振冲碎石桩加固软土地基施工技术

2015-10-31黎浩刘振

建材与装饰 2015年23期

关键词：冲器造孔桩体

黎浩　刘振

（中交三公局第三工程公司　湖北　武汉　430035）

振冲碎石桩加固软土地基施工技术

黎浩刘振

（中交三公局第三工程公司湖北武汉430035）

碎石桩是以碎石为主要材料制成的复合地基加固桩，应用于地基承载能力不能满足使用要求的要求软土地基。振冲碎石桩作为一种传统的地基处理方法，已在很多地区广泛推广应用。本文从振冲碎石桩处理地基的施工工序着手，通过工程实例分析了干振碎石桩加固软土路基的加固机理及施工工艺，总结施工经验并提出节约成本优化方案。

软土；碎石桩；工艺；经验；优化

1　工程概况

成都市天府新区货运通道项目广泛分布堰塘、河流、导流水渠，据勘察资料，项目区范围内。项目区范围内所处地层为第四系全新统人工填土层（Q4me）、第四系全新统层坡洪积层（Q4dl+pl）、第四系中下更新统冰水沉积层（Q1-2fgl）和白垩系上统夹关组（K1-2j）。其中，第四系全新统人工填土层（Q4me）中杂填土和素填土。多为临近场地修建时堆填的废土，建渣，由低液限粘质土、砂质泥岩块组成，部分地段厚度较大，最大厚度超过10m。项目软弱地基具有地下水位高，天然孔隙比大、天然含水率高、压缩性高、强度低、高灵敏度、埋深浅，厚度较厚，地基承载力低的特点，导致地基的强度不能满足使用要求，必须对地基加固处理，达到消除液化和提高承载力的目的。

2　加固机理

振冲器是振冲法施工中的特制机具。振冲碎石桩是指通过高压水冲和振冲器的水平振动力的作用，在软弱地基中形成桩孔，再向桩孔内逐段填入碎石，并利用振冲器产生水平向振动力振挤填料及周围土体，并逐段振密在地基中形成一根密实的桩柱体，和原地基土形成复合地基，并通过桩体与桩周土相互作用共同承担上部荷载，从而达到提高地基承载力，减少沉降量，提高抗震液化能力，增加地基稳定性以及消除湿陷性黄土的湿陷性等作用。

3　施工方法

3.1工艺流程

振冲碎石桩施工工艺流程如图1所示。

图1　工艺流程图

3.2施工顺序

碎石桩施工顺序主要有：排打法、跳打法和转打法。

排打法是最常用的施工方法。当地基是强度低的软粘土或极易液化的粉土，可采取间隔跳打法。转打法对中粗砂等土加密效果好，在桩间距小情况下会出现内部孔造孔困难。当加固区附近有建筑物时，施工宜先从邻近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。本项目采用跳打法进行施打，如图2所示。

3.3造孔

造孔是保证施工质量首要环节，造孔应符合下列规定：

图2　施打方法

（1）桩位定位放样：在桩位中心打入木桩（长30cm木方）。

（2）振冲器对准桩位，偏差应小于30mm。先开启高压水泵，振冲器端口出水后，再启动振冲器待运转正常后开始造孔。

（3）造孔过程中振冲器应处于悬垂状态，要求振冲器下放速度小于或等于振冲贯入土层速度。

（4）造孔速度取决于地基土质条件和振冲类型及造孔水压等，造孔速度宜为0.5～2.0m/min。

（5）造孔水压大小视振冲器贯入速度和地基土冲刷情况而定。一般0.2～0.8MPa，造孔水压大即水量大，返出泥砂多，水压小，返出泥土少，在不影响造孔速度情况下，水压宜小。

（6）造孔深度控制，造孔深度可以小于设计桩深300mm，这是为了防止高压水对处理深度以下地基土的冲击。在此造孔深度填料，振冲器带着填料向下贯入到设计深度，并开始加密，减少水冲对下卧地基土的影响，即成桩深度与设计桩深相一致。对于软淤泥、松散粉砂、砂质粉土、粉煤灰等易被水冲破环的土，初始造孔深度可小于设计深度300mm以上，但开始加密深度必须达到设计深度。

