振冲碎石桩在斗门水库坝基处理中的应用研究

胡奎，赵嘉伟，王思瑞，李宗蔚，赵涵章

（中电建路桥集团西北基础设施建设有限公司，陕西 西安 710000）

1 振冲碎石桩

碎石桩是指利用振动荷载或冲击荷载在软土地基中成孔，在孔中灌入碎石并挤密形成大直径碎石桩的加固基础，该施工工艺主要适用于挤密松散的砂质土、素填土和人工杂填土地基。该工艺主要通过碎石桩对原软弱地基土置换和挤密来达到加固的目的。

振冲碎石桩由于桩身的刚度较大，当上部施加荷载后，地基应力作用在碎石桩身上，减少对周围土体的附加应力作用，从而减小软弱地基的沉降，能够实现提高地基承载力的作用。

2 设计要点

在设计振冲碎石桩复合地基时，复合地基的处理范围、平面布置方式、桩间距及桩长等是主要考虑的影响因素，均会影响复合地基的承载力。具体按以下步骤进行。

2.1 确定处理范围

由于振冲碎石桩是与桩间土共同工作的复合结构，其处理范围与拟建建筑物的实际现场条件有关，一般用于多层及高层建筑时，地基外缘宜设置1～2排桩。当出现地基液化现象时，地基向外扩展外缘的宽度应不小于液化土层厚度的一半。

2.2 确定平面布置

碎石桩的平面布置方式应参考不同地层的土质分布状况，一般采用三角形布置或四边形布置。淤泥质土、砂性土等地层采用等边三角形布置，粘性土层则采用三角形或四边形布置。

2.3 确定桩间距

根据施工场地处理范围内的地基勘查结果，桩间距的估算值一般与地基土层性质相关，当地基持力层为粉质砂土时，桩间距应不大于4.5倍桩径，当持力层为粘性土时，桩间距应不大于3倍桩径。在实际现场施工时，一般设计现场试验来详细确定桩间距，增加施工的安全性。

2.4 确定桩长

振冲碎石桩的桩长一般从地质条件、拟建建筑物的持力层等方面进行考虑，先根据处理目的和既有施工经验初步确定。当软土地基厚度不大时，应按软土地基厚度确定；当相对较硬的地层埋置深度较大时，应按处理区域内建（构）筑物地基的变形允许值进行确定；对于按稳定性控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面的深度；在可液化地基土中，则按照抗震处理深度进行确定。

当初步确定桩长后，根据设计参数，尽量组织现场试验进行修正，尽量避免桩长的浪费也能够提高实际承载力。

2.5 确定桩径

振冲碎石桩的桩径大小是影响桩承载力的重要因素，一般根据现场试验的结果，结合现场地基土层情况和成桩的设备进行确定，分析桩径对于提高地基承载力的影响效果。

3 工程概况

3.1 工程简介

陕西省斗门水库位于西安市西郊的沣河旁，原为昆明池所在地，距西安市中心约20km。斗门水库分洪工程起点位于西汉高速下游约280m处沣河河道，分洪工程由拦河气盾坝、分洪渠、分洪闸及沣河两岸堤防加高培厚处理四部分组成。气盾坝由25扇气盾坝经3个中墩分割成4跨，坝段总长153.6m。

分洪工程由沣河拦河闸、分洪闸、分洪渠及拦河闸左右岸堤防加高培厚四部分组成，其中拦河坝及分洪闸底板基础采用振冲碎石桩处理方式。

3.2 试验场地布置

考虑到优先具备施工及进场条件（沣河右岸河堤路）的因素，本次振冲碎石桩试验场地规划为京昆高速至梁家桥沣河右岸干地气盾坝坝基范围。

根据碎石桩的不同桩长选择分别试验区，由于受地形限制，本次计划由西向东共布置A、B两个试验区域，两个试验区域宽度拟为20m，长度拟为40m。见图1。

图1 试验场地布置

3.3 试验场地处理

因试验区地处沣河河道，现状地面高程399.8m，河道水面高程396.5m，设计桩顶高程395.1m，因水位高程高于设计桩顶高程，故而本次试验桩顶高程调整为397.0m。

按照设计图纸高程及规范要求进行基面清表及基础开挖处理，因试桩试验在河道干地位置，且暂未提供渣场，清表及开挖土方运至试验区靠近河道一侧，做临时围堰，封闭上、下游施工区域，具体填筑方量已现场实际情况为准，试验区开挖至试验设计高程后，基面经自检、监理工程师检查合格后方可进行试验桩施工。

