孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁處理地基實(shí)例分析

王 偉 兵

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030009)

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁，是一種在原有強(qiáng)夯技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的地基處理技術(shù)?？變?nèi)深層強(qiáng)夯法樁與其他地基處理技術(shù)不同之處在于：是先成孔再通過孔道將強(qiáng)夯引入到地基深處，采用特異型重錘對(duì)孔內(nèi)的填料自下而上分層進(jìn)行孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法作業(yè)，孔內(nèi)的填料在豎向深層方向上壓密固結(jié)的同時(shí)對(duì)樁周圍的土亦進(jìn)行橫向方向上的擠密加固。經(jīng)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁處理后的地基，在整體剛度上較均勻，地基承載力有很大提高，最高可提高9倍，變形沉降小，形成的地基不受地下水的影響，其處理深度可以達(dá)30 m及其以上。它的施工是先成孔，再向孔內(nèi)填料，并以較高的動(dòng)能采用特異重錘在孔內(nèi)深層進(jìn)行沖砸擠壓，最終的結(jié)果使填料在強(qiáng)力的推動(dòng)下向孔底和孔周擠壓形成樁體。該方法處理深度深、綜合效果好、施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)周圍壞境影響相對(duì)較小，目前在西南地區(qū)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)中也已在多個(gè)機(jī)場(chǎng)廣泛使用。

下面以一工程實(shí)例介紹孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁處理地基的應(yīng)用情況。

1 工程概況

西南地區(qū)貴州某機(jī)場(chǎng)工程地質(zhì)地層分布為：1)第四系松散堆積物：①耕土、②填土、③粘土及粉質(zhì)粘土、④角礫、⑤淤泥質(zhì)土、⑥有機(jī)質(zhì)土；2)下石灰統(tǒng)擺佐組：①灰?guī)r、②白云巖；3)中石灰統(tǒng)黃龍群：①灰?guī)r、②白云巖；4)上石灰統(tǒng)馬平群：①灰?guī)r、②砂巖、③泥頁(yè)巖；5)二疊系下統(tǒng)梁山組：①砂巖、②炭質(zhì)頁(yè)巖、③泥巖;6)二疊系下統(tǒng)棲霞組。

場(chǎng)區(qū)出漏的碳酸鹽巖地層以中風(fēng)化灰?guī)r為主，少量白云巖，巖體整體較完整，局部破碎；場(chǎng)區(qū)地表巖溶中等發(fā)育，地下巖溶中等～強(qiáng)發(fā)育。

根據(jù)道槽區(qū)沉降計(jì)算結(jié)果，清除植物土后原地面需要排水固結(jié)的區(qū)域、土層厚度大于6 m的區(qū)域，主要分布在巖溶洼地等低洼地帶，軟塑～可塑狀粉質(zhì)粘土甚至達(dá)到10 m以上，在高填方荷載下將產(chǎn)生很大的工后沉降，需要進(jìn)行排水固結(jié)處理。柱錘強(qiáng)夯處理深度超過6 m效果不理想，根據(jù)試驗(yàn)段施工情況碎石樁處理效果也不理想?？變?nèi)深層強(qiáng)夯法樁對(duì)深層地基處理效果好，該法預(yù)先成孔至設(shè)計(jì)要求深度，再自下而上分層填料進(jìn)行強(qiáng)夯，進(jìn)而形成具有較高承載能力的密實(shí)樁體和強(qiáng)力擠密的樁間土?？變?nèi)深層強(qiáng)夯法樁類似于加強(qiáng)型的大直徑的碎石樁，具有強(qiáng)力的擠密、置換作用；當(dāng)采用硬質(zhì)巖爆破料作為填料時(shí)，樁體同時(shí)具備豎向排水通道，有利于地基土排水固結(jié)。根據(jù)CECS 197—2006孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法技術(shù)規(guī)程，孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁處理厚度很厚，可達(dá)30 m以上，處理單位面積的地基孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁法價(jià)格比碎石樁便宜。因此，采用孔內(nèi)深層強(qiáng)夯樁法處理，正三角形布置，樁體間距分為4 m,5 m,6 m。

