擠密砂石樁在南水北調(diào)焦作渠道液化砂土段的應(yīng)用

□張程勇 □趙北辰 □李 翔（中國水利水電第十一工程局有限公司）

1.工程概況

焦作1段第II施工標(biāo)段（樁號Ⅳ33+700～Ⅳ38+000）內(nèi)的建筑工程主要包括長度3526 m的明渠、普濟(jì)河渠倒虹、閆河渠倒虹、1座退水閘、1座節(jié)制閘、4座公路橋梁等。

主要工程量包括：土方開挖138.3萬m3、土石方填筑170.4萬m3、混凝土及鋼筋混凝土14.15萬m3、砌石4.15萬m3、鋼筋制安0.89萬t、機(jī)電設(shè)備安裝、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝等。

該標(biāo)段樁號為Ⅳ35+400～Ⅳ36+556渠段為液化砂土段，按設(shè)計(jì)要求，采用擠密砂石樁方法進(jìn)行處理。布置砂石樁共計(jì)13727根，總長度115110.9 m，樁徑50 cm，樁長7.80～10.78 m。擠密砂石樁有效長度布置見表1。

表1 擠密砂石樁有效樁長布置表

2.場區(qū)地質(zhì)條件

場區(qū)工程地質(zhì)土層分布特征如下：建筑物場區(qū)共劃分為3個(gè)工程地質(zhì)單元,第一個(gè)是人工堆積（rQ），頂部0.5 m左右為雜填土，下部1.4～1.5 m為素填土；第二個(gè)是粉質(zhì)粘土（alplQ14），層厚6.6～7.1 m，含鈣質(zhì)結(jié)核；輕粉質(zhì)壤土和砂壤土（alplQ14），層厚5.0～5.5 m，含有鈣質(zhì)結(jié)核。

3.設(shè)計(jì)要求

3.1 材料：擠密砂石樁體的填料可用礫砂、粗砂、中砂或石屑等硬質(zhì)材料，級配良好，最大粒徑≤50 mm，含泥量≤5%。

3.2 樁長≥設(shè)計(jì)值，樁灌砂量≥95%，樁位偏差≤0.30D，樁體垂直度≤1.0%。

3.3 采用標(biāo)準(zhǔn)灌入法對樁間土進(jìn)行質(zhì)量檢測，檢測位置在等邊三角形的中心處。施工后應(yīng)滿足擠密砂樁長度超出液化土層深度≥0.50 m，并且處理深度范圍內(nèi)土層的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)實(shí)測值≥地震液化的臨界標(biāo)貫擊數(shù)，從而達(dá)到不液化的標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.主要施工方法及技術(shù)要求

擠密砂石樁施工主要采用設(shè)備有DZJ-60型振動沉管樁機(jī)和LUCORG12D型小裝載機(jī)。

4.1 核查地質(zhì)資料。在施工區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)勘查，監(jiān)理單位100%見證檢驗(yàn)，對地基地質(zhì)資料進(jìn)行核查，基本符合地質(zhì)情況，地下水位偏高。

4.2 擠密砂石樁的工藝性試驗(yàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，施工前選擇樁號為（Ⅳ36+290.248～Ⅳ36+298.392，距渠道中心線16 m右岸區(qū)域內(nèi)，地面高程101.842～101.982 m）的10 m×10 m場地內(nèi)進(jìn)行擠密樁的工藝性試驗(yàn)。擠密樁樁間距為2.0 m和1.8 m，樁徑為500 mm，樁孔深7.8 m，正三角形布孔，共計(jì)擠密樁35根。

通過試樁試驗(yàn)，最終確定了擠密樁施工工藝參數(shù)，包括原材料要求、成樁時(shí)間、樁距、填料量、拔管速度和反插次數(shù)及施工工藝等。

4.3 擠密砂石樁成樁施工。擠密砂石樁采用重復(fù)壓拔管法施打振動擠實(shí)砂石樁加固渠道。

4.3.1 施工工藝：施工工藝流程見圖1，施工操作示意圖見圖2。

圖1 施工工藝流程圖

圖2 施工操作示意圖

4.3.1.1 場地平整。采用ZL-50裝載機(jī)對施工場地進(jìn)行清理、平整，清除場地內(nèi)建筑垃圾，并將場地碾壓密實(shí)。

4.3.1.2 測量放線布設(shè)樁位。進(jìn)行現(xiàn)場測量，用水泥砂漿固定標(biāo)準(zhǔn)控制點(diǎn)，再根據(jù)控制點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)圖紙放線布樁，確定設(shè)計(jì)施工樁位，編制樁號，填寫布置記錄。

