振动沉管挤密碎石桩施工技术.doc

振动沉管挤密碎石桩施工技术在公路施工中的应用孟世强（中铁十一局集团四公司 湖北省武汉市 430074）摘 要：振动沉管挤密碎石桩是一项可以使地基的承载力增加，增强软弱粘性土的整体稳定性的地基处理技术。以南昌市西外环高速公路桥（涵）背加固处理工程为例，详细介绍了振动沉管碎石桩原理，以及施工技术、质量检测、安全措施等施工方面的注意事项，可供类似工程提供借鉴。关键词：振动沉管碎石桩；填料量；提管速度；留振时间50 前言振动沉管挤密碎石桩简称碎石挤密桩，是一种软土地基的处理方法。加固砂土、粉土地基，可以使地基的承载力增加，沉降量减少，防止地震液化的发生，同时亦可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。南昌市西外环高速公路X6合同段为保证桥（涵）背填土质量，减少台后填土沉降造成的路面断裂、台后跳车等工程通病，对全线桥（涵）背采用碎石挤密桩进行加固处理。竣工后经监测，桥（涵）背路基稳定，无台后跳车。可见，碎石挤密桩能提高地基承载力，减少沉降量，防止地震液化的发生。此外，碎石挤密桩施工还可以改善施工条件，加快施工进度，降低工程造价，有着广泛的应用前景。1 振动沉管碎石桩原理碎石挤密桩是通过成桩过程中对周围砂土、粉土层的挤密、振密作用和靠碎石的压入获得加固效果，使砂土、粉土层的密实度增加；同时设置的碎石挤密桩增强体，本身又是一个良好的排水通道，它的存在不仅有利于砂土、粉土层中超孔隙水压力的消散，有效地增强土体的抗液化能力，而且在荷载的作用下，碎石挤密桩增强体又与砂土、粉土层共同承担荷载作用，即形成碎石挤密桩复合土层。碎石挤密桩加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基土承载力，减少变形和增强抗液化性。加固原理如下：（1） 挤密作用 在成桩过程中桩管对周围砂土、粉土层产生很大的横向挤压力，桩管体积的土挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙减小、密实度增大。 （2） 排水降压作用 碎石挤密桩加固砂土时，桩孔内充填反滤性好的粗颗粒料（碎石、砾石、卵石），在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，防止砂土、粉土产生液化，加快地基的排水固结。（3） 预振效应 碎石挤密桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振效果，对砂土、粉土增强抗液化能力是极为有利的。 振动沉管碎石挤密桩特点是作业规范化、程序化、标准化，施工简单，工艺流程清晰，操作者和管理者易于掌握。2 振动沉管挤密碎石桩施工技术南昌市西外环高速公路桥（涵）背回填为水泥土和砂性土。桥涵背碎石桩均采用300mm桩管，桩间距1.2m,梅花型布置每个桥（涵）背侧，施工3排。2.1 施工准备在碎石桩施工前首先平整场地，局部低洼处可填土或填碎石找平，再进行初压，采用静压压路机碾压，确保桩机走行平稳，其次进行材料准备、测量放线，实地标出打桩范围与桩位，然后才开始碎石桩施工。施工准备施工放样、确定桩位振动沉管打桩机就位检查桩位、桩距振动沉管、成孔检查竖直度、沉管边拔管、边振动、边加料、边成形检查桩位、桩距检查密实度打桩机移位碎石桩施工的机械设备是以振动沉管桩机为核心，其他设备与桩机的生产能力相匹配，并满足质量控制和检测的需要。架设电压为380三相电线,修理便道桩机进场。现场拟采用1台ZB60型液压履式振动沉管打桩机进行施工，2台东风151型自卸汽车供料，1台ZL-50型装载机配合人工上料。对进场的碎石按规范要求进行检验，要求碎石为自然级配，粒径2050mm,含泥量控制在10以下。对施工人员进行技术交底，明确各自的职责。