软基处理中振动沉管碎石桩的应用

软基处理中振动沉管碎石桩的应用

于光达

北京市政建设集团有限责任公司 100045

摘要：

介绍了振动沉管碎石桩在某大型输水渠道软基处理中的应用,同时提出了振动沉管碎石桩在施工工艺、质量控制方面的注意事项,且对碎石桩的应用效果作了评选。

关键词：沉管碎石桩; 倒虹吸; 软基处理; 应用;

前言：

碎石桩复合地基处理软土地基已是一项比较成熟的技术,在工程中应用比较广泛。本文再次根据盘锦辽滨港疏港高速公路工程实例,从设计、施工工艺、质量检测及质量控制措施等几方面对振动沉管碎石桩处理软土地基进行了论述,望能给类似工程提供一些参考。

1.碎石桩加固机理

碎石桩的加固机理一般可分为挤密和置换两种作用。对饱和粘性土,主要是置换;对砂性土,主要是挤密;对非饱和的粘性土,则同时兼有挤密和置换两种作用。一般认为,饱和土体的挤密作用随土中细颗粒含量增加而减少,置换作用随土中细颗粒含量增加而增加。对砂土、粉土及非饱和粘性土,碎石桩起到了挤密、排水、预振、减振作用。对饱和粘性土,碎石桩的作用则是置换和排水。碎石桩运用于地基处理,其本身是由散体材料组成,材料本身没有粘性强度,桩体的强度主要是靠周围土体的约束和桩身材料的摩擦维持的,在承受上部荷载时,桩体主要受力集中在桩顶附近4倍左右的桩径范围内。同时碎石桩由于设置了反滤性和渗透性都较好的碎石,使得土体固结排水路径大大缩短,固结速度大大提高,土体的强度和对整体的约束能力也得到提高,从而使复合地基的承载力得到提高。

2.施工工艺

振动沉管碎石桩采用逐步拔管反插法进行施工,具体施工工艺如下:

(1)场地清理,划定处理范围,按设计要求布设桩位,如地表有积水或存在软弱层可先铺设垫层后再进行碎石桩施工;

(2)桩机移动就位,调整导杆垂直度不小于1.5%,提升桩管离地面50cm,桩靴闭合;

(3)加压振动桩管,沉到设计深度;

(4)开始第一次投料,要求投满桩管,记录投石量;

(5)启动桩管,启动管前需留振1min,边开桩机振动锤边均匀缓慢提升桩管,当拔起3~5m时,再次投料,边振动边提升。提升速度控制在1m/min,每次提起桩管0.5m,停拔继振20s并反插,直至将桩管提升到孔口。

(6)反复投料提管直至孔口,并在孔口进行反插,记录每根桩的投石量。

(7)移位,进行下一根桩的施工。

3.施工中应注意的问题

由于工程地质的复杂性,在振动沉管碎石桩施工过程中,会遇到不同的问题,加强对这些问题的研究,并提出针对性的防治解决方法,对工程实践具有很好的意义。

（1）对地表强度较低路段的处理

地表强度较低的施工路段,桩架移动过程中会有沉陷的危险,因此无法移动至打桩位置,可铺以适当厚度的垫层以利于施工机械的行走。IK0+350处有一古河道,淤泥深度较厚,施工中首先清淤5m,开挖排水沟,排水翻晒后回填砂土,最后移动桩架至放线布桩位置进行振动沉管碎石桩的施工。

（2）加固地基为饱和淤泥质粘土的处理

该项目工程某处地质为饱和淤泥质粘土,不宜采用活叶瓣施工,因为淤泥和套管之间形成很大的粘聚力,拔管时下部容易形成真空产生负压,致使已成孔收缩,活叶瓣无法打开。具体施工时,在套管头加设一预制混凝土桩头,使套管两端形成开口,消除负压。其施工过程见图1。

（3）对桩身拔管速度的控制

在软土地基上施工碎石桩主要起到置换软土和排水通道的作用,以此来提高复合地基承载力。在施工过程中,不应过分扰动桩周软土。如盲目增长留振时间,会使桩径增大,同时也会过分扰动桩周土,对复合地基承载力的提高作用不大,反而大大增加了碎石用量,导致成本升高。该工程的振冲碎石桩处理公路软基的留振时间控制在5～10s范围内,并边振边拔,每次上提速度为0.3～0.5m/s,并大于0.5m,否则就会造成桩体密实度不均匀。每拔高0.5～1.0m悬振停振,如此反复直至全管拔出。

