振动沉管碎石桩在软基加固中的应用

许少雄

(中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建 厦门 361006)

0 前 言

在软基加固中，振动沉管碎石桩是一种比较成熟的施工方法。该方法施工工艺简单、造价较低、施工速度快。能对桩间土进行有效加固，起到置换弱土的效果，更好地加速排水固结消除液化，提高承载力并减少施工后地基固结沉降，是目前软基加固里较常用的一种处理方法。

1 作用原理

1)竖向排水通道。由于软基中的软黏土和淤泥含水量高、渗透性差、压缩性高，其孔隙中含有大量的水分较难排出，可以选择通过振动沉管碎石桩施工，为黏土和淤泥提供便捷的排水通道，进而缩短排水距离，另一方面也能有效加快超孔隙水压力的消散，从而加速地基土的固结。

2)振密作用。振动沉管时，桩管的振动在土体中传播，引起土体周围的振动，在振动作用下土体结构被破坏，增大孔隙水压力，重新排列土颗粒，进而让土体由较松散状态变为较密实状态。

3)置换作用。振动沉管碎石桩施工过程中，将桩管四周部分软土挤出，置换为强度更高的碎石桩桩体，成桩以后就形成了桩与桩间土的复合地基，以此提高软土地基性能。

2 工程概况

厦门第二东通道跨海桥梁预制场工程坐落在福建省厦门市翔安隧道翔安侧风塔北侧，占地约10万m2。主要建设内容包括：墩台预制场、陆域前期的地基处理与墩台预制、存储、出运区的钢筋混凝土结构筏板及其PHC桩基、进场道路等。其中除预制、横移、堆放台座以外的其他区域采用φ500沉管碎石桩进行地基加固处理，碎石桩总方量为7.43万m3。

3 地质水文情况

3.1 地质条件

1)根据地质勘察资料场地地层自上而下为：①杂填土：浅灰色，灰黄色，成分主要以石英砂为主，局部含贝壳屑等；②粉质黏土：灰褐色，可塑，成分以黏性土为主，无摇振反应，切面光滑；③淤泥：深灰色，流塑，成份以粉黏粒为主，无摇振反应，切面光滑，夹少量贝壳屑；④淤泥质黏土：灰黑色，软塑-可塑，土质较均匀，刀切面光滑，局部含少量砂及贝壳屑；⑤中砂：灰黑色，稍密，饱和，颗粒主要成份以石英、长石等为主；⑥砾砂：灰色，灰白色，中密，饱和，颗粒主要成份以石英、长石等为主，见贝壳碎屑；⑦强风化岩脉(砂土状)：灰黄色、灰白色。原岩结构大部分破坏，岩质软，遇水易软化，岩芯多呈砂土状，手捏易碎。

2)地质构造及不良地质现象：勘察过程中未发现有断裂构造本场地和临近处未发现有不良地质现象存在。

3.2 水文情况

本地区降水主要集中在4～9月，占全年总降水量的76%。年平均降水量为1 188.4 mm。年最大降水量为1 998.8 mm(1990年)。年最小降水量为783.5 mm(1957年)。日最大降水量为39.7 mm(1973年4月23日)。

4 设计要求

4.1 碎石桩设计参数

1)振动沉管碎石桩处理范围及单根长度(7～15 m)。

2)碎石桩直径50 cm，桩位按照等边三角形布置，桩中心距180 cm(处理区域表层回填砂土厚度超过6 m)，桩中心距160 cm(处理区域表层回填砂土厚度<6 m)。

3)振动沉管碎石桩施工到现有场地顶面，桩顶平均高程+5.00 m，碎石桩桩体穿透淤泥层和淤泥质黏土，底面进入承载力150 kPa的中砂或粉质黏土持力层。

4)充盈系数K=1.25(中砂、粉质黏土)～1.29(淤泥质黏土、素填土)～1.32(淤泥)。

4.2 设计施工工艺参数

1)振沉钢管外径≥35 cm，桩管壁厚≥6 mm；沉管桩靴为带活瓣桩尖，要求加工精细、启闭灵活，变形小、刚度大、重复使用次数多；钢管上部宜采用可拆卸管段组装，沉管各节管段需要设置明显的刻度标志。

