振冲砂桩复合地基单桩最优桩间距的确定.pdf

J o u r n a l o fE n g in e e r in g G e o lo g y 工程地质学报 1 0 0 4 - 9 6 6 5 2 0 1 1 1 9 ( 4 ) 一 0 6 0 6 0 4 振冲砂桩复合地基单桩最优桩 间距的确定 王治军 王继华 何 军 李喜安 宋焱勋 宋继文 马 崇 王锦霞 李 亮 陈文军 贾丽娜 ， ( 西安长庆科技工程有 限责任公 司西安7 1 0 0 2 1 ) ( 河南省地质环境监测院郑州4 5 0 0 1 6 ) ( 长安大学地质工程与测绘学院西安7 1 0 0 5 4 ) ( 河北省地矿局第一地质大 队邯郸0 5 6 0 0 1 ) ( 国土资源部岩土工程开放研究实验室西安7 1 0 0 5 4 ) 摘要通过现场振冲砂桩施工及标贯试验， 围绕振冲砂桩复合地基砂桩的合理间距开展了试验研究。结果表明在本文各 种试验工况 中，1 4 m工况的桩问距 为振 冲砂桩施 工的最优 间距 。分析认为对 于振 冲砂桩施工 法而言 ， 当地层条件 、 振动力 、 振动频率及施工工艺一定时， 实际密实效果主要与桩间距有关。在与本文试验场地条件相似的场地进行振冲砂桩复合地基 施工时 ， 对 于桩径为 lm的砂桩 ， 其设计桩间距至少应控制在 1 6 m 以下。同时指 出， 由于振 冲砂桩的制桩成本较小 ， 因此在实 际施工中应尽量采用小间距以获得更好的挤密效果。本文得出的结论为沙漠地区振冲砂桩复合地基的设计和施工提供了重 要的参考依据。 关键词 毛乌素沙漠风积砂振冲砂桩桩间距 中图分类号 ： T U 7 5 3 文献标识码 ： A F皿 LD TES TS oN RATI oNAL S PACI NG BETW EEN VI BRoFLoTATI oN S AND I I LES WA N G Z h i j u n WA N G J ih u a H E J u n L I X i a n S O N G Y a n x u n S O N G J iw e n M A C h o n g WA N G J in X ia L I L i a n g C H E N We n j u n J I A L in a ( ( C o m p a n y l im i t e d o fC h a n g q in g S ci e n ce a n d T e ch n o l o g y ， X i a n 7 1 0 0 2 1 ) ( ( G e o E n v i r o n m e n t a l Mo n i t o r i n g I n s t i t u t e o f H e n a n P r i n ce ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 6 ) ( C o ll e g e ofG e o l o g y E n g in e e r in g a n d G e o m a t i cs ， C h a n g a n U n i v e r s it y ， X i a n 7 1 0 0 5 4 ) ( Geo lo g y T e a m o fE x p lo r a t i o n B u r e a u o fH e b e i P r o v i n ce ， H a n d a n 0 5 6 0 0 1 ) ( e n R e s e a r ch L a b o r a t o r y o f Geo t e ch n i ca l E n g in e e r i n g ， T h e Mi n t r y o fL a n d R e s o u r ce s ， a n 7 1 0 0 5 4 ) Ab s t r a ct Ba s e d o n t he f i e ld S P T， t h e Ra t i o n a l S pa ci n g b e t we e n Vib r o f l o t a t io n s a n d Pi le s in Ae o lia n S a n d o f t h e Mu Us De s e r t i s s t ud ie d in t h is p a p e r Th e r e s u lt s s h o w t h a t t h e s p a cin g o f 1 4m wa s t h e mo s t e f f e ct iv e pi le s p a c i n g I t is s u g g e s t s t h a t t h e co mp a ct io n e f f e ct s ma in l y d e p e n d o n t h e p il e s pa ci ng u n d e r t h e s a me co n d i t io n s o f s a nd la y e r s， v i b r a t io n f o r ce， v i b r a t io n e q u e ncy a s we l l a s t he co n s t r u cti o n t e ch no lo g y I n t h e ca s e o f t he t e s t s in t h is p a 收稿 日期：2 0 1 1 0 2 1 0；收到修改稿 日期： 2 0 1 1 0 6 1 0 基金项 目： 西安长庆科技工程有限责任公 司科技攻关项 目( 2 0 0 9 0 9 1 6 ) ， 国家 自然科学基金面上项 目( 4 0 7 7 2 1 8 2 ) ，长安大学中央高校基本 科研业务费专项资金项 目( C H D 2 0 1 0 J C ) 资助 第一作者简介 ： 王治军 ， 主要从事 岩土工程及工程应用方面的科研工作 E ma i l： d cli x a ch d d 1 9 ( 4 ) 王治军等： 振冲砂桩复合地基单桩最优桩间距的确定 p e r， wh e r e t h e d ia me t e r o f t h e t e s t e d s a n d pi le s is 1 m ， t h e pi le s p a cin g s h o u ld b e co n t