图1饱和淤泥质粘土地基振动沉管碎石桩施工工艺   

（4）打桩顺序的合理组织

施工顺序是施工组织设计的重要内容,主要有3种施工顺序:1)由里向外法;2)排桩法;3)由外向里法。由于该工程处于收费站地区,是一种大面积满堂布桩的工程,且地基强度较低,因此采用由外向里的打桩方法。施工时将布桩区四周的外围2～3排桩完成,内层采用隔一圈成一圈的跳打方法,逐渐向中心区收缩。外围完成的桩可限制内圈成桩时土的挤出,加固效果良好,并且节省填料。

（5）表层处理垫层的设置

在桩顶部0.5～1.0m范围内,由于该处地基土的上覆压力小,施工时桩体的密实度很难达到要求,必须进行处理。处理的方法一般有两种:一种是将该段桩体挖去;另一种是用振动碾使之压实。该工程在桩顶和基础之间铺设一层50cm厚的碎石垫层。碎石垫层起水平排水作用,有利于施工后土层的加快固结,其更大的作用是:在碎石桩顶部采用碎石垫层可以起到明显的应力扩散作用,降低碎石桩和桩周土的附加应力,减少碎石桩侧向变形,从而提高复合地基承载力,减少地基变形量。

（6）安全生产措施

1)在工地建立合理的安全保证体系及各工种的安全工作制度,定期开展安全活动,向员工进行安全知识教育,推广安全生产的先进经验;2)机械设备要定期检修,保持完好,机械设备的布局要合理,操作者要严格遵守安全操作规程;3)安全负责人要经常深入施工现场进行检查,针对查出的问题提出有效的解决措施,防患于未然;4)对于已经出现的事故,要对事故发生的原因,防范措施及事故的责任人提出处理建议,并及时报告上级主管部门。

（7）施工后的质量检验

施工质量检验,主要采用重型动力触探试验进行随机检验。另外,当桩体质量全部达到设计要求和相应的质量标准后,还要验证复合地基的力学性能是否满足设计提出的要求,例如:承载力特征值、变形特性(总沉降量、差异沉降量)、抗剪强度指标等是否达到设计要求,即加固效果检验,主要采用的是载荷试验。

按照2‰的概率分别进行了单桩承载力与单桩复合地基承载力载荷试验。试验结果显示:碎石桩单桩竖向抗压极限承载力(99.5%的单桩检测结果)大于单桩承载力标准值300kN。单桩复合地基的承载力特征值为187.1kPa,大于复合地基承载力设计标准值150kPa。均符合设计要求。

4.施工质量控制

（1）桩长控制

为了保证桩质量必须保证成桩桩长,成桩桩长要注意两点,一是桩尖为圆锥形,桩尖处的深度应比设计深度深一个桩尖长度,二是碎石桩桩头部分难以保证密实度,成桩顶部也要高出设计桩顶0.5m。

（2）活瓣桩尖的要求

1)桩尖的制作。

使用普通与桩管等直径的活瓣桩尖,须经多次反插才能达到设计投料量,实践证明扩大头型活瓣桩尖效果优于普通活瓣桩尖,减少了桩管下沉及上拔阻力,增大了反插与挤密作用效果,提高了功效。

2)密封性要求。

桩尖密封性好可减少进入桩管的泥土数量,保证桩的尖部施工质量。

3)桩尖开启角要求。

如反插时活瓣桩尖完全打开,石料在管内形成活塞运动,不能对桩体进行有效的压密。桩尖由四块活瓣组成,在扩径段外焊接8块限位块,使桩尖活瓣开启角≤600。在桩管提升时,活瓣打开,稍向内倾斜,不影响下料。反插时由于桩尖受到向上的压力,活瓣闭合,使桩间土挤密,桩体压密。

5.碎石填料的要求

挤密碎石桩复合地基设计承载力为150Kpa,非风化的岩石制成的碎石即可。碎石粒径2～5cm,含泥量要求≤10%,运至工地的石料内无明显泥块即可达到要求。

结语：

通过振动沉管碎石桩软基处理工程的分析、总结,讨论了施工过程中应注意的问题,并对各问题提出了改进意见。由于不同工程项目地质情况的复杂性及振动沉管碎石桩的广泛应用,需要在不断总结经验的基础上作更深入的研究,为振动沉管碎石桩的应用提供更多的理论依据。

参考文献

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[2]郑美田.应用振冲碎石桩处理公路软基的一些问题探讨[J].广州建筑,2005(3).

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