3.4清孔

造孔后边提升振冲器边冲水直至孔口，再放至孔底，重复两三次扩大孔径，并使孔内泥浆变稀，振冲孔顺直通畅，以利填料加密。

3.5填料

向孔内倾倒部分石料压底，然后用振冲器反插至设计标高后上提30～50cm，待达到加密电流和留振时间后，可依次向上分段加密，加密段长度应符合设计要求，控制在30～50cm。

3.6加密

加密是振冲碎石桩处理地基关键环节，加密方式如下：

本段采用加密电流、留振时间、加密段长度综合指标法，采用这三种指标作为加密控制标准可使加密质量更具保证。加密效果与加密电流值大小有关，也与达到该电流值的维持时间长短有关，留振时间即是保证达到加密电流值延续的时间。在相同加密电流和留振时间条件下，加密段长度大小对加密效果起着关键作用，加密段长度短效果好，加密段长度大效果差。留振时间宜为5～15s，加密段长度宜为200～500mm，加密水压宜为0.1～0.5MPa，75kW振冲器宜为70～100A。

3.7开槽挖土铺褥垫层

桩体施工完毕后，应将顶部预留的松散桩体挖除，可采用挖掘机挖除，桩间土留200mm保护土层，采用人工挖除。如无预留应将松散桩头压实。随后铺设级配碎石垫层并压实。压实系数要求达0.94～0.97。

4　施工经验总结

4.1密实电流与留振时间问题

用振冲碎石桩处理软土地基主要起到置换软土和排水通道的作用，以此来提高复合地基承载力，在施工过程中不应过分扰动桩周软土。如盲目增长留振时间，会使桩径增大，同时也会过分扰动桩周土，极易发生串桩现象，对复合地基承载力提高作用不大，反而大大的增加了碎石用量，导致成本升高，如果发生串桩反而降低了相邻桩的承载力。

（1）留振时间

①留振时间不能低于5s，也不宜超过20s；

②砂层中留振时间宜为5～10s；

③粘性土类要分以下几种情况，若处理软塑～流塑状态粘性土，留振时间宜为5～8s，若处理可塑～硬塑状态的粘性土，留振时间宜为10～20s。

（2）密实电流

对于密实电流问题，相关规范中均规定密实电流由现场试验确定。因此现在振冲桩设计时对密实电流的控制没有统一的标准，差别很大。从施工情况来看，碎石桩桩身强度的提高同密实电流关系最大。一般而言，密实电流增大，在其它条件相同时，桩体密实度提高，桩体强度也就增大，对于软土地基而言，桩周土的约束是有限的，因此盲目增大密实电流，只能扩大桩径，增大碎石用量，而挤入桩周土的碎石与桩周土混合形成的混合体并非真正意义上的碎石桩，因其中含有大量软泥，对提高复合地基承载力意义不大，只能造成经济上的浪费。施工中，需要根据软基情况，在实际中通过试桩确定。一般而言，密实电流采用振冲器空载电流加不小于45A电流。

4.2桩径确定问题

振冲碎石桩靠振冲器的水平振动力振挤填料及周围土体而形成碎石桩体，事实上由于桩间土在竖向上有不同的分层，其约束力差别很大，因此使用同一参数制桩时，在不同深度上其桩径是不相同的，甚至局部位置相差很大，同时使用振冲法处理软弱地基的目的就是使地基在水平和垂直方向上强度趋于均匀，因此不能按设计桩径要求桩体全部断面均不小于设计值，而是通过振冲法处理，使承载力较高的地层中桩径较小，承载力较低的地层中桩径较大，从而在保证填料量和桩体密实度的前提下控制单桩的平均桩径不小于设计值。

单桩填料量的计算不能仅依据松散石料的体积进行，实际上石料在松散堆积和密实状态下的差别较大，参照设计文件，必须使用松散石料计量时单桩最小填料量按下式计算：

Q=（kπd2L）/4

式中：d——为设计桩径；

L——为设计桩长；

K——为密实系数，最小值取1.2。