振冲碎石桩的施工工艺分析

2021-04-25焦建斌

中国公路 2021年6期

焦建斌

（山西路桥第七工程有限公司，山西晋城 048000）

一、工程概况

Z高速公路K14+500～K14+941段路基位于软土地基上，根据地勘资料，该软土地层主要为海陆交互沉积层，软塑状黏性土厚度约0.5～3.4m，物理力学性能不良，承载力较低，且软土层天然含水量为19.8～47.5%，与液限十分接近，固结性能差、强度低。众所周知，振冲碎石桩施工技术是处理软土地基的有效方法，因此本工程决定采用该技术加固路基，具体施工工艺流程如图1所示。

图1.振冲碎石桩施工工艺流程

二、振冲碎石桩施工工艺

（一）施工设备及材料

根据本工程地质条件，在公路软基振冲碎石桩施工过程中，可能存在导杆抱卡现象，故而采用BJ-KW-75型振冲器及起吊设备和其他辅助设备，具体情况如表1所示。

表1.振冲碎石桩施工设备

振冲碎石桩桩体填料应当就地取材，碎石、卵砾石、矿渣和碎砖等均可，但是不得使用风化材料，且填料含泥量不能超过填料总量的10%，粒径应控制在25～50mm范围内（粒径过大会导致振冲过程中卡孔，粒径过小则无法充分发挥振冲挤密作用）。

（二）制桩试验

根据本工程实际情况及地质条件，决定在K14+500处开展生产性制桩试验，施工参数如下：振冲碎石桩设计桩长5～10m，桩径1m，并按照3m×3m的方形和2.5m×2.5m的正三角形形式布桩。根据试验结果，振冲器加密电流应不小于70A，留振时间应控制在5s，造孔水压和加密水压分别为0.2～0.4MPa和0.1～0.2MPa，在振冲钻孔施工过程中，如遇水文地质条件发生较大变化，必须重新调整施工参数。

（三）造孔和清孔

按照设计控制点位坐标控制轴线及桩位测量放样，并将测放点与设计值之间的误差控制在5cm以内，还应结合设计要求和工程实际，开挖纵横向排污沟与泵坑，加强排污。

将振冲器与中心点对齐即可开启振冲器，待电压、水压及电流等参数符合施工要求后，通过塔架吊具将振冲器缓慢匀速放下，并使其按照2m/min的速度贯入土体。在冲孔施工过程中，如果实际电流超出额定电流，则应减速并暂停下沉振冲器，等电流值降至额定水平后再恢复造孔。

待造孔至设计深度，缓慢匀速上提振冲器，使振冲器升至孔口后再次沉放，以清理出孔内的泥土，确保填料过程顺利进行。如遇孔口返水且返水内含泥量远超设计值，则泥浆必定会造成孔口淤塞，应进行二次清孔，直至桩径符合设计孔径要求，且孔口返浆含泥量明显降低，孔口无泥浆淤塞为止。

（四）填料和振密成桩

本工程以含泥量在10%以内的硬质难风化的天然级配石料为主要填料，粒径在50～80mm范围内，在连续填料的过程中，将振冲器停置于距离孔底30～50cm及以上位置，并向冲孔内持续回填填料，回填一段时间后，提升振冲器，并保证碎石填料在制桩过程中均处于满孔状态。在填料过程中，若密实电流无法达到振密电流设计值，则应在继续填料时，通过提拉振冲器加快填料速度，避免出现填料不足及串桩等施工质量问题。

借助振冲器水平振动力将孔内填料持续挤向侧壁土层，直至填料达到设计密实度，同时，电流值、留振时间和填料量也必须满足设计要求。填料量、留振时间和密实电流互相制约，因此必须严格按照设计要求填料，确保密实电流的准确性。振冲碎石桩振密成桩属于地下隐蔽工程，人为因素、环境因素等均会影响施工质量，在振密成桩过程中，必须加强各个环节的监督与控制。

（五）泥浆排放

在振冲碎石桩施工场地内，增设临时性集浆坑用于泥浆收集，本工程振冲碎石桩施工现场的泥浆收集系统主要由集浆坑、排浆池、排浆沟、排污泵等构成，其中，集浆坑的布设主要考虑了施工区域及泥浆处理工效等因素，待集浆坑确定后，再从集浆池开挖数条主排浆沟，共同构成排浆系统。

三、施工效果检测

本工程振冲碎石桩施工结束后，通过重型动力初探跟踪试验进行桩体密实度检验，采用标准贯入试验进行桩间土物理力学性能检验，并根据检验结果进行桩间土性能评价。检测结果表明，施工完成后，软土地基的承载力符合不小于150kPa的要求。

（一）重型动力触探试验

共进行了90根碎石桩桩体重型动力触探试验，合格率为96.3%，且通过对合格桩体重型动力触探试验柱状图的分析发现，桩体锤击数的均匀性较好，表明施工过程中碎石桩的施工质量得到了较好控制，且不合格的桩体大多位于深度3.5m以下段，不合格桩体锤击数仅为5～5.4击，比8击的设计标准值低，引起这一问题的原因主要在于地质条件的特殊性，该区域主要为富含腐殖物和有机质黏土的灰褐色软塑地层，且在振冲碎石桩施工过程中地下水位较高，在上述原因综合作用下，导致有机质黏土丧失对碎石桩的约束力，使碎石桩桩体上层密实度降低。

（二）桩间土标准贯入试验

振冲碎石桩标准贯入试验结果表明，施工后，各地层岩性均发生改变，且由上至下标准贯击数量逐渐递增。由于上层有机质黏土中的碎石块较多，导致振冲碎石桩桩体内不受约束的碎石量增大，在振冲施工过程中，会在高压水的作用下嵌入软塑状黏土中，并与有机质黏土充分固结后增加桩间土标准贯入击数，这就是试验结果显示的桩体密实度不合格的桩间土标准贯入击数却达到20～38击的主要原因。碎石桩振冲施工后，导致坝基施工区域内地层层位上相增加，且在桩间土受到挤压及地下水压力升高的情况下，地基土应力随之改变，不同土层力学性能也有不同程度的变化。