挤密砂石桩在南水北调焦作渠道液化砂土段的应用

2012-08-31张程勇赵北辰中国水利水电第十一工程局有限公司

河南水利与南水北调 2012年22期

关键词：桩位砂石液化

□张程勇 □赵北辰 □李翔（中国水利水电第十一工程局有限公司）

1.工程概况

焦作1段第II施工标段（桩号Ⅳ33+700～Ⅳ38+000）内的建筑工程主要包括长度3526 m的明渠、普济河渠倒虹、闫河渠倒虹、1座退水闸、1座节制闸、4座公路桥梁等。

主要工程量包括：土方开挖138.3万m3、土石方填筑170.4万m3、混凝土及钢筋混凝土14.15万m3、砌石4.15万m3、钢筋制安0.89万t、机电设备安装、金属结构设备安装等。

该标段桩号为Ⅳ35+400～Ⅳ36+556渠段为液化砂土段，按设计要求，采用挤密砂石桩方法进行处理。布置砂石桩共计13727根，总长度115110.9 m，桩径50 cm，桩长7.80～10.78 m。挤密砂石桩有效长度布置见表1。

表1 挤密砂石桩有效桩长布置表

2.场区地质条件

场区工程地质土层分布特征如下：建筑物场区共划分为3个工程地质单元,第一个是人工堆积（rQ），顶部0.5 m左右为杂填土，下部1.4～1.5 m为素填土；第二个是粉质粘土（alplQ14），层厚6.6～7.1 m，含钙质结核；轻粉质壤土和砂壤土（alplQ14），层厚5.0～5.5 m，含有钙质结核。

3.设计要求

3.1 材料：挤密砂石桩体的填料可用砾砂、粗砂、中砂或石屑等硬质材料，级配良好，最大粒径≤50 mm，含泥量≤5%。

3.2 桩长≥设计值，桩灌砂量≥95%，桩位偏差≤0.30D，桩体垂直度≤1.0%。

3.3 采用标准灌入法对桩间土进行质量检测，检测位置在等边三角形的中心处。施工后应满足挤密砂桩长度超出液化土层深度≥0.50 m，并且处理深度范围内土层的标准贯入击数实测值≥地震液化的临界标贯击数，从而达到不液化的标准要求。

4.主要施工方法及技术要求

挤密砂石桩施工主要采用设备有DZJ-60型振动沉管桩机和LUCORG12D型小装载机。

4.1 核查地质资料。在施工区域内进行地质勘查，监理单位100%见证检验，对地基地质资料进行核查，基本符合地质情况，地下水位偏高。

4.2 挤密砂石桩的工艺性试验。根据设计要求，施工前选择桩号为（Ⅳ36+290.248～Ⅳ36+298.392，距渠道中心线16 m右岸区域内，地面高程101.842～101.982 m）的10 m×10 m场地内进行挤密桩的工艺性试验。挤密桩桩间距为2.0 m和1.8 m，桩径为500 mm，桩孔深7.8 m，正三角形布孔，共计挤密桩35根。

通过试桩试验，最终确定了挤密桩施工工艺参数，包括原材料要求、成桩时间、桩距、填料量、拔管速度和反插次数及施工工艺等。

4.3 挤密砂石桩成桩施工。挤密砂石桩采用重复压拔管法施打振动挤实砂石桩加固渠道。

4.3.1 施工工艺：施工工艺流程见图1，施工操作示意图见图2。

图1 施工工艺流程图

图2 施工操作示意图

4.3.1.1 场地平整。采用ZL-50装载机对施工场地进行清理、平整，清除场地内建筑垃圾，并将场地碾压密实。

4.3.1.2 测量放线布设桩位。进行现场测量，用水泥砂浆固定标准控制点，再根据控制点，按照设计图纸放线布桩，确定设计施工桩位，编制桩号，填写布置记录。

4.3.1.3 桩机就位。根据门架振动挤压砂石桩机走向钢轨标出的桩位标记，移动桩机，使桩机对准打桩线；启动0.5 t卷扬机，按照下横梁上标出的桩位标记移动导向架，使桩管（尖）对准打桩点，并将卷扬机离合器刹紧；松动1 t卷扬机离合器，使桩尖接触桩位点。

