振动沉管碎石桩软基处理施工技术

冯金鹏，甘孝斌，李家银

(中国水利水电第十工程局有限公司, 四川成都 610072)

1 工程概况

西昌市海南缸窑城中村棚户区改造(三期)项目位于西昌市海南乡缸窑村。项目总建筑面积74 943m2，其中住宅建筑面积约74 625m2，附属用房面积的318m2。项目停车位约408个，安置户数615户，本项目施工包含专项工程及配套市政基础设施等。

本项目建设目的是为进一步优化景区环境，突显景区特色，打造5A级旅游景区，促进西昌旅游产业发展。海南乡缸窑旅游小镇及安置点项目借助108国道建设，配套建设园区等第二产业。以建设具体特色的生态广场、公共服务配套区，打造旅游小镇。通过整治、转化、提示，提高该区域的环境品质和旅游接待服务能力，使之与邛海麓镇酒店、康养旅游度假区(原电池厂)及邛海湿地环境协调相融，建设邛海泸山景区又一独具特色的精品旅游景点。

2 振动沉管碎石桩加固原理分析

由于淤泥质黏土属饱和软土，碎石桩起着置换软土的作用。对于软弱层不太厚的情况，桩端可以直接作用于下部坚硬岩层，此时复合土层中的桩体在荷载作用下会产生应力集中，由于桩体的压缩模量远比软弱土大，故而通过基础传给复合地基的外加压力随着桩、土的等量变形会逐渐集中到桩上去，从而使软土承担的压力相应减少。结果，与原地基相比，复合地基的承载力明显提高，压缩性显著降低。如果软弱层厚度较大，桩体也可不贯穿整个软弱土层，软弱土层只有部分厚度转变为复合土层并起到垫层的作用，将荷载引起的应力向四周横向扩散，使应力分布趋于均匀，从而提高地基整体的承载力，减少沉降量。

在振动沉管过程中，由于振动、挤密、扰动等作用，尽管地基土中会出现较大的附加孔隙水压力，但随着时间的推移，原地基土的结构强度有一定程度的恢复，孔隙水压力遂渐向桩体转移消散，其结果是有效应力增大，颗粒结构重新排列，形成比较稳定的颗粒接触关系，孔隙数量显著减少，土的结构趋于致密，稳定性增强，强度不断增大。

碎石桩在地基中还起到竖向排水通道和提高土基抗滑能力的作用，大大缩短了孔隙水的水平渗透途径，促进了土中孔隙水压力的消散，提高了饱和黏性土排水固结的能力，使沉降稳定加快。

3 振动沉管碎石桩软基处理施工技术

3.1 施工准备

(1)场地平整。①清理整平施工场地，清理表面腐植土层30cm，消除高空和地面障碍物；②铺筑垫层，进行桩位放样，桩间距及形式应按设计要求进行，桩间距允许偏差为±10cm。③为方便施工，实际地形、平整场地、场地的外边缘要伸出设计最外缘桩孔5m。

(2)机械设备。选择采用桩机的额定电流不小于60A，振动力不小于90kN，振幅不小于4.3mm，且进场的机械设备调试完毕，可以正常投入使用，施工、技术、质检、试验人员到位。清场后打桩设备能直接进入场地施工的，应直接施工碎石桩；对设备难于进场或危及施工安全的，须采取相应措施或报请监理工程师同意，先行填筑一定厚度的碎石垫层或采用其它方式适当处理，以满足设备进场需要和安全施工。

(3)施工材料选择。振冲碎石桩使用填料采用2～5cm的碎石，碎石由岩石或砾石轧制而成，技术指标和规格见表1、表2，应洁净并具有足够的强度，其颗粒形状具有棱角，不得掺有软质石和其它杂质。本工程桩径为600mm，计算碎石充盈系数为1.32，碎石灌入量按0.36m3/m计算。

(4)现场工艺性试桩。试桩的目的是按照所选的机械性能，按设计要求、规定的施工工艺来验证设计参数，有效控制试桩质量，制造出高密度的碎石桩，提高复合地基承载力；取得满足设计要求的碎石桩施工的控制数据，从而保证碎石桩施工质量，试桩工作必须严肃、认真的开展。试桩位置根据地质剖面图和现场地貌特征选择在具有代表性的地点进行，试桩不少于5排，每排不少于6根桩，按照批准试桩的施工组织设计和工艺要求进行施工，并详细记录提管速度，反插深度及停振时间，停振(密实)电流，反插次数及位置，碎石贯入量，成桩时间。

表1 碎石主要技术指标要求

表2 碎石通过圆孔筛的颗粒级配规格

3.2 振动沉管

机具定位好后，便进行振动沉管。利用机器的重力使桩管在软土中下沉，等到桩管不能再下沉的时候，就使用振动锤进行震动下沉，下沉到施工前要求的高度停止。根据现场制桩试验来确定激振力的大小，一般采用280～550kN。

3.3 灌注碎石

接下来进行碎石灌入，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方量值与充盈系数计算。

3.4 反插加料、拔管成桩

振动沉管碎石桩的拔管作业与沉管灌注作业相关，其程序为：原位振动-振动拔管-振动反插-振动拔管-再次灌料-第二次振动，以此为循环周期直至设计桩标高，完成一根桩的施工作业(反插次数及反插深度以满足桩身设计横截面积为控制依据)。振动器留振时间一般为10～20s，振动器留振时间根据现场制桩试验确定，拔管速度1.5～3.0m/min，拔管速度和反插根据现场制桩试验确定。

3.5 移至下根桩

完成后进行下一根桩的施工。

3.6 碎石桩成桩质量检验

3.6.1 试验检测

在碎石桩施工完成两周后，采用重Ⅱ型动力触探仪测试碎石桩的密实度和均匀性，抽检频率2 %，N≥5次/10cm，连续灌入；桩间土(等边三角形中心土)采用轻型触探仪或土工试验方法测定，单桩承载力、复合地基承载力采用静载试验。具体检测的位置、桩数应选择具有代表性的部分进行。

静载荷试验验采用压重平台反力梁装置，液压千斤顶慢速加载维持荷载法。荷载根据安装在千斤顶上油压压力表读数，按照千斤顶率定曲线进行压力荷载换算求取，沉降量由对称安装在荷载板两侧的百分表读取。

3.6.2 工程量验收、计量

施工完成后，认真核实现场及“碎石桩放样图”，对漏打桩位及对进行补打。根据各工作日“记录”结果进行工程量汇总，并报监理工程师进行签认。

4 质量控制要点

为有效确保碎石桩施工质量，即桩的连续性，密实度，桩长、桩距等要求，应抓好以下几个方面。

4.1 原材料方面

粗骨料应采用粒径为2～5cm级配良好的干净(含泥量不大于5 %)碎石。

4.2 施工方面

严格按试桩提供的参数及成桩步骤控制拔管高度及拔管速度，否则，易出现断桩或缩颈，不能保证桩身连续性；严格控制碎石用量、桩长、桩距，确保按照设计要求进行施工。加强现场施工管理，派驻有责任心的工程技术人员进行跟班作业。

4.3 质量检验

严格按照规范要求进行成桩检测及验收，抽检必须具有代表性。

5 结束语

在公路工程建设和房屋建设中经常会遇到类似的软弱土地基，如何对这一类地基进行加固利用，使其既能满足建筑强度和稳定性要求，又能够缩短工期，减少投资，这是地基处治工作中非常重要的环节之一，也是确保工程质量和结构安全的关键所在。