振冲碎石桩在开山填石料地基中的应用

文/赵路朋 于涛，北京振冲工程股份有限公司

1 引言

随着经济的发展和港口建设的蓬勃开展，对土地资源的要求日益迫切，将开山碎石抛填造陆，已成为沿海城市缓解土地资源紧张的重要途径。目前，很多港口建设码头护岸均为开山石料抛填形成的。这类地层的处理就迫在眉睫，振冲碎石桩作为一种既能符合设计的承载力和沉降等要求，又能缩短工期、节省工程费用的处理方法广泛应用在大面积的地基处理中,但其理论和试验研究尚处于发展阶段，还不够成熟完善，本文基于工程实践对该地层的处理进行浅析，并总结了一些结论。

2 工程概述

工程位于长兴岛西南部，STX（大连）造船厂的南部。由于该施工场区，位于1#高桩码头附近成条带状，考虑新回填的开山石料固结差，抗滑能力差，地基承载力特征值低，而且层厚较深，决定采用振冲碎石桩进行地基加固处理。

根据地质勘察报告可知，该处理场区位于在建的1#高桩码头后方，上部均为新近回填的开山石料，块径不均，回填深度较大，各施工段不等，为振冲桩施工提供了难度。1#场区为22个施工段（H、A1-01～A1-21）全长676.6m，该区上部开山回填石料块径较大，层厚3～5m，由于原始地层为粉土，开山填石料块径较大，其深度可达7.5m左右。粉土层底层标高为-2.0～-7.0m，fsk=150kPa；细砂层底层标高为-7.0m～-10.0m，fsk=140kPa；粉质粘土层底层标高为-10.0m～-18.5m，fsk=150kPa；下面为砾卵石层fsk=240kPa。驳岸后方荷载为35kPa，处理深度为-18.5m，可加固到砾卵石层。2#场区为4.5个施工段全长139m，该区上部开山回填石料块径较大，层厚较1#场区深，可达5m左右，其影响深度可达8.5m左右。粉土层底层标高为-3.5～-7.0m，fsk=150kPa；粉质粘土层底层标高为-7.0m～-10.0m，fsk=150kPa；粘土层底层标高为-10.0m～-21.0m，fsk=140kPa。驳岸后方荷载为20kPa，处理深度为-18.0m。

3 工程试验

根据地质钻孔所揭露的1#、2#两个场区地层情况来看，其最表层的开山回填石料层变化很大，深可达9.0m多。由于其块径不均匀性很大，各个分段差异性也很大，导致这段地层施工较为困难。

鉴于该场区地层特点和地质报告给出的各项原位测试结果和它的物理力学指标，振冲碎石桩究竟能在大面积的开山石料地基中得到应用？施工组织设计又如何保证其优良的处理效果？为了探其可行性，掌握振冲碎石桩成孔过程中造孔电流和施工顺序和成桩过程中的填料量多少和加密段长度。通过2个分段的施工对比，可以发现上面的地层条件是和地质钻孔所揭露的相吻合的，但在局部粉土层里也含有较大块石。按正常施工顺序施工，其成桩效率是很低的，成桩加密效果也达不到最佳，很容易损坏设备。因此对此类地层做出各项施工参数和施工方法的调整。

4 振冲碎石桩施工参数调整

原设计设计参数为碎石桩采用正三角形布置，平均桩径为1.1 m，1#桩间距为1.8m，2#桩间距为3.0m。在试验段施工对比过程中，发现表层振冲施工中塌孔现象很严重，这种现象是由于表层的开山回填石料相对较细，较多中等块石分布周围，表层下部开山石料固结很差引起的。由于在振冲设备很强的激振力和高压水流作用下，使孔周围土体发生水平位移和竖向位移的挤土效应，水平位移主要是挤密作用为主，而竖向位移在粘性土、素填土或粘土中应以地表土的隆起为代表，但由于开山回填石料的固结差以及下部土体固结也很差，导致上部孔口开山回填石料不及振密实就塌了下来，而且，成孔到4.0m以下时，会出现较大面积的塌陷；又由于土中块石粒差异性很大，下部土层局部也有与地质钻孔揭露不吻合的地方，一旦在施工到7.0m以下部分如遇到大而厚的块石，就会导致振冲设备造孔非常困难，上拔时也会被上部塌孔的各种块石和土体卡住，这样极易造成设备的损毁，这是其一。其二，当以（图1示）进行施工，在施工5#根桩时，会出现造孔电流很高，造孔困难。基于这种现象做如下调整。

面对实际施工中这些问题，应该考虑施工打桩顺序，如图2示施工顺序。可以发现，在施工第1#桩时，会导致其附近一部分面积塌陷，由于其地势低，靠近海边，使其土体水分增多，成孔至5.0m以下时，进行清孔，开山石料为中风化，含泥量大，这样易形成泥浆护壁，按设计施工参数施工，成桩质量能满足设计要求。按图2示顺序依次施工，成桩质量不仅能发挥到最佳，而且，在施工至5#桩时，也不会因已施工完2#、3#桩，其挤密作用已经把5#桩周围的土体挤密使施工5#桩时成孔较为困难的现象。至于塌孔现象，由于开山回填石料固结很差，上部颗粒较为细，是不可避免的，但按图2示顺序施工，塌孔在施工岸侧桩点时，显然塌的量小了很多。至于较深地层局部有大块石问题，当遇到施工至10.0m以下，施工困难时，定为下面为块石，由于实际加密成桩桩体为-7.5m至-18.0m（以2#区第A排桩为例）。所以当遇到大块石时，应当在桩边复打，以满足设计要求。由于成桩长度不是很长，但成孔较深，所以要把握及时填料，少吃多餐的原则，控制好加密段，避免施工有断桩现象。具体设计验算（2#场区为例）如下：

注：fspk——复合地基承载力特征值（kPa），m——面积置换率

Ra——单桩承载力特征值（kPa）,Ap——桩截面积（m2）

β——桩间土承载力折减系数， fak——桩间土地基承载力特征值（kPa）

计算结果表明，复合地基承载力可满足设计要求。

5 结论

（1）振冲碎石桩法逐渐发展到在很多复杂地层中的应用，主要是考虑在不同地层、不同条件下，灵活的调整施工方法和施工参数，能明显提高施工质量和施工功效。

（2）振冲碎石桩法在处理普遍有较厚的开山回填石料地基时，应及时填料，坚持“少吃多餐”的填料原则，避免中间断桩的现象；

（3）根据现场地质条件，确定合适的打桩施工顺序，能较好的改善制桩效率；

（4）振冲碎石桩处理此类地基复合地基承载力特征值远远满足设计值，同时可达到工期短，经济节约的目的。