2 孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁的設(shè)計(jì)

孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁處理地基，本工程布樁方式為正三角布樁，主要參數(shù)如下：

成孔方式為旋挖成孔，成孔直徑1.2 m，樁長(zhǎng)在邊坡區(qū)到達(dá)全風(fēng)化巖層角礫層，在道槽區(qū)到達(dá)巖層。樁間距分為4 m,5 m,6 m，夯后樁徑2.0 m，單擊夯能不小于1 000 kN·m,每層擊數(shù)5擊～7擊，每層最后兩擊平均夯沉量不大于15 cm。

由于孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁成孔較深(普遍10 m左右，最深要求達(dá)20 m)且場(chǎng)區(qū)土層較軟，為保證工期和質(zhì)量，必須采用帶風(fēng)槽的橄欖型的孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁專用夯錘以及配套的自動(dòng)脫鉤裝置、吸錘裝置。分2批成樁，第二批樁位布置在第一批樁位之間。每層單點(diǎn)擊數(shù)僅為參考，停夯標(biāo)準(zhǔn)以每層最后兩擊平均夯沉量為準(zhǔn)；分層外孔內(nèi)加料夯擊形成樁體，直至達(dá)到夯沉量要求；夯沉量根據(jù)夯錘鋼絲上的刻度快速量測(cè)。樁體采用挖方區(qū)中風(fēng)化巖或白云巖爆破料，級(jí)配應(yīng)滿足不均勻系數(shù)Cu≥5，曲率系數(shù)Cc=1～3，最大粒徑不得超過30 cm，含泥量不大于5%?？變?nèi)深層強(qiáng)夯法樁施工完成后，采用800 kN·m能級(jí)滿夯找平，相關(guān)參數(shù)及要求滿足設(shè)計(jì)要求。

原地形較陡時(shí)，應(yīng)根據(jù)地形隨著填筑施工由低處向高處分塊進(jìn)行施工，并適當(dāng)進(jìn)行平整以創(chuàng)造工作面。清除植物土后，利用挖方區(qū)中風(fēng)化灰?guī)r或白云巖爆破料兼做施工墊層和排水墊層，厚度一般不超過50 cm，墊層料要求同孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁體材料?？變?nèi)深層強(qiáng)夯法樁旋挖成孔的棄土可作為土面區(qū)填料，若含水量過大造成壓實(shí)度無法滿足設(shè)計(jì)要求，則需晾曬或與挖方區(qū)石料混合作為土面區(qū)填料。

3 施工與檢測(cè)

3.1 施工準(zhǔn)備

1)該施工方法對(duì)施工水平較高，施工隊(duì)伍應(yīng)有孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁施工經(jīng)驗(yàn)。由于孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁成孔較深(普遍10 m左右，最深要求達(dá)20 m)且場(chǎng)區(qū)土層較軟，為保證工期和質(zhì)量，必須采用帶風(fēng)槽的橄欖型的專用夯錘以及配套的自動(dòng)脫鉤裝置、吸錘裝置。

2)施工時(shí)在確保安全的前提下根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和設(shè)備數(shù)量選用最佳流水作業(yè)線。

3)大面積施工前，應(yīng)選取代表性位置進(jìn)行試驗(yàn)性施工，試驗(yàn)性施工區(qū)域不宜小于20 m×20 m。試夯結(jié)果應(yīng)上報(bào)相關(guān)單位認(rèn)可并優(yōu)化施工工藝和參數(shù)后方可進(jìn)行大面施工。

3.2 旋挖成孔

1)場(chǎng)地應(yīng)平整，承載力應(yīng)能保證機(jī)械平穩(wěn)和施工安全。旋挖機(jī)械應(yīng)能保持穩(wěn)定垂直，垂直度偏差不得超過孔深的2.5%。成孔中心的偏差不得超過樁徑的1/4。