施工劳动力安排：工班长1名，全面负责桩机施工；记录员1名，负责挤密碎石桩记录；安全员1名负责碎石桩施工安全；卷扬机司机2名操作卷扬机和桩机移位；投料员10名扶正碎石桩管及向管内投料；电工1名，接通电源和维修桩机。22施工工艺沉管碎石桩的施工顺序为：整平原地面振动沉管打桩机就位振动沉管成孔 边拔管、边振动、边加料、反插留振桩成形打桩机移位。具体施工为： （1）、桩机就位。根据桩机走行钢轨上标出的桩位标记，移动桩机，使桩机对准打桩线；启动0.5t卷扬机，按照下横梁上标出的桩位标记移动导向架，使桩管对准打桩点，并将卷扬机离合器刹紧；松动1t卷扬机离合器，人工合龙活瓣式桩尖，对准地面上标定的桩位。（2）、启动桩锤电机使桩锤振动，桩管沿桩位下沉。（3）、灌碎石。根据桩深和试桩时确定的充盈系数（充盈系数碎石填料体积/沉管体积，一般在1.3-1.5之间）制作进料斗，按规定的灌碎石量将碎石装入桩管内，如果桩管一次容纳不了应灌入的全部碎石，剩余的碎石待桩管提升下料振动挤密一段时间后，再补充装入。（4）、沉入过程中的振动挤密：第一次把桩管提升80-100CM，提升时桩尖自动打开，桩管内的碎石料流入孔内。（5）、降落桩管，振动挤压15-20s。（6）、其后，每次提升桩管50CM，挤压时间以桩管难以下沉时为宜。按上述方法往复升降压拔桩管，直至所灌的碎石将地基挤密。沉管碎石桩施工工艺框图（7）、完成该桩灌碎石量，桩管提至地面，进行下一根桩的施工。在以上各施工程序中，关键是施工中对水、电、料的控制，即上流程的下沉挤密过程和投料与提管过程。振动挤密过程是保证成桩质量的关键，必须通过实验确定振挤次数、电机的工作电流和留振时间等参数，每次投入碎石量及挤密后提升高度是保证成桩质量的前提，为保证质量，本着“少吃多餐”的原则进行加料，每次提升高度以套管桩尖不离开碎石面为宜，以防塌孔、缩径、断桩的发生，具体参数与地质条件有关，因此必须通过实验现场确定。23施工要点、正式施工前应进行成桩试验，试验桩一般为79根；、正式施工时，要严格按照设计的桩长、桩径、桩间距、碎石灌入量以及试验确定的桩管提升高度和速度、振密挤压次数和留振时间、电机的工作电流等施工参数进行施工，以确保碎石挤密桩桩身的均匀性和连续性；、施工顺序从四周边开始向中心进行，相邻两桩必须跳跃间打；、应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直，垂直偏角不应大于1.5%，成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm，桩径偏差控制在20mm以内，桩长偏差不大于100mm；、边振动边下沉，通常每下沉0.5m留振30s；、启动拔管，拔管前留振1min，以后边振动边拔管，拔管速度需均匀且每拔管1m留振1min；、碎石灌入量不应小于设计值的95%（碎石灌入量按每延米不少于0.09m3计算）。、提升和反插速度必须均匀，反插深度由深到浅，每根桩在保证桩长和碎石灌入量的前提下，总反插次数一般不得少于12次。 若地表水丰富或较软弱，可先铺一层碎石垫层，有利于排水，同时提高地基强度，便于机械和施工人员行走；振动成桩至地面时应向下复振1m，确保地表不产生缺碎石的凹桩。 3 质量检测（一）石料的质量控制。一是所有碎石都采用质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好、不易风化且级配良好的石料。二是碎石料含泥量10%，最大块径150mm。三是保证料场供应质量，每1000m3石料都要做一次上述各指标的抽样检测。（二）成孔时的质量控制。桩管应沿导向架，并始终保持同导杆平行，桩管发生偏斜须及时扶正，其垂直高度偏差不大于1.5%,成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm，桩径偏差不大于-20mm，桩长偏差不大于100mm。