2)施工机具就位、沉管对中和管靴闭合后，控制振动力30～70 kN、防止过分扰动土体，振动沉管至设计桩底高程，下沉过程中控制垂直度偏差≤1.5%。

3)填料为未风化、质地坚硬的洁净碎石，碎石粒径宜为20～50 mm，含泥量不超过5%。禁止采用单一级配，首次加料时向管内一次性加满碎石。

4)边振动边缓慢提升钢管，拔管速度控制在1.0～1.5 m/min，每拔0.5 m高停拔振动20～30 s；或者每次提升1 m高度，留振时间30～60 s，将桩管压下反插0.4～0.5 m深度后再拔。

5)按照试桩确定碎石填量、提升高度和速度、留振时间和挤压次数以及反插深度、电机工作电流等参数，重复进行振动提管和反插；施工中可根据电流曲线和贯入曲线判断土层变化，振密电流和留振时间等关键技术参数采用自动系统控制，出现异常情况时，应及时采取相应措施。

5 施工工艺及施工质量控制

5.1 沉管碎石桩施工工艺

1)先通过图纸确定施工区域及坐标控制点，按测量放线的轴线作为定位控制系统。按施工图布设桩位，并用竹签钉入土中作为标记。

2)组装调试施工机具，保证施工设备的正常运转，调整机架的垂直度。

3)施工机具就位、沉管对中和管靴闭合后，调整垂直度≤1.5%，启动振动电机，放松钢缆，使其垂直徐徐沉管，沉入至设计桩底高程。

4)振冲填料：在沉管过程中，当沉管到设计桩体深度时，用装载机向管内加灌碎石，为加快施工进度，可在沉管过程中用料斗进行空中加料。

5)拔管反插：当管内加灌满碎石后，方可振动拔管，边拔管边反插加以密实桩体，反复加固作业至孔口，且其拔管速度≤1～1.5 m/min。

6)制桩结束：制桩加固至孔口时，再对地表面层较松散的桩体作反压密实。

7)移位：桩管吊离地面，开启移位卷扬机，移至下一桩点。

5.2 施工质量控制

1)振动点位置的确定——依据设计布点图用经纬仪测量放出桩位，用涂红竹签作标记。经复检验收，振冲点偏差≤2 cm，成孔中心点偏差≤1/6孔径，且≤15 cm。

2)成桩深度控制：在沉管导向架上按1、2……20 m用红漆标上标记，用以核对桩管入土深度，记录误差≤10 cm。

3)成桩密实电流值：在控制电箱键盘上设有3只电流表，在开始前记录空载电流值，成桩时记录密实电流值。

4)分层分段高度：当桩管下沉至设计底标高后提升桩管作密实桩体施工，分层分段返压密实，保证桩体的整体密实。

5)保证每根桩的施工质量。若桩管下沉时遇到孤石，应及时通知负责施工的工程师监理并移位补桩。

7)桩基施工中应遵循“按图施工”和“边观察、边分析”的方法，如发现现场地质情况与设计不符或原设计的处理方法因故不能施工时，应及时上报。

8)现场应及时在桩位图上描绘已施工的桩位，作好施工记录，积累资料，随时准备项目部、监理、业主的抽查。

5.3 试验检测

通过上述施工后，根据设计要求碎石桩成桩后30天后，采用重型动力触探检测桩身密实度与桩长，要求贯入量100 mm时，锤击数应>5击，碎石桩体承载力特征值≥240 kPa。通过承载力检测及标准贯入试验，结果如表1～2所示，由此可见，在软基加固中振动沉管碎石桩具有良好的处理效果。

表1 标准贯入试验

表2 复合地基承载力试验

6 结束语

振动沉管碎石桩在软基加固处理中的应用，一方面可有效控制地基沉降，提高地基承载力；另一方面表现为投入设备简单，有利于现场文明施工、造价适宜、能按时完成进度、施工质量便于控制的优点。

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