4.3.1.3 樁機(jī)就位。根據(jù)門架振動擠壓砂石樁機(jī)走向鋼軌標(biāo)出的樁位標(biāo)記，移動樁機(jī)，使樁機(jī)對準(zhǔn)打樁線；啟動0.5 t卷揚(yáng)機(jī)，按照下橫梁上標(biāo)出的樁位標(biāo)記移動導(dǎo)向架，使樁管（尖）對準(zhǔn)打樁點(diǎn)，并將卷揚(yáng)機(jī)離合器剎緊；松動1 t卷揚(yáng)機(jī)離合器，使樁尖接觸樁位點(diǎn)。

4.3.1.4 啟動樁錘電機(jī)使樁錘振動，樁管沿樁位下沉。

4.3.1.5 灌砂石。根據(jù)樁深，將定量砂石量裝入樁管內(nèi)；如果樁管一次容納不了應(yīng)灌入的全部砂料，剩余的砂石料待樁管提升后，振動擠實(shí)一段時(shí)間以后再補(bǔ)充裝入。

4.3.1.6 沉樁過程中的振動擠實(shí)。每次樁管提升1.0～2.0 m/s，提升時(shí)樁尖自動打開，樁管內(nèi)的砂石料流出。

4.3.1.7 降落樁管，振動擠壓15～20 s。

4.3.1.8 其后，每次提升樁管100～200 cm，擠壓時(shí)間以樁管難以下沉?xí)r為宜。按上述辦法經(jīng)多次往復(fù)升降壓拔樁管，灌砂擠密地基。

4.3.1.9 完成該樁灌砂石量，樁管提升至地面。爾后將樁管移到下一根樁位。

4.3.2 施工要點(diǎn)

4.3.2.1 砂石料，砂礫含泥量不得大于5%，最大粒徑≤40 mm。

4.3.2.2 樁管下沉過程中，應(yīng)沿導(dǎo)向架，并始終保持同導(dǎo)向架平行。如發(fā)生樁管偏斜須及時(shí)扶正樁管。

4.3.2.3 打樁順序。盡可能采取接近梅花型的插打法，施工推進(jìn)按先打第一排的各樁，接著向前推進(jìn)隔一排打第三排的各樁，然后再退回打第二排各樁，以此類推。

4.3.2.4 啟動卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)時(shí)，卷揚(yáng)機(jī)離合器必須松開，以免燒壞電動機(jī)。

4.3.2.5 導(dǎo)向架橫向移動時(shí)，必須將1 t卷揚(yáng)機(jī)移動手把剎緊。

4.3.2.6 扶管樁對位時(shí)，一定要在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，并在樁管的橫向和縱向有專人觀察樁管對位情況，發(fā)現(xiàn)偏斜，要隨時(shí)糾正，以保證管樁垂直下沉。

4.3.2.7 隨時(shí)注意檢查樁錘齒輪箱潤滑油油量，要保持齒輪箱油位不低于齒輪下齒根（一般保持在3 cm以上）。

4.3.2.8 做好交接班工作，樁機(jī)工作狀態(tài)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，樁錘工作狀態(tài)卷揚(yáng)機(jī)系統(tǒng)有無問題，打樁深度，數(shù)量以及樁位都應(yīng)記錄交接清楚。

4.3.2.9 擠實(shí)砂石樁機(jī)的樁尖部分對擠實(shí)砂石樁施工質(zhì)量和工效有很大影響，一般樁尖有三種型式，即限位活瓣式、錐頭式和加護(hù)套錐頭式。在實(shí)際施工中，加護(hù)套錐頭式樁尖較為理想。

