振冲碎石桩在地基处理中的设计和应用

2012-11-06袁彦华

山西建筑 2012年9期

袁彦华

(大同煤矿集团设计研究有限责任公司，山西大同 037003)

近年来，我省煤矿企业兼并重组整合工作的不断进行，一批矿井经过整合后生产能力提升、管理也要标准化，均需要进行生产系统的改造，新建地面生产系统等工程。而旧有煤矿的地形地质可谓是各有千秋，尤其是作为建筑地基经常要进行地基处理，笔者结合自身工作实践，总结了一点经验，旨在为今后类似工程设计提供一些有益的指导。

1 工程概况

本工程的建设单位为大同煤矿集团公司同朔同盈煤业有限公司，工程地点位于原平市段家堡乡西梁村东南方，整合后的工业广场内主要新建工业建筑有副井绞车房、主井井口房、筛分楼和输煤栈桥等。

根据建设单位所做的工业广场岩土工程勘察报告中可以看出，场地内第①层土土质为杂填土，褐黄色、褐灰色，松散、稍湿，是以粉土、碎石、泥岩及砂岩和煤屑为主，结构不均匀，地基承载力特征值仅为90kPa，不能作为建筑物地基。且本层的厚度一般为10m～13m，最深处达到了22m，需要进行地基处理。而第②层土土质为强风化泥岩，地基承载力特征值也达到了300kPa，是可以作为建筑物地基的持力层的。

2 方案选择

地基处理方案初步选择为桩基，选用人工挖孔灌注桩，以第②层强风化泥岩为持力层。但是与建设单位沟通的过程中发现，挖孔桩实现不了，因为杂填土这一层成分太复杂，人工挖孔不能成孔，故而转向选择采用振冲碎石桩。

3 设计依据

1)GB50007-2002建筑地基基础设计规范;

2)JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范;

3)GB50011-2010建筑抗震设计规范;

4)建设单位提供的岩土工程勘察报告。

4 振冲碎石桩原理和特点以及适用范围

1)振冲碎石桩的适用范围。它适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。本工程恰好是较厚的杂填土层。2)振冲碎石桩的原理。振冲碎石桩是通过在地基土层中形成密实的桩体和桩间的挤密作用，与原地基结合形成复合地基，以提高地基承载力、减少沉降和不均匀沉降。3)振冲碎石桩的特点。振冲碎石桩的特点是技术可靠、机具设备简单、操作技术易于掌握，可节省建筑用材、加快施工进度、节约投资。

碎石桩具有良好的透水性，可加速地基固结，并能很好地提高地基承载力。

作为整合煤矿，应本着安全、适用、经济的原则，尽量地加快工程建设，缩短建设工期。作为地基处理更应为缩短工期做贡献，而振冲碎石桩处理地基可以很好地做到这一点，故选择这种地基处理办法应该是最佳的。

5 振冲碎石桩的设计

复合地基承载力特征值用下式计算:

其中，fspk为振冲桩复合地基承载力特征值，本工程为230kPa;fpk为桩体承载力特征值，要求不小于500kPa，本工程取500kPa;fsk为处理后桩间土承载力特征值，考虑振冲施工对土的挤密作用，本工程取fsk=100kPa;m为桩土面积置换率。

桩间距根据下式计算:

其中，d为桩身直径，本工程为1.0m;de为等效影响圆直径，对于正方形布桩de=1.13s，s为桩间距。

本工程中，振冲碎石桩桩径暂按1000mm取值，按正方形布桩设计。

将各类数据代入下式中:

经计算:s=1.55m，

根据规范中桩间距为1.5m～3.0m，桩间距s取1.50m。

经验算:正方形布桩、桩径1000mm、桩间距1.50m，fpk=500kPa，fsk=100kPa 时，m=0.3481。fspk=239.223kPa＞230kPa，满足要求。

6 振冲碎石桩的布桩设计以及技术要求

6.1 布桩设计

因工业场地内各个工业建筑的占地面积均比较小，且为保证建筑整体性、防止地基的不均匀沉降，基础形式均选用筏板基础。所以布桩选择了正方形布桩。

桩直径为1.0m;桩间距为1.50m;基础外设护桩2排;桩长保证进入强风化泥岩层不小于0.5m。

桩顶和基础之间铺设一层厚300mm的级配砂石或碎石褥垫层，级配砂石一般粒径3cm～7cm，最大粒径不大于10cm。干容重控制大于 2.0 g/cm3。

桩头预留有1.0m保护桩段，在基础施工前挖掉。

6.2 技术要求

机具要求:采用75kW振冲器，密实电流控制在50 A～55A，水压为200kPa～600kPa。水量为200 L/min～400 L/min，造孔速度为0.5m/min ～2.0m/min，每次填料深度不大于0.50m，成桩桩径应不小于1000mm。

桩体材料要求:采用含泥量不超过5%的碎石、卵石，颗粒一般粒径4cm～12cm，最大粒径不大于15cm。

7 施工中可能出现的问题及处理措施

1)桩制孔时土质软弱。可采用“先做护壁，再成桩”的施工方法:即在振冲成孔达到软弱层时，加适量填料进行初步挤振，将填料挤到软弱层周围，以加固孔壁。2)制孔时土层中有坚硬层。可在坚硬层中采用振冲器往复上下多次进行扩孔，使孔径增大以便于填料。3)桩体密度不够。应延长留振时间，增加反插次数，增大填料量。4)桩位偏移过大。应采用振冲器对准振位，控制初始下沉速度，保持振冲器悬重状态下沉。5)施工前应对操作人员进行一定的技能培训，让其掌握好施工工序，避免出现大的误差。