沉管碎石桩工艺在机场软基处理中的施工质量控制

2012-08-22朱永学潘志峰周海忠

科学之友 2012年18期

关键词：填方碎石土体

朱永学，潘志峰，周海忠

（中国航空港建设第八工程总队，辽宁沈阳 110015）

机场作为航空事业的载体，正随着国民经济的迅速发展和社会的全面进步而迅猛发展。同时，越来越多的机场属于高填方机场，如何处理好机场建设中大面积、高填方、不均匀的堆填场地是高填方机场地基处理中迫切需要解决的一项课题。

近年来，国内出现振动沉管碎石桩地基处理设计与施工方法，从根本上克服了传统软弱地基处理施工方法存在的缺点。

1 工程概况

六盘水月照机场工程为国内4C级支线机场，跑道长2800m，宽45 m，跑道中心线中点标高1 969.32 m，最大垂直填方高度85.14m，坡顶与坡脚最大高差超过150m，全场填方总数3×107m3，是一个典型的高填方机场。场区内广泛分布泥岩、页岩、煤层等软岩；存在滑坡、崩塌、危岩、岩溶、洞穴、膨胀土、软土等不良地质和特殊岩土；普遍分布第四季松散堆积层，土质不均、力学性质差。006标段软弱地基场区内分布有黏土、粉质黏土、泥炭质黏土、粉土、有机质土等软弱底层，其中粘土还具有弱膨胀性。软弱地基厚度大，含水量大，压缩性强，承载力低。软弱地基是导致边坡失稳的重要因素。

本工程设计采用振动沉管碎石桩，桩直径为500mm和800mm，桩长10～20 m，桩间距分别为1.5 m和1.3 m，平面上呈等边三角形布置，采用间隔跳打的方式进行。

2 施工前的准备工作

2.1 查阅资料，弄清碎石桩的原理及特点

2.1.1 加固原理

2.1.1.1 挤密作用

在沉管振动成孔过程中，桩管对桩位原土体产生横向挤压作用，将与桩管体积相同的土体挤向桩孔周围。在桩管成孔和上拔过程中，垂直激振力所产生的能量引起桩管周围土体的强烈振动，使桩周土体产生竖向挤密，土体在横向和竖向作用的影响下，得到加固挤密。

2.1.1.2 排水作用

土体在受振动时有增密的趋势，如果孔隙水不能排除，就会造成孔隙水压不断上升，以致产生液化。但碎石桩有良好的渗透性和反滤性，在地基中形成良好的竖向排水减压通道，可以有效消散并防止超孔隙水压力的增高和土层的液化。此外，碎石桩也大大缩短了桩间土的固结排水路径，有利于土体的固结和抗剪强度的提高。

2.1.1.3 预振作用

对于具有液化势的土体，由于碎石桩施工中的强烈振动，使土体产生较大的动应变，土体得到挤密，密度增加。土体所产生的这种预振，可大大改善地基土的抗液化性能。

2.1.1.4 减震作用

对于可液化地基，经加固后地震剪应力由桩间土和碎石桩共同承担，碎石桩的剪切模量比同截面桩间土的剪切模量要大很多，因而在地震时，剪应力在桩上集中，从而相应使桩间土的剪应力减小，使地震烈度相应降低。

2.1.2 特点

优点：①施工机具常规，操作工艺简单。②场地干净，无污染。振动沉管法施工与振冲施工相比，施工环境整洁，无需考虑泥浆排放和对场地的污染。③造价低。所使用的材料为碎石，可节约水泥、钢材，就地使用廉价地方材料，可降低工程成本。④使用性广。⑤施工速度快。

缺点：①振动和噪声较大，不能在市区内使用；②施工会导致地面变形，对邻近建筑物有影响。

2.2 方案技术准备

①碎石桩开工前组织相关技术人员审核施工图纸，熟悉施工工艺及相应规范和技术控制标准。②制定施工安全保证措施，提出应急预案。对施工人员进行专项技术交底，上岗前，对参加施工人员进行技术培训，合格后方可上岗。③组建作业班组，进行技术交底和安全技术培训。

2.3 施工现场准备

①测量放样：根据现场平面形状和设计参数绘出布桩图，依布桩图放出施工区域大样，在每个区域按设计桩距进行桩位放样。②查明清除障碍物：清除大块石、树根等杂物。③平整场地：地面土质较差，承载力较低，应铺设碎石垫层，以满足机械行走要求。④检查主机各部的连接，各部系统工作是否正常，做好必要的调整和紧固工作，排除异常情况。⑤接通电源和水路，进行机械试运转。备足所需材料。

2.4 技术要求

桩身密实度检查：采用动力触探进行随机检验，检验数量为桩孔总数的2%，且不少于3根。桩体密实度必须大于中密状态（N63.5≥10）。

复合地基承载力检查：采用单桩平板荷载试验，检验数量为桩总数2‰，且不少于3根。符合地基承载力不得小于150 kPa的要求.

