振动沉管碎石挤密桩法处理饱和粘性土地基探讨

孙戈宇

(山西省第二建筑设计院，山西长治 046000)

1 工程概况

某住宅楼，地上6层，地下1层，长60.0 m，宽13.0 m，砖混结构，基础为筏板基础，室内外高差0.45 m，基础埋深1.8 m，基底接触压力为120 kPa。

2 场地地质条件

该场地位于山间盆地内，属平房拆除区，地基土自上而下可分为五层:第①层:杂填土，厚1.5 m，fak=80 kPa;第②层:粉质粘土，软塑，厚3.3m，局部厚 9.0 m，fak=100 kPa;第③层:粉质粘土，局部为粘土，可塑，厚4.0 m，fak=150 kPa;第④层:粉质粘土，可塑，厚4.0 m，fak=160 kPa;第⑤层:粉质粘土，硬塑，最大揭露厚度6.0 m，fak=190 kPa。本场地地下水类型为第四系松散堆积层孔隙潜水，地下水位埋深2.1 m～2.5 m。建筑物持力层为第②层软塑粉质粘土。本场地不利地质因素为:在场地东部(约占基坑1/3平面范围)原为一积水池塘，存在淤泥透镜体;第②层粉质粘土层底埋深由西向东逐渐增大;地基为不均匀地基。

3 地基处理方案设计

根据场地地质条件及建筑物上部荷载情况，设计单位采用振动沉管碎石挤密桩法进行地基处理。碎石桩采用等边三角形布置，桩间距1.0 m，桩径400 mm，桩长根据地基土情况分别为6 m，7 m，10 m(实际施工中根据振动管入土情况至较硬土层，电机的工作电流达到一定的数值为止)。处理范围大于基础底面范围，处理宽度在基础外缘扩大3排桩。充盈系数取1.3。桩体材料采用碎石，碎石含泥量不大于5%，最大粒径不大于50 mm。要求复合地基承载力特征值不小于120 kPa。

4 施工工艺

4.1 施工工具

振动沉管法的主要设备为振动拔桩机、下端装有活瓣桩靴的桩管和加料设备。

4.2 施工步骤

1)清理平整施工场地，布置桩位。2)移动桩机及导向架，把桩管及桩尖垂直对准桩位(使活瓣桩靴闭合)。3)启动振动桩锤，将桩管振动沉入土层中到达设计深度，使桩管周围的土进行挤密。4)从桩管上端的投料漏斗加入碎石，数量不小于设计要求。5)边振动边拔管，每拔起一定长度，停拔继续振动若干秒，如此反复进行，直至桩管拔出地面。

4.3 施工顺序

采用隔排施工的方法。

4.4 施工质量控制

1)桩身连续性:用拔管速度及停拔继续振动时间控制。一般情况下拔管1 m控制在30 s之内，停拔继续振动时间为10 s～20 s。2)桩直径:用碎石量控制。当实际灌碎石量未达到设计要求时，可在原位再沉下桩管灌碎石复打一次。

5 地基处理效果检测

地基处理施工结束后(桩龄最长者达26 d)，进行了地基检测，检测方法为:载荷试验:确定复合地基承载力特征值。重型动力触探试验:了解桩体完整性及桩体密实情况。标准贯入试验:了解桩间土处理前后地基土承载力变化情况。载荷试验:复合地基载荷试验操作严格执行JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范附录A复合地基载荷试验要点。承压板直径采用1.05 m，最大加荷为240 kPa，每级加荷为30 kPa，共进行3组复合地基载荷试验。各载荷试验点加荷情况见表1。

表1 各载荷试验点加荷情况

当荷载加重240 kPa时，沉降急剧增大，且承压板周围土体出现明显的隆起。依据JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范中有关确定复合地基承载力特征值的规定，fak=105 kPa。桩体:共抽检8根桩体，未发现有断桩现象。重型动力触探锤击数在0 m～3m处，锤击数多为1击～3击，普遍较为松软;3.0 m以下密实度普遍较好，击数多为4击～12击，且深度增加锤击数亦随之增高。桩间土:各测点桩间土情况大体一致。经分析，桩间土承载力特征值处理前后变化见表2。

表2 桩间土承载力特征值处理前后变化表

6 不利因素分析及补救方案

不利因素:桩体0 m～3m，锤击数低，为1击～3击，普遍松散;桩间土第②层土经处理后，承载力反而降低;载荷试验检测结果，复合地基承载力特征值为105 kPa，不满足设计要求。存在上述不利因素的原因:第②层土为饱和软粘土，桩间土的强度低，侧限作用较小，对桩的约束作用差，使桩体碎石不易密实;在成桩过程中，由于振动力和侧向挤压力作用，产生剧烈的扰动，桩间土发生触变，使其力学性质变差，承载力降低。地下水位埋深变化较大，这样混乱的地下水位，与振动打桩过程中扰乱了场地原饱和粘性地基土的原始状态有关。一方面，碎石桩桩体起渗透排水作用;另一方面，桩间土层扰动挤压，孔隙水压力增高，水分一时又难以排出，造成水位深浅不一。随着时间推移，孔隙水压力逐渐向桩体转移消散，水位将恢复到统一水面。同时饱和粘性土随之固结，原地基土强度也随之提高。为了缩短工期及减小建筑物沉降，经分析，对第②层土(0 m～3m)内扰动较大的上部约0.3m～0.5 m进行清除，采用片石挤密，上铺碎石厚300 mm～500 mm，然后采用压路机进行振动碾压，直至基础底面设计标高。

主体施工结束后，沉降观测4.0 cm～7.0 cm，平均5.5 cm。

7 结语

振动沉管碎石挤密桩处理饱和粘性土地基，由于饱和粘性土含水量高，透水性差(振动沉管很难对桩间土发挥挤密作用)，土体强度低，对桩的约束作用差，使碎石桩桩体不易密实，且容易对饱和粘性土结构造成破坏，使其强度降低。因此，用振动沉管碎石挤密桩处理饱和粘性土地基，应根据建筑结构的具体条件区别对待，最好是通过现场试验确定各项参数后再决定是否采用。

［1］ 常士骠，张苏民.工程地质手册［M］.第4版.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2］ 龚晓南.地基处理手册［M］.第3版.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［3］ JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范［S］.