沿海地区碎石桩施工技术研究

殷 睿

（中交第二航务工程局有限公司福州分公司，福建 福州 350000）

1 工程概况

该项目为228国道长乐外文武围垦堤至下沙段路堤结合工程，公路为一级公路设计形式，设计车速为60km/h，标准段路基宽度为33.5m、48.5m、53m，为双向4、6车道，沿线均设置沥青混凝土路面。根据施工现场软土地基的特点，共设置碎石桩77234根，桩长共127万延米。地质环境主要为滨海沉积平原。

该项目位于长乐区文武砂镇和江田镇，起点位于已建成的228国道（南北澳至外文武围垦堤段）K7+650处，路线由北向南顺着现状外文武海堤延伸至K11+700后转而向南，沿线连续分布淤泥质粉质黏土、中细砂层。

2 碎石桩施工

该项目在试桩完成并展开大面积碎石桩施工后，施工过程中出现电流过大、电缆冒烟、电机烧毁、碎石桩无法沉管至设计深度的现象，根据以往施工经验，怀疑实际地质问题与勘探资料不符导致无法沉管至设计深度。针对以上现象，项目部多次与参建各方（业主、设计、监理）汇报、沟通，通过方案比选，最终决定优先引进大功率桩机设备沉管，其次引进螺旋钻机增加引孔工艺。项目部在会议后立即组织了1台DZ150型（国内稀少）大功率碎石桩机进场，对K8+020～200位置碎石桩进行施工，仍无法沉管至设计深度。通过沉管过程状态分析，出现上述情况表明原地勘判断数据与实际地质差异性较大。为此，项目部相应组织了1台地质勘探钻机进行动探，通过地质钻探机对沿线地质勘探表明，在处理范围内，有较厚砂层处于密实状态。对此，经各方商议，一致同意增加引孔工艺进行碎石桩施工。

试桩目的在于确定工艺参数，为碎石桩的正式施工提供指导[1]。经钻孔分析结果可知，K8+020～K9+425及K9+910～K11+600两段含有细砂层，厚度普遍介于10～17m并集中在路基表层，下部主要以淤泥质黏土软土层居多。K9+245～K9+910段的环境特殊，均在海堤堤内泄洪带内部，主要有淤泥②-1软土层，不具有足够的稳定性，下部则为细砂层；K11+600～K12+380段南段的地质条件欠佳，分布有粉细砂①-7层，并含有细砂层。

根据该项目各段的路基情况，从中选择具有代表性的路段用于工艺性分析，各区段的碎石桩数量均为5根，具体布置方案：K8+080～K8+100段，平均桩长13.25m，碎石量8.9m3；K9+680～K9+700段，平均桩长8.5m，碎石量18.6m3；K12+080～K12+100段，平均桩长13.5m，碎石量16.2m3。

考虑到试验结果可靠性要求，碎石桩试验时选择多种工艺参数，即不同的振动提管速度以及高度。经试验后整理所得结果，确定合适的提管速度、留振次数以及投料次数。为给后续分析提供指导，要求各桩的工艺信息均要得到完整的记录。对此，制定振动沉管碎石桩工艺流程，具体内容与操作顺序如图1所示。

图1 振动沉管碎石桩施工流程图

2.1 测量放样

施工人员经过精确测量后，放出桩位中心线与边线。将现场清理干净，并检验地面标高情况，符合要求后设置排水系统，以免施工现场出现积水现象；以布桩图为基本指导，使用钢尺布桩，并加强测量。确定打桩方向，采取的是由海堤侧向内湖侧的方法。

2.2 引孔机引孔

根据测量测放出来的点位，将引孔机就位，调整钻杆垂直度，长螺旋钻头对准桩位点，钻孔时先慢后快，可以减少钻杆摇晃，也可检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在钻杆上标出每1m的刻度，作为控制桩长的依据，引孔至设计深度后将钻杆旋出，至下一个点位重复此操作，施工过程中注意对桩位控制点的保护，以便对桩位的复原。引孔示意图如图2所示。

图2 引孔示意图

2.3 打桩机就位

做好打桩前的准备工作，校正桩管的长度并检验投料口所在位置的合理与否，检验地面高程，明确该指标与设计桩顶标高的关系，在套管上做好标记，即确定桩顶与桩底两处的具体位置；以桩位标记为参考，合理移动桩机位置，要求与打桩线相对齐；在卷扬机的辅助下合理移动导向架，目的在于令桩管与打桩点相对齐，与此同时将卷扬机离合器刹紧；通过人工作业的方式完成桩管前端预制桩头的安装作业，其必须与地面桩位对齐；做好上述工作后，安排监理工程师全面检验施工质量，符合质量要求后即可进入下道工序。

