振沖碎石樁施工技術(shù)在基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用

張小利

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概述

禹門口一級(jí)泵站擴(kuò)建工程靠近一級(jí)站上游，擴(kuò)建工程主要是為北趙灌區(qū)（設(shè)計(jì)提水量15.06m3/s）、西范灌區(qū)和西范東擴(kuò)灌區(qū)（設(shè)計(jì)提水量13.8m3/s）解決水源問(wèn)題，并兼顧向禹門口灌區(qū)和汾南灌區(qū)補(bǔ)充水源（考慮輸水損失，確定設(shè)計(jì)總流量40m3/s）。擴(kuò)建項(xiàng)目一級(jí)泵站裝機(jī)量6300 kW，2臺(tái)機(jī)組，總提水流量40m3/s，確定設(shè)計(jì)揚(yáng)程為5.91～11.67m。出水池處是壓力鋼管部位，其地表地層巖性為人工堆積含有碎石等的低液限粉土，厚約1m，其下為第四系全新統(tǒng)粉土質(zhì)砂、含細(xì)粒土砂，結(jié)構(gòu)松散。為提高地基承載力，消除出水池及壓力鋼管地基液化性，采用振沖碎石樁 技術(shù)對(duì)地基進(jìn)行加固處理。碎石樁樁徑0.8m，間距2.0m，樁長(zhǎng)10m，正三角形布置，共布置碎石樁430根，處理寬度為基礎(chǔ)外延5m，樁頂鋪設(shè)50 cm厚的碎石。

2 施工方案

2.1 施工準(zhǔn)備

第一，施工前先平整場(chǎng)地，使壓力鋼管和出水池達(dá)到設(shè)計(jì)高程（壓力鋼管設(shè)計(jì)高程379.43m、出水池設(shè)計(jì)高程379.00m），平整時(shí)遵循“寧填勿挖”的原則，若有堅(jiān)硬物體需全部挖掉，確保振沖器順利下鉆。

第二，對(duì)場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆凡贾茫ǖ缆穬蓚?cè)排水溝、料場(chǎng)、清水池、深沉池等。

第三，根據(jù)圖紙要求進(jìn)行布樁，并繪制測(cè)量放線圖，交付監(jiān)理單位復(fù)核后，進(jìn)行測(cè)量放樣，每個(gè)樁位均以鋼釬作標(biāo)志，編制樁號(hào)。

第四，施工前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)成樁試驗(yàn)，確定滿足設(shè)計(jì)要求的施工機(jī)具、施工工藝及技術(shù)參數(shù)。

第五，施工各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后由技術(shù)負(fù)責(zé)人根據(jù)試樁結(jié)果及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行技術(shù)交底。

2.2 施工過(guò)程

振沖碎石樁是利用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石擠壓入土孔中，形成大直徑的碎石所構(gòu)成的密實(shí)樁體。

工程試樁施工在振沖碎石樁施工范圍內(nèi)進(jìn)行布置，根據(jù)振沖碎石樁施工平面布置圖，先從第一排進(jìn)行布樁試驗(yàn)。

第一，把振沖器用起重吊機(jī)起吊并對(duì)準(zhǔn)樁位，然后啟動(dòng)水泵和振沖器，水壓控制在400～600 kPa之間，水流量控制在350～400 L/min之間，噴水偏差不大于50 mm，再將振沖器緩緩沉入土中，此時(shí)應(yīng)注意電流變化范圍，振沖器以1.5m/min左右的速度往下沉?xí)r，觀察電流和水壓變化的范圍，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷是否進(jìn)入粉細(xì)砂層。

第二，根據(jù)地質(zhì)情況確定是否需要清孔。沖洗時(shí)提升振沖器進(jìn)行兩次清孔，并記錄整個(gè)造孔所需時(shí)間。

第三，在孔內(nèi)倒入事先準(zhǔn)備好的碎石料，再把振沖器沉入孔內(nèi)進(jìn)行振密。如為軟弱地質(zhì)層，碎石料擴(kuò)散范圍較大，觀察電流變化情況，如一時(shí)難以提高，繼續(xù)向孔內(nèi)填加碎石料并振密，繼續(xù)觀察電流變化直至達(dá)到密實(shí)電流為止。為確保振沖器不卡死，填料時(shí)采用間接填料法，隨著碎石料不斷下沉到孔底，孔內(nèi)碎石逐漸振實(shí)成樁，并記錄制樁過(guò)程的時(shí)間和填料量。

第四，觀察試驗(yàn)振沖碎石樁的成樁過(guò)程和記錄數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，確定該試樁區(qū)主要技術(shù)參數(shù)為：造孔電流65～75 A，造孔水壓0.8 MPa，密實(shí)電流 70～80 A，加密水壓 0.8 MPa，留振時(shí)間 10～20 s，填料量 0.3～0.4m3。

2.3 操作要點(diǎn)