2)成孔深度應(yīng)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的地層或深度。旋挖成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，填料前夯實(shí)孔底若留有少量的虛土即可。

3.3 孔內(nèi)強(qiáng)夯

1)強(qiáng)夯前對(duì)成孔直徑、成孔深度、孔底虛土等各種情況應(yīng)檢查，符合設(shè)計(jì)要求后，對(duì)孔底夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，夯擊次數(shù)不低于2擊。

2)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的填料質(zhì)量和數(shù)量、夯擊次數(shù)、夯擊能等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施工，未經(jīng)允許不得擅自調(diào)整。

3)夯錘應(yīng)與樁孔中心對(duì)齊，必須采用自動(dòng)脫鉤裝置保證夯錘下落時(shí)呈自由落體狀態(tài)，否則嚴(yán)禁填料強(qiáng)夯。必須采用吸錘裝置，保證夯錘下落后快速提起以提高功效以及減小提錘過程對(duì)孔壁的擾動(dòng)和破壞。

4)遇到縮孔時(shí)，應(yīng)通過填料夯填消除塌孔影響。

5)孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁頂應(yīng)高出原地面達(dá)到施工墊層(兼排水墊層)頂面。

6)施工中發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)報(bào)告，查明原因及時(shí)處理后方可繼續(xù)施工。

3.4 孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁處理檢測(cè)

對(duì)樁長(zhǎng)、樁徑的檢測(cè)：檢測(cè)時(shí)間為施工后，檢測(cè)數(shù)量或頻率為總樁數(shù)的1%，且每塊單獨(dú)區(qū)域至少3點(diǎn)，檢測(cè)方法采用鉆探，判斷樁長(zhǎng)是否達(dá)到要求的巖土層，全樁長(zhǎng)范圍的樁徑是否達(dá)到要求。

對(duì)動(dòng)力觸探的檢測(cè)：檢測(cè)時(shí)間為施工后，檢測(cè)數(shù)量或頻率為總樁數(shù)的2%，且每塊單獨(dú)區(qū)域至少3點(diǎn)，檢測(cè)方法采用超重型動(dòng)力觸探修正后N120，檢測(cè)深度至樁身長(zhǎng)度，要求修正后N120>6擊。

4 孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁檢測(cè)結(jié)果

工程成樁后按照檢測(cè)數(shù)量和頻率的要求隨機(jī)抽取了31根進(jìn)行了樁長(zhǎng)和樁徑檢測(cè)，樁長(zhǎng)全部達(dá)到要求的巖土層，全樁長(zhǎng)范圍的樁徑均達(dá)到了設(shè)計(jì)2.0 m要求；超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)亦按照檢測(cè)數(shù)量和頻率的要求檢測(cè)了62根，樁長(zhǎng)全深度動(dòng)力觸探擊數(shù)經(jīng)修正后均不低于6擊，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

5 經(jīng)濟(jì)分析

以該工程為例，將孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁在西南地區(qū)處理地基與其他處理方案(柱錘強(qiáng)夯處理和碎石樁)進(jìn)行比較，柱錘強(qiáng)夯處理深度超過6 m效果不理想，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；單位面積孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁價(jià)格比碎石樁便宜，降低了工程造價(jià)，該方法處理深度深、綜合效果好、施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)周圍壞境影響相對(duì)較小，在民航機(jī)場(chǎng)處理地基又提供了一種方法。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合工程實(shí)例實(shí)踐證明，該孔內(nèi)深層強(qiáng)夯法樁處理地基具有強(qiáng)力的擠密、置換作用，樁體同時(shí)具備豎向排水通道，有利于地基土排水固結(jié)，所有的檢測(cè)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)處理單位面積的價(jià)格比碎石樁要便宜，降低了工程造價(jià)。綜合該方法處理深度深、綜合效果好、施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、對(duì)周圍壞境影響相對(duì)較小，造價(jià)相對(duì)較低，可以在類似工程中推廣使用。