4.3.1.4 启动桩锤电机使桩锤振动，桩管沿桩位下沉。

4.3.1.5 灌砂石。根据桩深，将定量砂石量装入桩管内；如果桩管一次容纳不了应灌入的全部砂料，剩余的砂石料待桩管提升后，振动挤实一段时间以后再补充装入。

4.3.1.6 沉桩过程中的振动挤实。每次桩管提升1.0～2.0 m/s，提升时桩尖自动打开，桩管内的砂石料流出。

4.3.1.7 降落桩管，振动挤压15～20 s。

4.3.1.8 其后，每次提升桩管100～200 cm，挤压时间以桩管难以下沉时为宜。按上述办法经多次往复升降压拔桩管，灌砂挤密地基。

4.3.1.9 完成该桩灌砂石量，桩管提升至地面。尔后将桩管移到下一根桩位。

4.3.2 施工要点

4.3.2.1 砂石料，砂砾含泥量不得大于5%，最大粒径≤40 mm。

4.3.2.2 桩管下沉过程中，应沿导向架，并始终保持同导向架平行。如发生桩管偏斜须及时扶正桩管。

4.3.2.3 打桩顺序。尽可能采取接近梅花型的插打法，施工推进按先打第一排的各桩，接着向前推进隔一排打第三排的各桩，然后再退回打第二排各桩，以此类推。

4.3.2.4 启动卷扬机电机时，卷扬机离合器必须松开，以免烧坏电动机。

4.3.2.5 导向架横向移动时，必须将1 t卷扬机移动手把刹紧。

4.3.2.6 扶管桩对位时，一定要在停机状态下进行，并在桩管的横向和纵向有专人观察桩管对位情况，发现偏斜，要随时纠正，以保证管桩垂直下沉。

4.3.2.7 随时注意检查桩锤齿轮箱润滑油油量，要保持齿轮箱油位不低于齿轮下齿根（一般保持在3 cm以上）。

4.3.2.8 做好交接班工作，桩机工作状态，电机运转情况，桩锤工作状态卷扬机系统有无问题，打桩深度，数量以及桩位都应记录交接清楚。

4.3.2.9 挤实砂石桩机的桩尖部分对挤实砂石桩施工质量和工效有很大影响，一般桩尖有三种型式，即限位活瓣式、锥头式和加护套锥头式。在实际施工中，加护套锥头式桩尖较为理想。

4.3.3 质量要求

4.3.3.1 质量控制。施工中应重点控制桩管下沉深度，拔管速度、反插次数、余振时间和灌砂量。

4.3.3.2 质量检查。施工质量检查的内容包括：桩位、桩孔、挤密效果和填夯质量等项，其中又以填夯质量的检查为重点。质量检查应根据需要在施工过程中或施工结束后分次进行，检查结果应作出记录以备工程验收或进行研究和必要的处理。检验点数量不应少于桩孔总数的2%，检验深度≥设计处理的深度。

4.3.3.2.1 桩位检查。根据设计施工图中桩基的轴线、高程和桩孔位置，检查桩孔的位置、间距及桩顶标高等是否与设计相符；同时检查有无漏桩、漏料等情况并作出记录。

4.3.3.2.2 桩孔检查。成孔结束后，应及时检查桩孔的直径、垂直度和深度是否在规定的容许偏差以内；检查桩孔有无缩径、塌孔及渗水等情况（见表2），如发现问题应作出记录并将处理结果写入记录中。

表2 挤密砂桩施工允许误差表

4.3.3.2.3 挤密效果检查。质量检验的方法：对桩间土挤密见图3，采用标准灌入方法。质量检验的标准：施工后应满足挤密砂桩长度超出液化土层深度≥0.50m，并且处理深度范围内土层处理后(应选在3根桩组成的等边三角形中心，见图3)的标准贯入击数实测值≥地震液化的临界标贯击数，或相对密度≥0.75，达到不液化的要求。

图3 挤密效果检测点示意图

4.3.3.2.4 质量评定。振动挤实砂石桩工程的保证项目和允许偏差项目，应符合有关质量检验评定标准规定。对渠道工程应符合《建筑地基处理技术规范》(JGJ79－2002)有关规定；对建筑工程应符合《建筑工程质量检验评定标准》有关规定。

4.3.3.3 挤密砂石桩质量控制

一是材料要求：砂石料。砂砾含泥量≤5%，最大粒径≤40 mm。二是施工前按规范和设计要求做成桩试验。三是沉桩时桩管竖直度不够或受临桩振冲影响，容易引起成砂桩倾斜，因此成桩时要经常校正桩管竖直度，相邻桩应间隔跳跃施工，避免相互间震动影响。四是3次投料不合理，反插深度和次数有误都会引起砂桩缩径，必须改变投料量比例，改变反差插深度和次数以满足要求。五是断桩是施工中常见病害，造成的原因有反插深度有误、塌孔、卡管活页打不开等。要严格按工艺性试桩提供的技术参数及成桩步骤控制拔管高度和拔管进度，否则易出现断桩，不能保证桩身的连续性。六是卡管为成桩中常见现象，要整修活页，使活页开启灵活打开。七是砂石桩施工质量应符合表2规定。