振冲挤密碎石桩复合地基施工与质量检测分析

李晓丹，茆玉超，张立伟，王 瑶

（中冀建勘集团有限公司，河北 石家庄 050000）

1 工程概况

某城中村3#地项目主要包括高层住宅、商业楼、地下车库等建筑物，通过工程勘察报告可知，勘察波速测试孔7 个，在88#钻孔处测试深度50.0m，其余测试深度20.0m。根据测试成果，计算地表以下20.0m 深度范围内土层的等效剪切波速Vse为187.1~196.6m/s。根据88#钻孔单孔弹性波测试成果，场地覆盖层厚度大于50.0m，按《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第4.1.3 条及第4.1.6 条判定，场地土类型为中软土，建筑场地类别Ⅲ类，特征周期0.55s。项目所在位置地下水为浅层孔隙潜水，地下水承压性较弱，地基土具有液化条件，设计时必须考虑地基土液化问题。商业楼为地上2 层建筑。设计基底压力为150kPa，设计基础埋深为±0.00下1.5m，地基基础持力层为新近沉积黄土状粉质粘土②层（110kPa），地基土层较均匀。综上所述，承载力不满足设计要求，不能采用天然地基。因此，消除施工区域内地基土液化和提高复合地基的承载能力是关键所在。

由于项目所在施工场地地基土的液化深度在16m，如果采用换填垫层法来进行地基液化处理，不但在理论技术方面不妥，在工程成本上更不合理；如果采用素混凝土桩复合地基进行基地处理，虽然可以处理地基土液化和提高承载能力，但是造价相对较高，性价比不高。振冲挤密碎石桩复合地基既可以消除地基土液化问题，又可以较大幅度地提高地基承载能力，满足3#地项目商业楼的地基处理要求。

2 振冲挤密碎石桩复合地基施工

2.1 设计方案

振冲挤密碎石桩桩径为1.1m，桩间距为1.5m，基桩布置形式为等边三角形，3#地项目A区1~6号商业楼有效桩顶设计标高为-8.1m，桩底设计标高为-18.1m，有效桩长为10m；3#地项目B区7~11号商业楼有效桩顶设计标高为-8.6m，桩底设计标高为-18.1m，有效桩长为9.5m。±0 相当于黄海85 绝对高程75.6m，复合地基承载力设计值为0.15MPa。碎石桩施工选用的振冲器功率为75kW。

2.2 施工流程

振冲碎石桩施工采用振动成桩法，碎石桩的施工顺序采用帷幕法施工，先施打外侧桩，再施打内侧桩，沿着外侧桩群的中心线向内侧推进。碎石桩施工顺序如下：①施工场地整平。对建设单位提供的施工场地进行二次整平，将A区1~6号商业楼施工场地清理至桩顶设计标高为-8.1m，将B区7~11号商业楼施工场地清理至桩顶设计标高-8.6m，并在清理好的场地铺筑50cm 垫层作为碎石桩桩头的保护层，并在铺筑好的垫层上测放桩位。②碎石桩施工机械就位。碎石桩施工机械安装的垂直度偏差要控制在1.5%以内。③施工参数确定。对将A区1~6号商业楼和B区7~11号商业楼分别进行试桩施工，通过试桩获取工程桩施工参数。④工程桩施工。振冲机械成孔至设计孔底标高，停止振动并向桩管内第一次灌满碎石，然后一边振动一边拔管。拔管过程中要做到三点控制，第一点控制拔管高度在1m 左右；第二点控制拔管速度在1m/min 左右，第三点控制压管高度在0.5m 左右。之后开始匀速振动，并以1m桩长所需碎石料0.95m3为控制参数。一次振动结束后，将桩尖位置拔出，为下次填料做准备。之后一直循环之前的拔管、压管和振密以及每次加入0.95m3碎石，直到碎石料填桩顶设计标高上部大约50cm 左右，一根桩施工完毕。按照此方法步骤继续施工其他桩位[1]。

2.3 施工质量控制项目

①桩位位置测放准确，对已经测放的桩位进行保护，在桩位施工前要进行桩位复测。②碎石材料要采用干净的砾石，碎石中的含泥量不能超过10%，且砾石直径应控制在2~10cm 范围内。③施工范围内应合理布置排水明沟，地下渗出的水要及时排出。④按照试桩时确定的工艺参数来控制拔管速度、拔管高度、拔管高度振动法施工应根据试验确定的工艺参数，严格控制拔管的高度、拔管的速度、压管的次数以及每次的碎石填量，确保碎石桩桩体成桩的密实度和连续性。⑤根据施工场地地层特点，选择合适的桩尖结构，根据施工场地特点选择尖锤活瓣桩靴。⑥碎石桩成桩的整个过程中每一次填料都不能太多，要严格按照每次不过超过0.95m3的标准进行。振冲挤密碎石桩的施工允许变差如表1所示。

