振動沉管碎石樁在地基處理中的應(yīng)用

田貴智

（山西省水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站，山西 太原 030002）

振動沉管碎石樁是以碎石（卵石）為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁，適用于擠密處理砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、素填土、雜填土及可液化土地基。加固機(jī)理為碎石樁施工時一方面要在振沖孔內(nèi)加填碎石（或卵石等）填料，在地基中形成一個大直徑的密實樁體，置換原地基土；另一方面樁間土受到不同程度的擠密和振密，土的孔隙體積減少，密實度增加，樁和樁間土構(gòu)成復(fù)合地基，使地基承載力提高，變形減少，并能夠消除土層的液化[1-2]。相對其他地基處理技術(shù)而言，振動沉管碎石樁有無污染、因地制宜、就地取材、工期短、造價低等優(yōu)點[3]，因而近年來該技術(shù)在公路等領(lǐng)域地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。文章以某河道治理工程為例，對振動沉管碎石樁在水利工程地基處理中的應(yīng)用及施工技術(shù)要點進(jìn)行了探討。

1 工程概況

某河道治理工程主要任務(wù)是防洪、河道蓄水、游船通行，以及為兩岸景觀建設(shè)搭建平臺，主要包括河道拓寬、新建壅水閘壩及船閘、堤防及二級平臺填筑、灘岸防護(hù)、兩岸新建排污暗涵等建設(shè)內(nèi)容。其中壅水閘主體、消力池和鋪蓋段等地基采用振動沉管碎石樁復(fù)合地基，碎石樁樁徑600 mm，梅花型布置，樁間距1.3 m，設(shè)計要求處理后的復(fù)合地基樁間土應(yīng)完全消除液化，復(fù)合地基承載力為155 kPa。

樁身范圍內(nèi)組成巖性為：人工填土、細(xì)砂、低液限粉土、低液限粘土。

第①層：雜填土，表層主要為施工完成后的碎石及粉細(xì)砂，層厚0.3 m～0.5 m。第②層：粉細(xì)砂（Q4al+pl），褐灰色，含云母、石英、長石，局部夾低液限粉土薄層，層底埋深7.4～8.1m。第③層：低液限粘土（Q4al+pl），褐灰色，含云母、石英、長石，局部夾低液限粉土，層底埋深大于14.0 m。

地下水位位于設(shè)計樁頂標(biāo)高附近，擬建場地為液化場地，場地液化等級為嚴(yán)重液化，主要液化土層為第②層粉細(xì)砂。

2 施工質(zhì)量要點

2.1 材料選擇

碎石樁填料應(yīng)采用未分化、具有良好穩(wěn)定性和排水性的碎石料。本工程按設(shè)計要求采用20～50 mm 自然級配的碎石，含泥量小于等于5%，且最大粒徑不超過5 cm。

2.2 試樁

對于不同的地質(zhì)條件，采用不同的施工工藝和設(shè)備處理效果會有很大差異。在實際施工過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)計的樁間距等參數(shù)與施工實際不相符或者按設(shè)計參數(shù)處理后達(dá)不到設(shè)計要求的情況，因此碎石樁施工前，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行試樁試驗，以復(fù)核地質(zhì)資料以及設(shè)備、工藝、施工順序是否適宜，確定壓入碎石量、一次提升高度和提升速度、工作電流等技術(shù)參數(shù)，以確保大面積施工質(zhì)量。根據(jù)設(shè)計要求及現(xiàn)場實際情況，本工程共設(shè)碎石樁試驗樁三組，每組7 根試驗樁，各組試樁所處的位置均處于具有代表性的土質(zhì)環(huán)境。按設(shè)計文件樁間距及形式繪制碎石樁施工平面圖和試樁位置圖，準(zhǔn)確放出試樁樁位，成樁后28 d 進(jìn)行質(zhì)量檢測。檢測表明，在碎石樁間距1.3 m 和碎石樁充盈系數(shù)1.3 的情況下，碎石樁的液化基本消除，靜載力試驗和動力觸探均符合要求，試樁成果為：一根樁打樁時間為17～25 min，打樁平均速度為1.37 m/min，反插次數(shù)為10～15 次，灌石量為1.45～1.5 m3，平均充盈系數(shù)為1.30。

2.3 施工工藝和方法

2.3.1 樁位放樣

清理整平現(xiàn)場后根據(jù)業(yè)主提供的控制點，由專業(yè)測量人員測放出邊樁中心線，并加以妥善保護(hù)、隨時復(fù)核，避免由于標(biāo)識被破壞導(dǎo)致的樁位不準(zhǔn)。對于施工中由擠土作用造成的樁位偏差，要及時進(jìn)行調(diào)整。

2.3.2 機(jī)具定位

移動碎石樁機(jī)，對準(zhǔn)加固點，調(diào)整搭架，使樁管與地面垂直度不大于1%，并對樁管長度及投料口位置進(jìn)行校正，使之符合設(shè)計樁長。打開電源，檢查電壓和振動錘的空載電流是否正常。