r o lle d wit h in 1 6m Co n s id e r - in g t h e in e x p e n s iv e o f t he s a n d pi le c o n s t r u c t io n， t h e s ma ll pi le s p a cin g is r e co mme n d e d b a s e d o n t he a n a l y s is o f t h e t e s t s Ke y wo r d s Mu Us De s e r t ，Ae o lia n s a n d，Vi br o fl o t a t io n s a n d p ile，Ra t io n a l s pa cin g，Fo un d a t io n e n g in e e e in g 1 引 言 复合地基技术能够较好利用增强体和天然地基 二者共 同承担上部荷载的潜能而具有 比较经济实效 的优点 ， 因此在我国得到 了广泛应用 。而振 冲砂 桩复 合 地基 由 于具 有 工 期 短 、 造 价低 等 明显 优 势 ， 因此在毛乌素地区的风积砂地层 中的应用 越来越普遍。然而， 目前在毛乌素沙漠风积砂地层 中的振冲砂桩复合地基相关研究却显得非常薄弱 ， 随着振冲砂桩复合地基 目前在毛乌素沙漠地 区的广 泛应用 ， 现有理论在许 多方 面均 已跟不上实践 的发 展 。有关振冲砂桩复合地基的设计和施工大多只是 建立在有限的经验基础上 ， 因此理论上许 多方面还 需要不断加强探索 、 研究 、 发展和提高 。比如 ， 振 冲砂桩复合地基施工时桩间距便是一个十分重要 的 施工控制性指标 ， 而 目前专 门针对该区振冲砂桩法 施工时的桩间距方面的试验研究 十分缺乏 ， 针对这 一 现状 ， 本文在榆林地区开辟 了天然试验场 ， 通过现 场振冲砂桩施工及标贯试验 ， 围绕振冲砂桩复合地 基砂桩的合理间距 开展 了试验研究 ， 为该 区振 冲砂 桩复合地基的设计和施工提供了重要的参考依据。 2 试验条件 含有少量 的暗色矿 物及氧化 铁成份 。层厚 2 5 1 1 5 m。第细砂 ( Q 4 岬 ) ， 级配较好 ， 分选 中等 ， 夹 少量的粉土薄层 ， 最大揭露厚度 8 3 m。根据勘察结 果 ， 选择各层厚度较为稳定 、 岩性较为均一的工程场 地作为本次复合地基试验场地， 勘探孔布置平面图 及地层剖面图分别如 图 1 、 图 2所示。勘探 深度范 围内未见地下水 ， 由图 2也可 以看 出， 在 2 0 m深度 范 围内均为、层岩性 ，1 0 m深度范 围内多为 、 层岩性 。 图 1 勘探孔布置平面图 Fig 1 La y o u t ch a r t o f t h e e x p lo r a t o r y ho le s 2 1 试验场地条件 2 2 振， 中 施工主要参数及步骤 试验场地位于榆林市体育 中心工程场地 内， 该 工程场地位于榆林市开发区明珠大道西。场地地层 主要 由全新世风积砂类 土、 冲 、 洪积砂类土等组成 ， 可分为 6层 ， 第层为细砂 ( Q 2 ) ， 褐黄色 ， 松散 ， 稍 湿。主要以长石、 石英为主 ， 含云母及暗色矿物成 份， 风积成因， 粒度较均匀 ， 级配较好 ， 分选性差。层 厚 2 98 m。第 层为 细砂 ( Q ) ， 粒度 较均 匀， 砂 质较 纯 。层 厚 3 71 2 0 m。第 层 细 砂 ( Q ) ， 粒较均匀 ， 级配较好 ， 分选 中等。层厚 3 8 1 2 5 m。第层粉砂 ( Q 邮 。 ) ， 粒 较细， 分选性差。 层厚 2 4 6 6 m。第粉土( Q 。 ) ， 灰黄色 ， 密实 ， 湿 ， 土质较均粉粒为主 ， 具有砂感 ， 无层理， 无孔 隙， 振冲施工根据设计荷载的大小并参照场地砂层 强度的高低 、 试验设计桩长等条件 ， 并结合当地施工 经验及施工条件 ， 最终选用 当地最为普遍 的江苏省 江 阴振冲器厂生产的 Z C Q 4 5型振 冲器 ， 振冲器功率 为 4 5 k W。施工 主要 内容及步骤 主要包括 ：( 1 ) 清 理平整施工场地 ， 布置桩位 ， 开挖排水网系统 ；( 2 ) 机具就位 ；( 3 ) 将振冲器徐徐沉入直至达到设计深 度 ；( 4 ) 到达深度后将射水量减至最小 ， 留振至规定 密实电流时上提 0 5 m， 如此逐段振密直至孔 口， 最 后通过扫桩头将孔 口沉降部分填平并振密；( 5 ) 重 复以上步骤操作至完成施工。 J o u r n a l o fE n g in e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 1 1 图2 试验场地风积砂地层工程地质剖面图 Fig 2 Cr o s s s e ct io n o f t he Ae o lia n S a n d la y e r s of t h e t e s t fi e lds 表 l 不 同桩间距不 同深度挤密效果标贯试验成果一览表 T a b le 1 C o mp a ct io n e f f e ct s o f S P T o f v a r io u s p ile s p a cin g a n d d e p t h 2 O l5 1 4 l2 1 1 l1 2 6 1 7 1 6 1 4 1 3 I 2 3 5 2 5 2 4 2 2 1 9 1 9 4 0 3 5 3 5 3 3 3 3 33 5 5 5 2 5 0 4 2 4 1 4 O 7 8 5 7 5 6 5 0 4 9 49 5 0 48 4 6 4 5 4 2 41 3 振冲砂桩桩间距试验设计及施工 为探讨不 同桩间距振 冲密实效果 ， 达到选择最 优间距这一重要施工参数之 目的， 按规范 并结合 当地振冲法施工经验 ， 设计桩长 1 0 m， 桩 间距 1 4 2 2 m进行振冲施工， 通过标贯击数来反映不同桩间 距工况下不同深度密实效果。桩位及标贯试验点布 置如 图 3 。 成桩 1 5 d 后 ， 上部开挖 1 5 m 清理 出桩头并整 平， 再在不同桩间距 的桩 问土 中心位置进行标贯试 验 ， 根据不同间距在各种深度的标贯击数 ， 综合分析 并选取最合理的桩间距。 4 试验结果及讨论 标贯试验结果见表 1 ， 据此绘制 的各深度标贯 击数 随不 同