表1 碎石桩施工参数允许误差范围

3 碎石桩复合地基承载力和单桩极限承载力的关系

碎石桩复合地基承载力主要有单桩承载力和桩间土承载力两部分承载力叠加得来，其计算公式主要有面积比公式和应力比公式两种表达形式。用面积比方法确定的碎石桩复合地基承载力计算公式如下：

式中：ppf——碎石桩单桩极限承载力；

psf——天然地基土极限承载力；

k1——通过碎石桩单桩极限承载力计算项目所有碎石桩承载力的修正系数；

λ1——碎石桩极限强度发挥程度；

k2——天然基地承载力和桩间土承载力不同的修正系数；

m——面积置换率。

用应力比方法确定的碎石桩复合地基承载力计算公式如下：

式中：Pcf——碎石桩单桩极限承载力；

Psf——天然地基土极限承载力；

k1——通过碎石桩单桩极限承载力计算项目所有碎石桩承载力的修正系数；

k2——天然基地承载力和桩间土承载力不同的修正系数；

m——面积置换率。

4 碎石桩单桩及复合地基承载力现场检测

碎石桩单桩承载力检测利用压重反利设备提供检测反作用力，并采用逐级持续加压方法维持荷载，承压板选择直径为1.26m的圆形钢板，该圆形钢板的处理面积为1.24m2。为了安全的保守性，单桩承载力检测试验所施加的最大荷载需是复合地基设计值的2倍，则单桩承载力的检测荷载值为：150MPa×1.24m2×2=372kN。荷载采用分级加持方法，总共分8级加持完所有预定荷载，最开始2级加持到120kN，之后6级每级加持42kN，现场检测实物图如图1所示。

图1 碎石桩单桩承载力现场检测实物图

分级加持荷载过程中应注意以下事项：每次加持荷载都需要进行承压板沉降量的测量，测量间隔时间要控制在30min 以内，1h 内沉降量不超过0.1mm 即可加持下一级荷载。如果出现沉降量突然增加或者累计沉降量超过承压板直径的6%，即累计沉降量超过75.6mm 时，应立即停止检测，查询原因。当检测完毕后的卸载环节，同样需要分级卸载并读取每一级荷载下的回弹量，测量回弹量的间隔时间同样是不超过30min。

碎石桩复合地基承载力特征值的确定方法。通过荷载—沉降曲线来判断承载力特征值。以极限荷载和对应比例界限值的2倍为参照标准，如果极限荷载大于对应比例界限值的2倍，那么复合地基承载力数值可以取对应比例界限值；如果极限荷载值小于对应比例界限值的2倍，那么复合地基承载力数值取极限荷载数值的二分之一。当荷载—沉降曲线平缓光滑时，碎石桩复合地基承载力特征值除了以上确定方法外，还可以通过相对变形值来确定[2]。即碎石桩复合地基承载力特征值为承压板沉降量数值与承压板直径的比值为0.01时所对应的荷载压力。

5 检测结果及分析

当碎石桩施工完毕后的40d，碎石桩周围土体固结效果较好，已经满足承载力检测基本条件。按照上述检测方法及注意事项对3#地商业楼碎石桩承载力进行了检测，得到了碎石桩承载力—沉降曲线，如图2所示。

图2 碎石桩单桩荷载—沉降曲线

从图2 可知，当加载到第8 级总荷载为360kN 时，碎石桩复合地基的沉降量累计值为49.26mm。而试验选择的承压板为直径1.26m的圆形钢板，该承压板直径的6%为75.6mm，显然49.26mm<75.6mm。从图2 曲线走势可以确定荷载—沉降曲线平缓光滑，表明每一个施加荷载的试验点地基均没有达到极限状态，根据碎石桩复合地基承载力确定标准，在该种情况下以末级荷载作为该处极限承载力。即以末级荷载372kN作为此处的极限承载力，即372kN/1.24m2/2=0.15MPa。对施工区域的8个碎石桩复合地基试验点进行地基承载力检测，结果见表2。

表2 碎石桩复合地基承载力检测表

通过以上分析论述，该项目碎石桩复合地基荷载试验所规定的复合地基承载力特征值可以取末级荷载372kN 作为此处的极限承载力，即复合地基承载力为0.15MPa，表明检测结果达到了复合地基设计承载力要求。

6 结语

软土地基具有沉降量大、固结周期长等显著特点，严重限制了软土地基的工程建设。通过碎石桩复合地基处理后的软土地基单桩承载能力和复合地基承载能力均得到显著提升。本文从碎石桩复合地基处理及其检测过程中获得了碎石桩桩体、桩间土以及复合地基等方面的指标参数，对同类型工程的地基处理和处理效果检测具有一定的参考价值。