2.5 碎石桩施工允许误差

碎石桩施工允许误差应符合表1规定。

表1 碎石桩施工允许误差

2.6 人员配置

人员配置如下：①现场负责人1名，负责现场总体指挥与调度工作；②实验人员2名，负责施工过程中试验检测；③测量人员3名，负责测量放样，高程测量；④技术人员1名，负责现场检查、指导试桩的各种技术工作、确保按桩方案进行；⑤安全员1名，负责施工过程各种安全、文明检查与指导工作，确保高空、地下及工作场面无障碍物和危险隐患，保证桩机施工环境安全、文明；⑥专职记录员5名，负责施工中需要详细记录的各种技术参数，确保其真实、准确。

2.7 原材料要求

碎石桩施工碎石为外购硬质碎石料，应洁净、干燥并具有足够的强度和耐磨耗性，其颗粒形状应具有棱角，不得掺有软质和其他杂质。施工中采用的碎石含泥量小于5%，Φ500桩径碎石桩碎石粒径不宜大于5 cm，Φ800桩径碎石桩碎石粒径不宜大于10 cm.

2.8 机械设备的要求

沉管碎石桩施工采用DZ系列振动沉管桩机，采用活瓣式桩尖，桩管直径分别为480 mm、788 mm，成桩直径分别为500 mm、800 mm，桩间距分别为1.5 m、1.3 m，桩管长度为设计桩长加3 m.

2.9 施工记录的要求

碎石桩施工作业队要认真登记碎石桩施工记录，按桩号实事求是地登记管桩灌入深度。项目部安排人员对碎石桩施工记录进行检查与复合，发现弄虚作假将对作业队进行处罚。

近年来，随着政策的出台和制度的完善，大同市农业科技推广取得了长足的发展。在优化农业生产格局，提升农业经济发展水平，带动区域经济发展等方面具有显著的作用。就整体而言，其发展趋势表现在以下几个方面。

2.10 施工工艺

2.1 0.1 施工放样

根据路基宽度和设计参数绘出布桩图。依布桩图放出施工区域大样，在每区域按设计间距进行桩位放样。

2.1 0.2 对位

根据设计，确定加固机体的位置，桩机井架上必须设置标尺。桩机就位时必须调平、稳定，确保在施工过程中不发生位移、倾斜。用水平尺来测量碎石桩机的水平，用垂球测定桩机井架的垂直，使井架球保持垂直，以确定成桩的垂直度。

2.1 0.3 成孔、振动、提升、反插

①用振动成桩机将桩管边、振动边沉入土层，每下沉0.5 m留振30 s直至设计深度，稍向上提桩管，使桩管下端的活瓣桩尖打开，桩管及桩尖外壁的真空破坏，减少起拔摩阻力。②停止振动，立即往管内装入碎石。在拔管前先留振1 min，使桩管内碎石密实。边振动边匀速拔管，拔管速度控制为1～2m/min.根据单桩设计碎石用量确定第1次投料的成桩长度，拔管过程中进行多次反插，至管内碎石全部投出。提升和反插速度必须均匀，反插由深到浅。每根桩反插次数视情况而定，每次3～5遍，每根桩不得少于12遍。反插深度应小于桩管长度，每提升2 m反插1次。当套管提升至桩顶部时，进行孔口投料至地表，启动反插并及时进行孔口补料至该桩碎石料全部投完为止。在孔口加压，保证孔口石料的密实。加料时应停机加料，每次加料不宜过多，以每次不超过0.8 m为宜，并注意提升速度，防止因提升过高而出现断桩或缩颈现象，应每提升4 m投料1次。施工过程中应及时挖出桩管带出的泥土，孔口泥土不得掉入孔内。

2.11 碎石桩的质量检测

见表2.

表2 原地面碎石桩检测

图1 沉管碎石桩施工工艺流程图

2.12 质量保证措施

①施工时严格按图纸和施工规范进行施工；②严格控制原材料质量及填料的含泥量；③现场试验时，要认真、及时地填写实验过程中的各类数据，以保证试桩试验阶段成果的真实性、可靠性；④严格报表制度，对隐蔽工程检查项目必须及时报监理工程师检查。

2.13 安全保证与防护措施

2.1 3.1 安全保证措施

①设立专职安全员并建立24 h旁站制度，及时纠正和消除施工中出现的不安全苗头；②对施工人员定期进行安全教育和安全知识考核；③工地设立明显的安全警示牌和安全注意事项宣传栏；④各类机械设备操作人员必须持证上岗，无证人员或非本机人员不得上机操作；⑤场内的电路布置要规范化，电器开关设在防雨、防晒的电气箱柜内，距离地面不小于1.5 m.

2.1 3.2 施工安全防护措施

①进场人员一律佩戴安全帽及反光背心，不准穿拖鞋，不得赤脚作业；②进入施工现场人员一律佩带安全上岗证；③所有电力线路和用电设备由持证电工安装，由专职电工负责日常检查和维修保养，禁止其他人员私自乱接、乱拉电线；④现场施工用电线路一律采用绝缘导线，移动式线路使用胶皮电缆，使用时提前认真检查，确保电缆无裸露现象；⑤现场所用柴油发电机在使用前要按规定进行检查、试运转；⑥桩机四周设置围避遮挡措施，防止无关人员进入；⑦夜间施工时配备充足的照明灯具，确保施工现场有足够的照明，为夜间施工生产和车辆行驶创造良好条件。

2.14 环境保护措施

①在机械化施工过程中，要尽量减少噪音、废弃物、废水及尘埃等污染，运转中尘埃过大时要及时洒水；②对场地的表层腐殖土进行清理，砍伐的荆棘丛林等废料要运至指定的地点进行废弃；③清理施工机械、设备及机械的废水、废油等有害物质以及生活污水，不得直接排放于河流、池塘或其他水域中，也不得倾泻于饮用水源附近的土地上，以防污染水源和土壤。