4.3.3 質(zhì)量要求

4.3.3.1 質(zhì)量控制。施工中應(yīng)重點(diǎn)控制樁管下沉深度，拔管速度、反插次數(shù)、余振時(shí)間和灌砂量。

4.3.3.2 質(zhì)量檢查。施工質(zhì)量檢查的內(nèi)容包括：樁位、樁孔、擠密效果和填夯質(zhì)量等項(xiàng)，其中又以填夯質(zhì)量的檢查為重點(diǎn)。質(zhì)量檢查應(yīng)根據(jù)需要在施工過程中或施工結(jié)束后分次進(jìn)行，檢查結(jié)果應(yīng)作出記錄以備工程驗(yàn)收或進(jìn)行研究和必要的處理。檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量不應(yīng)少于樁孔總數(shù)的2%，檢驗(yàn)深度≥設(shè)計(jì)處理的深度。

4.3.3.2.1 樁位檢查。根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖中樁基的軸線、高程和樁孔位置，檢查樁孔的位置、間距及樁頂標(biāo)高等是否與設(shè)計(jì)相符；同時(shí)檢查有無漏樁、漏料等情況并作出記錄。

4.3.3.2.2 樁孔檢查。成孔結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)檢查樁孔的直徑、垂直度和深度是否在規(guī)定的容許偏差以內(nèi)；檢查樁孔有無縮徑、塌孔及滲水等情況（見表2），如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)作出記錄并將處理結(jié)果寫入記錄中。

表2 擠密砂樁施工允許誤差表

4.3.3.2.3 擠密效果檢查。質(zhì)量檢驗(yàn)的方法：對樁間土擠密見圖3，采用標(biāo)準(zhǔn)灌入方法。質(zhì)量檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)：施工后應(yīng)滿足擠密砂樁長度超出液化土層深度≥0.50m，并且處理深度范圍內(nèi)土層處理后(應(yīng)選在3根樁組成的等邊三角形中心，見圖3)的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)實(shí)測值≥地震液化的臨界標(biāo)貫擊數(shù)，或相對密度≥0.75，達(dá)到不液化的要求。

圖3 擠密效果檢測點(diǎn)示意圖

4.3.3.2.4 質(zhì)量評定。振動擠實(shí)砂石樁工程的保證項(xiàng)目和允許偏差項(xiàng)目，應(yīng)符合有關(guān)質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。對渠道工程應(yīng)符合《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79－2002)有關(guān)規(guī)定；對建筑工程應(yīng)符合《建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定。

4.3.3.3 擠密砂石樁質(zhì)量控制

一是材料要求：砂石料。砂礫含泥量≤5%，最大粒徑≤40 mm。二是施工前按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求做成樁試驗(yàn)。三是沉樁時(shí)樁管豎直度不夠或受臨樁振沖影響，容易引起成砂樁傾斜，因此成樁時(shí)要經(jīng)常校正樁管豎直度，相鄰樁應(yīng)間隔跳躍施工，避免相互間震動影響。四是3次投料不合理，反插深度和次數(shù)有誤都會引起砂樁縮徑，必須改變投料量比例，改變反差插深度和次數(shù)以滿足要求。五是斷樁是施工中常見病害，造成的原因有反插深度有誤、塌孔、卡管活頁打不開等。要嚴(yán)格按工藝性試樁提供的技術(shù)參數(shù)及成樁步驟控制拔管高度和拔管進(jìn)度，否則易出現(xiàn)斷樁，不能保證樁身的連續(xù)性。六是卡管為成樁中常見現(xiàn)象，要整修活頁，使活頁開啟靈活打開。七是砂石樁施工質(zhì)量應(yīng)符合表2規(guī)定。

5.結(jié)語

擠密砂石樁施工結(jié)束后，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊法對IV35+400～I(xiàn)V36+556渠道飽和液化段進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，已全部消除了地基液化問題。后從開挖情況看，擠密砂石樁四周土質(zhì)被擠密，密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，地基處理效果良好。

近年來，隨著南水北調(diào)工程和鐵路建設(shè)的快速進(jìn)展，飽和液化基礎(chǔ)采用擠密砂石樁的處理技術(shù)已日趨成熟，但要達(dá)到預(yù)期的效果，必須認(rèn)真對待飽和液化處理段的設(shè)計(jì)與施工，做好試樁生產(chǎn)性試驗(yàn)，選擇好的施工設(shè)備和施工參數(shù)，方能使飽和液化地基處理達(dá)到理想效果。