2.3.3 振動沉管

樁管下沉開動振動機(jī)，邊振動邊下沉樁管至設(shè)計深度。

2.3.4 填料

沉管到設(shè)計深度后稍微向上拔管并停止振動，將碎石由加料口灌入樁管內(nèi)，灌入量按樁身理論方案量值與充盈系數(shù)計算。

2.3.5 振動拔管

啟動撥管，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)碎石灌入量，以防亂灌現(xiàn)象。拔管前先振動數(shù)秒，至電流穩(wěn)定以后邊振動邊拔管,每拔1～1.5 m 停止振動，拔管速度要控制均勻，并進(jìn)行多次反插，直至管內(nèi)的碎石全部投出。

2.3.6 成樁

重復(fù)以上填料、振動拔管、反插等步驟，直至碎石樁的設(shè)計樁頂標(biāo)高，完成一根樁的施工作業(yè)。移動機(jī)械到下一樁位，重復(fù)以上操作。

2.4 質(zhì)量控制措施

第一，施工放樣要嚴(yán)格遵照碎石樁施工平面圖，保證其布置形式及樁間距符合設(shè)計要求。

第二，碎石樁填料按設(shè)計要求選用未風(fēng)化的20～50 mm 自然級配碎石，含泥量小于等于5%，且最大粒徑不超過5 cm，不得使用未檢測或檢測不合格的碎石，保證填料的質(zhì)量。

第三，成樁施工過程應(yīng)嚴(yán)格遵循碎石樁施工方案及試樁確定的參數(shù)，根據(jù)沉管及擠密情況，嚴(yán)控填料量、提升高度和速度、電機(jī)的工作電流等，同時確保樁身的連續(xù)性。施工過程中若地層條件與勘察有較大差異，或者投料量、成樁速度出現(xiàn)異常情況應(yīng)該立即停工并上報。

第四，碎石要分批加入，控制數(shù)量，按少量多次原則進(jìn)行，每段樁體在沒有達(dá)到規(guī)定的密實度時，須繼續(xù)加料振實，嚴(yán)防“頸縮樁”和“斷樁”的發(fā)生。

第五，施工過程中應(yīng)及時挖除樁管帶出的泥土，嚴(yán)防孔口泥土掉入孔中。

3 處理效果評價

委托試驗室對該項目沉管碎石樁復(fù)合地基進(jìn)行檢測，通過樁間土標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗及室內(nèi)土工試驗判定地基處理后液化消除的情況，通過重型動力觸探試驗判定碎石樁樁體密實度，通過復(fù)合地基靜載試驗確定地基處理后復(fù)合地基承載力特征值是否滿足設(shè)計要求。檢測表明地基處理后液化已消除，復(fù)合地基承載力特征值滿足設(shè)計要求。下面以消力池地基段檢測為例分項簡要說明。

3.1 樁體密實度檢測

重型圓錐動力觸探試驗采用自動落錘法，試驗從基底標(biāo)高開始連續(xù)貫入，錘擊數(shù)隨深度增加而增大，修正后的錘擊數(shù)介于6.00～17.00 擊，根據(jù)《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ340-2015），判定沉管碎石樁樁體密實度為中密～密實。

3.2 樁間土處理效果檢測

本次液化判別根據(jù)河道蓄水后最高水位進(jìn)行計算，檢測區(qū)標(biāo)貫深度均從設(shè)計樁頂標(biāo)高算起，按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）附錄P 采用標(biāo)貫試驗判別法進(jìn)行判定。實測標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)進(jìn)行校正，并以校正后的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N 作為復(fù)判依據(jù)。經(jīng)計算判定地基土液化已消除。

3.3 復(fù)合地基承載力檢測

復(fù)合地基靜載試驗采用壓重平臺反力裝置，加載采用慢速維持荷載法，試驗荷載分10 級施加，每級加載值35 kPa，逐級加載，直至達(dá)到試驗要求的最大加載量350 kPa。每加一級荷載前后都要各記錄一次承壓板沉降量，以后每隔30 min 記錄一次，直至沉降量相對穩(wěn)定為止。本次檢測累計沉降量介于11.92～17.95 mm 之間，卸荷后壓板殘余沉降介于7.92～13.64 mm，各試驗點在其最大試驗荷載350 kPa 作用下，荷載沉降曲線及沉降時間曲線上無明顯特征點，且累計沉降量均小于承壓板邊長的0.06 倍（72 mm），各試驗點均未達(dá)到破壞狀態(tài)，荷載試驗沉降量與壓板邊長的比值s/b=0.010 時對應(yīng)的荷載，大于最大加載值的1/2。因此，依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012），在本次試驗的最大試驗荷載下，試驗點復(fù)合地基承載力特征值取其最大試驗荷載350 kPa的1/2，即175 kPa，滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

檢測結(jié)果表明振沖沉管碎石樁能夠有效地消除地基土的液化性，提高地基的承載力，只要選擇合理的施工工藝，掌握工藝質(zhì)量控制要點，不斷完善質(zhì)量問題的對策，就能保證樁基工程整體的施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計和規(guī)范要求。