浅析振冲碎石桩在水利工程中的应用

2012-03-05肇庆西江水电监理有限公司

河南水利与南水北调 2012年16期

□韦晔（肇庆西江水电监理有限公司）

浅析振冲碎石桩在水利工程中的应用

□韦晔（肇庆西江水电监理有限公司）

水利工程的建设，不仅防止了洪涝灾害的发生，还对水量进行了调节和分配，满足了人们在生产和生活中对水资源的需要。然而由于水利工程的基础往往是软土地基，且地质条件复杂，这就对当前水利工程基础的稳定性提出了越来越高的要求。文章结合珠江堤岸防护工程软土地基处理实例，对振冲碎石桩的施工原理、施工工艺、施工质量控制和质量检验等方面进行了简要的分析和探讨。

振冲碎石桩；水利工程；应用

振冲碎石桩是常见的软土地基处理技术之一，在我国道路、水利、桥梁、建筑等各个领域地基处理中都得到了广泛应用。振冲碎石桩具有投资少，施工简便、快速的特点，并通过充分利用天然土体在软土地基构筑的桩体形成复合地基，以达到提高地基承载能力、增强稳定性和减少不均匀沉降的目的。

1.工程实例

1.1 工程概况

防护工程位于珠江前航道左岸，是广州市珠江堤防建设工程的组成部分，全长约6.3km。该段现有堤岸防洪标准为5年一遇至10年一遇，除专用码头为桩基或重力式沉箱结构外，其余为浆砌石堤，本次工程的任务是将该段堤岸防洪标准提高至200年一遇。

1.2 自然气候

珠江是我国南方的一条大河，横贯华南大地，是我国七大江河之一，它横跨了云南、贵州、广西、广东、湖南、江西、福建、海南等8省（自治区），总面积为79.63万km2。工程所处区域属于湿热多雨的热带、亚热带气候，气候温和多雨。四季的特点是：春季阴雨连绵，雨日特多；夏季高温湿热，暴雨集中；秋季台风入侵频繁；冬季很少严寒，雨量稀少。年平均温度14～22℃，多年平均降雨量1200～2200mm。

2.主要施工机械设备和施工原理

2.1 施工机械设备

振冲碎石桩施工主要设备有起吊机械、填料机械、振冲器、供水系统、电控系统和排污系统等。因垂直振动加密土体的效果远小于水平振动的效果，大约相差了4～5倍，因此施工过程中大多数振冲器都使用的是水平振动。

供水系统是施工中的主要设备体系之一，有一级供水系统和二级供水系统两种，一级供水系统指从水源到施工的用水箱之间，使用潜水泵；二级供水系统则是指从水源到施工振冲器之间，采用多段清水泵。在实际振冲作业时，需要大量的水冲，并且水压要求较高，所以通常在振冲施工过程中使用二级供水系统。

2.2 施工原理

振冲碎石桩是目前在国内较为普及的处理软土地基的实用技术。它的施工原理是在地基土体中，使用振冲器进行成孔，并进行振密填料的置换，从而形成碎石桩体，与原有地基土构成复合地基，加速了土层的固结和极大改善了土体的排水性能，在增强地基稳定性的同时，也减少了不均匀沉降。振冲碎石桩可以归结为挤密、排水、置换、垫层和加紧这几种作用。

3.振冲碎石桩施工工艺

3.1 施工顺序

振冲碎石桩的施工顺序通常有“由一边到另一边”或者“由里到外”这两种，都有利于挤走部分软土，以方便制桩。在一些强度偏低的软土地基中施工时，为避免出现制桩时出现桩间土的变动，宜使用间隔振冲的方法进行施工。

3.2 填料的方式

振冲碎石桩成孔后，需向桩孔内填入石料进行制桩，通常有连续填料和间断填料这两种方式。连续填料时，振冲器不需要提出孔口，仅需要往上提出30～50cm，当离开已经振捣密实的桩段时，随即向孔内连续的回填入石料，直到振冲密实并符合设计要求后，再向上提出30～50cm，重复以上步骤，从下到上逐渐制桩到达孔口位置。间断填料是指将振冲器提出孔口，并向孔内回填0.15～0.5m3的碎石，再进行振冲密实，等符合设计要求以后，再提出振冲器进行回填和振冲密实，重复上述过程直到制桩完成。

3.3 施工工艺中的重点环节

第一，试桩。在施工前，应先选定具体的施工技术参数，同时通过对造孔电流和水压的调试，尽可能的确定科学合理的施工技术参数，以确保振冲碎石桩的成桩质量。第二，布设桩位。按照设计图纸的要求进行现场的放线布桩，主要轴线应先进行放线定位，再根据主要轴线进行布桩，并通过铁钎或者是小木桩进行桩位的复核，保证桩位的偏差不应>3cm。同时，需将现场的桩位进行标示，在施工中应对号入座，防止出现重打和漏打的现象。第三，成孔。当振动器启动后会产生出高频的振动，先开启高压水泵，振动器的末端出水口喷水后，将高速水流冲击孔底，然后使用振动器以0.5～2m/min的速度贯入地层，并保持垂直，直至到达设计深度为止。第四，清孔。清孔的目的是为了减小桩体的含泥量，并保证填料的畅通。当成孔符合设计要求后，用振动器端口喷出水流对孔内的泥浆进行清洗，并将振动器留在孔底进行适当振动，使孔内的泥浆变稀，重复升降操作几次，直到流出清水为止。在清孔时还应注意适当增大水量，并降低水压。第五，填料振密。如使用连续填料法进行施工时，应将振动器停留在设计深度上方30～50cm处，并不断的向孔内填料，在整个制桩的过程中，石料都应处于满孔的状态；如果使用是间断填料的方法，则应先将振动器提出孔口，当每次向孔内填入0.15～0.5m3石料时，都应使用振动器下降到填料中进行振捣，反复施工，直到桩体完成为止。当振动器的电流到达规定电流，在原位置留振超过10s，且电流值不下降，则表示此振动点处的桩体已经达到了振密的要求，此时的电流值即为密实电流；如果电流还没有达到密实电流，则还需向孔内再填入一批石料，继续振密，直到电流达到密实电流为止。具体的施工工艺流程见下图1。

第六，铺设碎石垫层。当振动碎石桩施工结束后，应在桩顶处铺设约30cm厚度的碎石垫层，并使用振动压路机重复碾压至少两遍。

图1 工艺流程图

4.振冲碎石桩施工质量控制

4.1 严格控制施工过程中的水压和水量。水压应视施工土质决定，对强度偏高的土体，水压可适当增大，对强度偏低的软体，水压可稍小一些；水量应充足，使孔内充满水，并注意防止塌孔，保证制桩工作的顺利；成孔过程中的水量和水压都应尽量调大，当接近设计加固深度时，再降低水压；加料振密过程中的水量和水压都应尽量减小。

4.2 施工所需电压通常为380±20V，应保持稳定，并严禁在超过额定电流的情况下进行作业。振冲器在固定深度位置的留振时间应在10～20s之间。

4.3 填料过程中应注意回填石料不宜过猛，并注意勤加料，保证每批石料量的控制。施工中，在每段桩体均应满足留振时间、密实电流和填料量这3方面的规定，并尽量防止断桩和缩径的现象。

4.4 振冲碎石桩施工中的质量控制还应注意桩距、桩径、桩长、竖直度、灌碎石量等方面，具体的允许偏差和检查方法见表1。