（三）成桩时的质量控制。桩底留振时间不少于20秒，留振电流不小于80安培。制桩加密段长度不大于50cm，提管速度不快于1.0-1.5米/分钟。反插次数每米不少于1次。反插留振从桩底开始，自下而上逐段进行，中间不得漏振。填料在加入时分批加入，不一次加料过量，严格防止断桩和缩颈桩的发生。4 沉管碎石桩的检测按照规范要求，检测试验应在碎石桩施工完成后，待桩体及桩间土超孔隙水压力基本消除后进行。（一）检测方法。对桩体的检测采用重型动力触探测试其密实度，每单元检测数量为该单元施工数量的2%，且不少于3根；桩间土的检验采用标准贯入法和原状土的相对紧密度试验法，检测点取单元桩体总数的3%，且不少于4点，桩间土质量检验位置设置在等边三角形的中心。碎石桩实测项目检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率桩距/mm150抽查2%桩径/mm不小于设计抽查2%桩长/m不小于设计查施工记录竖直度/%1.5查施工记录灌石量不小于设计查施工记录5 安全措施（一）确定安全生产目标，制定安全生产制度，落实安全生产责任制；（二）加强对施工人员的安全教育，树立安全第一的思想，文明施工；（三）开工前清除一切施工障碍，清理地表障碍，妥善处理地下管线及空中管线，不留隐患；（四）机具开工前需进行检测调试，确保安全可靠，施工中随时检查设备的完好率；（五）施工人员必须戴安全帽，统一指挥，协调作业；（六）加强用电管理，严格执行用电安全操作规程；（七）执行安全施工值班制度，认真进行工前检查、工中检查、工后检查。6 效益分析 （一）与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动冲孔碎石桩是冲孔之后，直接向土孔内投碎石；而振动沉管法为向沉管中投碎石，减少了冲孔器的提升距离和频率，大大提高了施工（二）检测标准。桩体检测：贯入量10厘米不小于7击判定为合格，单桩桩体要求合格率达到80%，该段工程质量等级以桩体合格率达到85%为合格，达到95%为优良。碎石桩实测项目见下图。（一）确定安全生产目标，制定安全生产制度，落实安全生产责任制；（二）加强对施工人员的安全教育，树立安全第一的思想，文明施工；（三）开工前清除一切施工障碍，清理地表障碍，妥善处理地下管线及空中管线，不留隐患；（四）机具开工前需进行检测调试，确保安全可靠，施工中随时检查设备的完好率；（五）施工人员必须戴安全帽，统一指挥，协调作业；（六）加强用电管理，严格执行用电安全操作规程；（七）执行安全施工值班制度，认真进行工前检查、工中检查、工后检查。6 效益分析 （一）与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动冲孔碎石桩是冲孔之后，直接向土孔内投碎石；而振动沉管法为向沉管中投碎石，减少了冲孔器的提升距离和频率，大大提高了施工进度，工序合理，提高工效30%。 （二）与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振劝沉管挤密法在沉管中完成碎石的投入，有效地防止了塌孔及断桩事故发生；且碎石在沉管中振实挤密，桩径得到了有效控制，垂直度有保障，施工过程更简便，施工质量也更加容易控制，节约材料费20%左右，劳动力10%左右，约降低成本25%。 （三）与排水固结法相比，加固期短，可以采用快速连续加载方法施工，对缩短工期十分有利，且易就地取材，经济效益明显。 （四）充分利用天然材料，无污染，社会效益显著。 7 结语振动沉管挤密碎石桩作为一项处理砂土、粉土地基处理技术，在道路施工过程中经常使用。本文以南昌市西外环高速公路X6合同段为背景，从施工原理、施工过程以及质量检测、效益分析等方面，详细介绍了该项技术的施工情况。实践证明，通过上述措施加固桥涵背填土，有效的减少了台后填土沉降，加速了台后填土固结，杜绝了