10t自卸汽车配合1m³反铲对试验区进行清表开挖，清表深度不小于50cm，开挖至396.8m后，基面铺设20cm厚碎石垫层用推土机进行整平，碾压。试验区的平整度需满足要求，并将大的块石等不利于试验的物体拣出试验区，以免影响试验效果。

试验单元周围保证足够宽度，供施工机械调整位置。

4 方案设计

试验方案选用参数为：桩位布设为梅花形布置，桩心距为2m，桩径0.8m。本次试验区设置40m×40m，具体方案设计布置分为以下两种：

方案一：（A试验区，20m×40m）桩长设计10m，共制桩7根。

方案二：（B试验区，20m×40m）桩长设计15m，共制桩7根。

A、B试验区具体布置如图2所示。

图3 振冲碎石桩试验工艺流程图

4.1 机具选择

本次试验主要设备为75kW振冲设备、25t汽车吊、φ245导杆、22kW泥浆泵，15kW空压机。

4.2 试验参数

振冲碎石桩试验使用参数如右表。

4.3 试验工艺

振冲碎石桩试验工艺流程见图3。

图2 振冲碎石桩试验平面布置图

5 振冲碎石桩质量要求

5.1 桩位偏差控制

桩位偏差控制以孔口指挥为责任人，吊车司机全面配合。

振冲碎石桩试验使用参数

①制桩前孔口指挥应负责检查桩位的情况，发现桩位不准确应及时量测校正，不准确桩位不允许施工。

②在造孔时，孔口指挥应负责指挥振冲器对准桩位，对准偏差小于100mm，吊车司机必须听从孔口指挥人员的指挥。

③在造孔过程中孔口指挥应负责观察桩位偏位情况，发现超过规定应指挥纠偏，若经纠偏仍不能满足要求应找出原因，并做好记录，及时向项目经理汇报。

④桩位偏差允许值小于D/5。

5.2 孔深度质量控制

为保证孔深符合设计要求，振冲器导管应有明显、准确标志。在施工前振冲操作手和孔口指挥应用钢尺丈量校核。

当出现下述情况，孔深未达设计深度要求可结束造孔；但应必须做好记录，及时向设计、监理汇报情况，并应得到认可；或采用其他措施解决。

①在设计孔深度以内有障碍物，振冲器不能穿透；

②在设计孔深度以内有坚硬地层或自动加密的粗砂、粗砂砾等地层，造孔时振冲器电流超过电机额定电流。当施工过程中地面淤积抬高时，造孔深度应加淤积厚度。

5.3 填料质量控制

填料应符合设计要求，若无设计要求，填料应符合有关规范要求。

①填料的质量由项目质量部负责检查，进场采购的石料应有石料质量合格证。

②向孔内投料填料的质量由现场质检员负责，现场技术员孔口指挥监督，不符合质量要求的石料不允许倒入孔内。

5.4 加密过程质量控制

加密过程是保证工程质量的关键环节，在施工中严格按设计要求执行。吊车司机、孔口指挥、电工对加密质量负主要责任。

①当加密标准以加密电流（或油压）、留振时间、加密段长度作为加密控制标准，为保证加密电流（或油压）、留振时间、加密长度的准确性，振冲器的空载电流应先测定并符合要求，空载电流过高的振冲器应检修，未检修不许施工；加密段长度由吊车司机负责，孔口指挥负责核实检查加密段长度的正确性，发现加密段长度过大，应指挥吊车司机纠正，吊车司机应听从指挥。

②当加密电流、留振时间、加密长度作为加密控制标准时，填料的数量仅作参考标准，当发现填料数量与设计要求相差较大，则应分析原因，若由于地层原因，应及时向设计、监理单位反映情况，并确定措施，以保证工程施工质量。

③当填料作为加密标准，加密电流应作为参考标准，发现加密电流过高或过低，则应分析原因，应及时向设计单位、监理反映，并确定措施以保证工程施工质量。

6 结论及建议

文章以陕西省斗门水库工程为例，提出利用振冲碎石桩加固坝基的设计方案。对振冲碎石桩加固地基设计两种方案，同时，还对振冲碎石桩的质量提出针对性的控制措施。文章的方案设计和质量要求可以为类似的工程设计提供有益借鉴。