，如果極限荷載大于對(duì)應(yīng)比例界限值的2倍，那么復(fù)合地基承載力數(shù)值可以取對(duì)應(yīng)比例界限值；如果極限荷載值小于對(duì)應(yīng)比例界限值的2倍，那么復(fù)合地基承載力數(shù)值取極限荷載數(shù)值的二分之一。當(dāng)荷載—沉降曲線平緩光滑時(shí)，碎石樁復(fù)合地基承載力特征值除了以上確定方法外，還可以通過相對(duì)變形值來確定[2]。即碎石樁復(fù)合地基承載力特征值為承壓板沉降量數(shù)值與承壓板直徑的比值為0.01時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載壓力。

5 檢測結(jié)果及分析

當(dāng)碎石樁施工完畢后的40d，碎石樁周圍土體固結(jié)效果較好，已經(jīng)滿足承載力檢測基本條件。按照上述檢測方法及注意事項(xiàng)對(duì)3#地商業(yè)樓碎石樁承載力進(jìn)行了檢測，得到了碎石樁承載力—沉降曲線，如圖2所示。

圖2 碎石樁單樁荷載—沉降曲線

從圖2 可知，當(dāng)加載到第8 級(jí)總荷載為360kN 時(shí)，碎石樁復(fù)合地基的沉降量累計(jì)值為49.26mm。而試驗(yàn)選擇的承壓板為直徑1.26m的圓形鋼板，該承壓板直徑的6%為75.6mm，顯然49.26mm<75.6mm。從圖2 曲線走勢可以確定荷載—沉降曲線平緩光滑，表明每一個(gè)施加荷載的試驗(yàn)點(diǎn)地基均沒有達(dá)到極限狀態(tài)，根據(jù)碎石樁復(fù)合地基承載力確定標(biāo)準(zhǔn)，在該種情況下以末級(jí)荷載作為該處極限承載力。即以末級(jí)荷載372kN作為此處的極限承載力，即372kN/1.24m2/2=0.15MPa。對(duì)施工區(qū)域的8個(gè)碎石樁復(fù)合地基試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行地基承載力檢測，結(jié)果見表2。

表2 碎石樁復(fù)合地基承載力檢測表

通過以上分析論述，該項(xiàng)目碎石樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)所規(guī)定的復(fù)合地基承載力特征值可以取末級(jí)荷載372kN 作為此處的極限承載力，即復(fù)合地基承載力為0.15MPa，表明檢測結(jié)果達(dá)到了復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力要求。

6 結(jié)語

軟土地基具有沉降量大、固結(jié)周期長等顯著特點(diǎn)，嚴(yán)重限制了軟土地基的工程建設(shè)。通過碎石樁復(fù)合地基處理后的軟土地基單樁承載能力和復(fù)合地基承載能力均得到顯著提升。本文從碎石樁復(fù)合地基處理及其檢測過程中獲得了碎石樁樁體、樁間土以及復(fù)合地基等方面的指標(biāo)參數(shù)，對(duì)同類型工程的地基處理和處理效果檢測具有一定的參考價(jià)值。