2.4 振动沉管

评定地面高程与设计桩底高程两项指标所具备的关系，将设计深度线准确标记在套管上，便于施工人员直观地检查套管入土深度[2]。随后在桩锤电机的带动作用下令桩锤发生振动，桩管有序下沉。此时需加强对下沉速度的检测与控制，将桩号、沉管速度及深度信息记录完整。检验桩底所处位置，若已经到达设计深度处，应将实际施工情况告知监理，确认无误后签字。此后，再继续下沉，最终使桩底完全穿透软弱土层即可。通过如下方法判断终孔深度：振动沉管所处位置为设计深度处并且不停振，此状况下施加静力，当桩管不再发生下沉现象，同时打桩机设备的前端略微上翘，则表明达到终孔深度要求。

2.5 成孔、灌石

桩管到达指定深度后，需适当向上拔桩管，目的在于破坏桩管的真空状态，从而实现减小起拔摩阻力的效果。此后再结束振动，将级配良好的碎石灌入桩管，兼顾理论值与充盈系数，经计算后确定合适的灌入量。将现场信息记录好，要求各桩的碎石充盈系数均要满足设计要求，不可出现前期大、后期小的问题。施工作业时，应考虑每米的计算方量，以该值为基准标定装载机料斗，目的在于提升投入碎石量的合理性。

2.6 拔管

以管长的1/3为基准，若灌入的碎石高度超过该值，则满足拔管条件，要求单次上拔量约为1m，拔管必须做到匀速，具体为1.5～3m/min，留振10～20s，要求振动作业在各个施工时段具有均匀性。施工现场应安排专员记录信息，如碎石灌入量、拔管速度等，形成完整的施工日志。在下次拔管前安排人员完成碎石的灌入作业，每1m桩长所对应的灌入碎石量设定为0.24m3，遵循拔管、压管、振密、灌入碎石的工艺流程，经施工后最终到达桩顶即可。

2.7 成桩、桩基移位

首根桩成桩后，应将打桩机转移到下一施工桩位处，采用上述提及的方法施工作业，各桩施工时均要将信息完整记录。

2.8 质量检测

碎石桩施工控制指标较多，总结出各项指标及其对应的标准，具体如表1所示。

（1）利用钢卷尺工具可完成对桩长、桩径与桩距3项指标的测量，使用吊线锤检验桩的竖直度，碎石灌入量则通过铲斗计量。

（2）成桩30d后，应检测桩身的密实度。此处采取的是重型动力触探的方式，贯入量100mm，并满足锤击数至少为5击的要求。

（3）成桩30d后，要通过标准贯入试验评定桩间土的施工状况，严格控制检验深度，不可比地基深度小。

表1 碎石桩施工质量标准表

（4）成桩30d后，应组织载荷试验，通过此方式检验桩和复合地基两部分所具备的承载力。根据沿海地区的地质特点，要求单桩承载力为95kN，复合地基承载力为150kPa。检验过程中产生的信息都要得到完整记录，若检测结果偏离设计值，要灵活调整沉桩工艺，并再次检验试桩施工质量，最终各项指标均要与设计要求相符。

3 碎石桩施工过程质量要点

（1）起重设备工作过程中要具有平稳性，导向架与地面始终保持相垂直的空间关系，偏角不大于1.5%；检验成孔中心，要求与设计桩位产生的偏差不大于50mm，且桩径偏差不大于±20mm[3]。

（2）反插作业区域为桩底1.5m以内，目的在于扩大桩的端部断面；穿过淤泥夹层等地质状况特殊的区域时，需适当放慢拔管速度，且在原基础上减少拔管高度。

（3）提升与反插均要遵循速度均匀的原则。

（4）桩管内有填料时才具备振动拔管的条件，避免断桩现象。

（5）振动成桩至地面时，施工人员需向下复振1m，此举目的在于提升地表处桩结构的完整性，避免凹桩。

（6）检验实际灌入量，若未达到设计要求，则要将桩管打入，向其中补充适量碎石后再次复打；除此之外，在旁边补桩也是可行的方式。

（7）结束桩顶施工作业后，应及时清扫顶部松散土。以施工进度安排为基本指导，每日开工前复核桩机，若存在异常之处需分析原因并采取处理措施，在确保施工质量的基础上，尽可能缩短施工时间，以提升工程效率。

4 结束语

软土地基施工条件欠佳，设置碎石桩可有效提升地基的稳定性，通过对软土的加固处理，形成稳定性较好的复合地基，为施工作业创造良好条件。文章从工程实例出发，结合沿海地区的实际地质情况分析碎石桩施工的基本工艺特点，为其他类似地质的项目提供施工前的方案试验段比选，在提高施工效率、降低施工成本、保证施工质量等方面提前考虑规划，从而保证碎石桩施工的顺利进展。