振動沉管碎石樁在軟基加固中的應(yīng)用

許少雄

(中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361006)

0 前 言

在軟基加固中，振動沉管碎石樁是一種比較成熟的施工方法。該方法施工工藝簡單、造價較低、施工速度快。能對樁間土進(jìn)行有效加固，起到置換弱土的效果，更好地加速排水固結(jié)消除液化，提高承載力并減少施工后地基固結(jié)沉降，是目前軟基加固里較常用的一種處理方法。

1 作用原理

1)豎向排水通道。由于軟基中的軟黏土和淤泥含水量高、滲透性差、壓縮性高，其孔隙中含有大量的水分較難排出，可以選擇通過振動沉管碎石樁施工，為黏土和淤泥提供便捷的排水通道，進(jìn)而縮短排水距離，另一方面也能有效加快超孔隙水壓力的消散，從而加速地基土的固結(jié)。

2)振密作用。振動沉管時，樁管的振動在土體中傳播，引起土體周圍的振動，在振動作用下土體結(jié)構(gòu)被破壞，增大孔隙水壓力，重新排列土顆粒，進(jìn)而讓土體由較松散狀態(tài)變?yōu)檩^密實狀態(tài)。

3)置換作用。振動沉管碎石樁施工過程中，將樁管四周部分軟土擠出，置換為強度更高的碎石樁樁體，成樁以后就形成了樁與樁間土的復(fù)合地基，以此提高軟土地基性能。

2 工程概況

廈門第二東通道跨海橋梁預(yù)制場工程坐落在福建省廈門市翔安隧道翔安側(cè)風(fēng)塔北側(cè)，占地約10萬m2。主要建設(shè)內(nèi)容包括：墩臺預(yù)制場、陸域前期的地基處理與墩臺預(yù)制、存儲、出運區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筏板及其PHC樁基、進(jìn)場道路等。其中除預(yù)制、橫移、堆放臺座以外的其他區(qū)域采用φ500沉管碎石樁進(jìn)行地基加固處理，碎石樁總方量為7.43萬m3。

3 地質(zhì)水文情況

3.1 地質(zhì)條件

1)根據(jù)地質(zhì)勘察資料場地地層自上而下為：①雜填土：淺灰色，灰黃色，成分主要以石英砂為主，局部含貝殼屑等；②粉質(zhì)黏土：灰褐色，可塑，成分以黏性土為主，無搖振反應(yīng)，切面光滑；③淤泥：深灰色，流塑，成份以粉黏粒為主，無搖振反應(yīng)，切面光滑，夾少量貝殼屑；④淤泥質(zhì)黏土：灰黑色，軟塑-可塑，土質(zhì)較均勻，刀切面光滑，局部含少量砂及貝殼屑；⑤中砂：灰黑色，稍密，飽和，顆粒主要成份以石英、長石等為主；⑥礫砂：灰色，灰白色，中密，飽和，顆粒主要成份以石英、長石等為主，見貝殼碎屑；⑦強風(fēng)化巖脈(砂土狀)：灰黃色、灰白色。原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖質(zhì)軟，遇水易軟化，巖芯多呈砂土狀，手捏易碎。

2)地質(zhì)構(gòu)造及不良地質(zhì)現(xiàn)象：勘察過程中未發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造本場地和臨近處未發(fā)現(xiàn)有不良地質(zhì)現(xiàn)象存在。

3.2 水文情況

本地區(qū)降水主要集中在4～9月，占全年總降水量的76%。年平均降水量為1 188.4 mm。年最大降水量為1 998.8 mm(1990年)。年最小降水量為783.5 mm(1957年)。日最大降水量為39.7 mm(1973年4月23日)。

4 設(shè)計要求

4.1 碎石樁設(shè)計參數(shù)

1)振動沉管碎石樁處理范圍及單根長度(7～15 m)。

2)碎石樁直徑50 cm，樁位按照等邊三角形布置，樁中心距180 cm(處理區(qū)域表層回填砂土厚度超過6 m)，樁中心距160 cm(處理區(qū)域表層回填砂土厚度<6 m)。

3)振動沉管碎石樁施工到現(xiàn)有場地頂面，樁頂平均高程+5.00 m，碎石樁樁體穿透淤泥層和淤泥質(zhì)黏土，底面進(jìn)入承載力150 kPa的中砂或粉質(zhì)黏土持力層。

4)充盈系數(shù)K=1.25(中砂、粉質(zhì)黏土)～1.29(淤泥質(zhì)黏土、素填土)～1.32(淤泥)。

4.2 設(shè)計施工工藝參數(shù)

1)振沉鋼管外徑≥35 cm，樁管壁厚≥6 mm；沉管樁靴為帶活瓣樁尖，要求加工精細(xì)、啟閉靈活，變形小、剛度大、重復(fù)使用次數(shù)多；鋼管上部宜采用可拆卸管段組裝，沉管各節(jié)管段需要設(shè)置明顯的刻度標(biāo)志。