第一，清理場(chǎng)地。平整場(chǎng)地到樁頂?shù)脑O(shè)計(jì)高程并布置樁位。第二，放線定位。測(cè)量放線后吊車就位，用吊車把振沖器吊起，使其距地面10～20 cm垂直懸空，尖端對(duì)準(zhǔn)樁位，觀察水壓、電壓和振沖器電流是否正常。第三，造孔。打開高壓水泵，灌入高壓水，開啟振沖器，使振沖器在壓力沖擊和振動(dòng)的作用下垂直貫入至設(shè)計(jì)深度。第四，清孔。造孔完成后用回水把稠泥漿返回地面，根據(jù)實(shí)際排漿情況，確定清孔次數(shù)。第五，填料、振密與制樁。清孔后，改變加密電流、水壓，采用連續(xù)的填料方式進(jìn)行分段振密的制樁方法。首先將振沖器提至距孔口1.0～1.5m的距離，用裝載機(jī)把石料放入接料器，然后向鉆孔內(nèi)進(jìn)行填料，填料量根據(jù)土質(zhì)情況確定。石料沉入到孔底后，慢慢下沉振沖器，將孔底樁體振密，電流達(dá)到密實(shí)電流后，留振10～20 s。重復(fù)以上工序，再進(jìn)行下一段樁體的施工至樁體孔口。第六，停機(jī)、關(guān)水，移動(dòng)振沖器至下一樁位重新開始下一根樁的施工。第七，清溝排污。在打樁的同時(shí)安排施工人員進(jìn)行清溝，保證排污網(wǎng)路暢通，避免泥漿漫淌，沉淀后的泥漿采用泥漿車出運(yùn)至棄土場(chǎng)排放。第八，做好填料記錄。樁體的充盈系數(shù)為1.2～1.5，施工過(guò)程中通過(guò)振沖器上配備的振沖碎石樁施工自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)記錄儀，對(duì)每段樁體的成孔電流、密實(shí)電流、填料量及留振時(shí)間等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤記錄，作為監(jiān)理部門質(zhì)量簽認(rèn)的主要依據(jù)。每樁施工均填寫施工記錄表。第九，鋪設(shè)碎石墊層。振沖碎石樁處理完成后，在樁頂上鋪填50 cm厚的碎石墊層，全部處理范圍均采用20 t振動(dòng)壓路機(jī)重疊輪跡碾壓至少2遍。

3 質(zhì)量檢驗(yàn)

3.1 質(zhì)量控制措施

第一，嚴(yán)格控制水壓、電流和振沖器在固定深度位置的留振時(shí)間。水量要充足，使孔內(nèi)充滿水，防止塌孔，使制樁工作順利進(jìn)行。水壓視土質(zhì)及其強(qiáng)度而定，強(qiáng)度較低的軟土，水壓應(yīng)小一些；強(qiáng)度較高的土水壓應(yīng)大一些。成孔過(guò)程中水壓和水量盡可能大，當(dāng)接近設(shè)計(jì)加固深度時(shí)，降低水壓，以免影響樁底以下土體。加料振密過(guò)程中水壓和水量應(yīng)均小些。

第二，電壓一般為380±20 V，并保持穩(wěn)定。電流一般為空載電流加10～15 A為加料振密過(guò)程中的密實(shí)電流。嚴(yán)禁在超過(guò)額定電流的情況下作業(yè)。振沖器在固定深度位置留振時(shí)間為10～20 s。

第三，碎石采用干凈礫石或軋制碎石，粒徑宜為4~10 cm，含泥量小于5%。

第四，填料時(shí)加料不宜過(guò)猛，勤加料，但每批加料不得太多。施工中，每段樁體應(yīng)滿足密實(shí)電流、填料量和留振時(shí)間等方面的規(guī)定。達(dá)不到規(guī)定的密實(shí)電流時(shí)，向孔內(nèi)繼續(xù)加碎石并振密，直至電流值超過(guò)規(guī)定的密實(shí)電流值。

3.2 碎石樁質(zhì)量檢驗(yàn)

振沖碎石樁施工完成一個(gè)月后進(jìn)行單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，按每300根隨機(jī)抽取1根進(jìn)行檢驗(yàn)，總數(shù)不少于3根。要求復(fù)合地基允許承載力不小于120 kPa；樁體密實(shí)度抽查5%；復(fù)合地基承載力抽查5%，采用重Ⅱ型動(dòng)力觸探方法測(cè)試。碎石樁軟基處理經(jīng)檢測(cè)符合有關(guān)規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求后，經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)方可進(jìn)行下一道工序。

4 結(jié)語(yǔ)

振沖碎石樁是利用振沖法加固地基，主要通過(guò)在地基中形成密實(shí)樁體和擠密作用與原地基構(gòu)成復(fù)合地基，從而達(dá)到提高地基承載力、減少沉降和不均勻沉降的作用，該技術(shù)可靠、機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方法易于掌握，而且具有節(jié)省三材、施工速度較快、節(jié)約投資等優(yōu)點(diǎn)。目前該技術(shù)在壩基、道路、橋梁、工業(yè)與民用建筑地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。尤其在高速公路工程施工中處理軟地基或路基加固方面效果較好。但振沖碎石樁施工技術(shù)在泵站工程基礎(chǔ)處理中應(yīng)用甚少。故在禹門口一級(jí)泵站擴(kuò)建工程中使用該技術(shù)施工前進(jìn)行了試驗(yàn)段施工，確定了符合設(shè)計(jì)所要求的施工工藝、參數(shù)以及施工機(jī)具，并作為應(yīng)用振沖碎石樁施工技術(shù)的控制指標(biāo)。該工程采用振沖碎石樁施工技術(shù)后，消除了出水池及壓力鋼管基底地基液化問(wèn)題，提高了地基承載能力，地基穩(wěn)定性得到增強(qiáng)，減少了基礎(chǔ)不均勻沉降，收到了良好效果，可為類似工程施工提供參考依據(jù)。