2)施工機具就位、沉管對中和管靴閉合后，控制振動力30～70 kN、防止過分?jǐn)_動土體，振動沉管至設(shè)計樁底高程，下沉過程中控制垂直度偏差≤1.5%。

3)填料為未風(fēng)化、質(zhì)地堅硬的潔凈碎石，碎石粒徑宜為20～50 mm，含泥量不超過5%。禁止采用單一級配，首次加料時向管內(nèi)一次性加滿碎石。

4)邊振動邊緩慢提升鋼管，拔管速度控制在1.0～1.5 m/min，每拔0.5 m高停拔振動20～30 s；或者每次提升1 m高度，留振時間30～60 s，將樁管壓下反插0.4～0.5 m深度后再拔。

5)按照試樁確定碎石填量、提升高度和速度、留振時間和擠壓次數(shù)以及反插深度、電機工作電流等參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行振動提管和反插；施工中可根據(jù)電流曲線和貫入曲線判斷土層變化，振密電流和留振時間等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)采用自動系統(tǒng)控制，出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)及時采取相應(yīng)措施。

5 施工工藝及施工質(zhì)量控制

5.1 沉管碎石樁施工工藝

1)先通過圖紙確定施工區(qū)域及坐標(biāo)控制點，按測量放線的軸線作為定位控制系統(tǒng)。按施工圖布設(shè)樁位，并用竹簽釘入土中作為標(biāo)記。

2)組裝調(diào)試施工機具，保證施工設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，調(diào)整機架的垂直度。

3)施工機具就位、沉管對中和管靴閉合后，調(diào)整垂直度≤1.5%，啟動振動電機，放松鋼纜，使其垂直徐徐沉管，沉入至設(shè)計樁底高程。

4)振沖填料：在沉管過程中，當(dāng)沉管到設(shè)計樁體深度時，用裝載機向管內(nèi)加灌碎石，為加快施工進(jìn)度，可在沉管過程中用料斗進(jìn)行空中加料。

5)拔管反插：當(dāng)管內(nèi)加灌滿碎石后，方可振動拔管，邊拔管邊反插加以密實樁體，反復(fù)加固作業(yè)至孔口，且其拔管速度≤1～1.5 m/min。

6)制樁結(jié)束：制樁加固至孔口時，再對地表面層較松散的樁體作反壓密實。

7)移位：樁管吊離地面，開啟移位卷揚機，移至下一樁點。

5.2 施工質(zhì)量控制

1)振動點位置的確定——依據(jù)設(shè)計布點圖用經(jīng)緯儀測量放出樁位，用涂紅竹簽作標(biāo)記。經(jīng)復(fù)檢驗收，振沖點偏差≤2 cm，成孔中心點偏差≤1/6孔徑，且≤15 cm。

2)成樁深度控制：在沉管導(dǎo)向架上按1、2……20 m用紅漆標(biāo)上標(biāo)記，用以核對樁管入土深度，記錄誤差≤10 cm。

3)成樁密實電流值：在控制電箱鍵盤上設(shè)有3只電流表，在開始前記錄空載電流值，成樁時記錄密實電流值。

4)分層分段高度：當(dāng)樁管下沉至設(shè)計底標(biāo)高后提升樁管作密實樁體施工，分層分段返壓密實，保證樁體的整體密實。

5)保證每根樁的施工質(zhì)量。若樁管下沉?xí)r遇到孤石，應(yīng)及時通知負(fù)責(zé)施工的工程師監(jiān)理并移位補樁。

7)樁基施工中應(yīng)遵循“按圖施工”和“邊觀察、邊分析”的方法，如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場地質(zhì)情況與設(shè)計不符或原設(shè)計的處理方法因故不能施工時，應(yīng)及時上報。

8)現(xiàn)場應(yīng)及時在樁位圖上描繪已施工的樁位，作好施工記錄，積累資料，隨時準(zhǔn)備項目部、監(jiān)理、業(yè)主的抽查。

5.3 試驗檢測

通過上述施工后，根據(jù)設(shè)計要求碎石樁成樁后30天后，采用重型動力觸探檢測樁身密實度與樁長，要求貫入量100 mm時，錘擊數(shù)應(yīng)>5擊，碎石樁體承載力特征值≥240 kPa。通過承載力檢測及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗，結(jié)果如表1～2所示，由此可見，在軟基加固中振動沉管碎石樁具有良好的處理效果。

表1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗

表2 復(fù)合地基承載力試驗

6 結(jié)束語

振動沉管碎石樁在軟基加固處理中的應(yīng)用，一方面可有效控制地基沉降，提高地基承載力；另一方面表現(xiàn)為投入設(shè)備簡單，有利于現(xiàn)場文明施工、造價適宜、能按時完成進(jìn)度、施工質(zhì)量便于控制的優(yōu)點。

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