碎石桩处理软土地基施工技术分析.doc

碎石桩处理软土地基施工技术分析摘 要：在公路施工中经常遇到软土地基处理，碎石桩在处理软土地基施工中得到广泛运用，该文通过施工实例介绍振管碎石桩施工的原理及施工方法。关键词： 碎石桩 处理 软土地基1.加固机理在我国的很多地区广泛分布着软弱土层。软土地基的特点是含水量大、压缩性高、抗剪强度低、透水性差。处理方法有排水疏干法和置换法。粒料桩对地基土既具有置换作用，又兼有排水固结作用。粒料桩是用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石、砂砾、砂等散粒材料挤压入土孔中，形成的大直径密实桩体。粒料桩施工分为湿法施工（振冲法）及干法施工（沉管法）。粒料桩和周围土体组成复合地基，共同承担荷载作用，复合地基中，粒料桩主要有三种作用：桩柱作用、垫层作用和竖向排水作用。1.1 桩柱(应力集中)作用粒料桩的压缩模量明显地比其周围的软粘土大，因而地基中的应力随着地基的变形逐渐集中到桩体上，土负担的应力相应减少，从而减少了固结沉降。这就是应力集中作用。1.2 垫层（应力扩散）作用粒料桩依靠周围土体的侧限阻力保持形状并承受荷重，承重时，桩体产生侧向变形。因此，附加应力不但自上而下地传递，同时也通过桩体的侧向压力传递给周围土体，。粒料桩和周围土体一起组成一个刚度较大的人工垫层，使附加应力向四周扩散，减少了不均匀沉降，这就是应力扩散作用。1.3 竖向排水体作用如果在选用碎石桩和砂桩材料时考虑级配，所制成的粒料桩在粘土地基中形成一个良好的排水通道，它能起到排水砂井的效果，大大缩短了孔隙水的平均渗透路径，加速软土的固结。因此，散粒的桩料不应使用单一尺寸的粒料。2、适用条件在软粘土地基中，粒料桩与周围粘土共同组成复合地基，而地基中应力按材料变形模量进行重新分配，因此大部分荷载将由粒料桩所承担。粒料桩承受荷载后产生径向变形，并引起周围粘性土产生被动抗力。如果软粘土的强度过低，不能使粒料桩得到所需的软粘土的径向支持力，那么就达不到加固的目的。因此，天然地基抗剪强度的大小是形成复合地基的一个关键因素。故粒料桩适用于不排水抗剪强度不小于20KPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土地基。3、施工工艺现以我处施工的京珠国道主干线新乡至郑州段高速公路工程项目为例说明。3.1 工程概况京珠国道主干线新乡至郑州段高速公路工程地处黄河冲洪积平原,沿线分布着广泛的稻田区，上部浅层地基土皆为第四系全新统黄河冲洪积层及新近沉积土，以低液限粘土为主，呈互层状结构，工程性质较差。地基土容许承载力在90110KPa范围内。地基土多为饱和粉细砂及中细砂，易液化；上部土层以低液限粘土、低液限粉土及粉细砂为主，粘性土一般为软塑流塑状，粉细砂为松散中密状，局部夹淤泥质土，含有机质，其含水量高、强度低，压缩性高，为软弱土，易使路基产生过大变形及沉降，软弱土层厚度为3.016.0m之间。3.2 处治设计方案针对管段内工程地质条件，液化土层和软弱土层都较厚、较深，地下水位较浅，路基填土高度等具体情况，对于软土深厚的高填方路段或施工期间不稳定及桥（涵）头过渡段均采用沉管碎石桩进行处治，桩长为8.010.0m长，桩径为50cm，间距1.41.8m，按正方形进行布置。本合同段共有碎石桩4.5万余根，计39.2万延米。3.3 材料要求填料采用2.05.0cm级配的未风化碎石，要求含泥量不大于5%。3.4 机具设备采用KS-45型振动沉管打桩机，沉管为812m的无缝钢管，管径50cm，桩尖为四瓣活瓣叶，管壁厚15mm，上部有加料口；振动锤（激振力为45KN）；50KN卷扬机1台；装碎石料斗；另配小翻斗车等机具。3.5 施工工艺碎石桩的施工一般采用“由里向外”顺序，因“由外向里”的施工常常是外围的桩都加固好后，再施工里面时就很难再进行挤振；在地基强度较低的较粘土中也可采用“间隔跳打”的施工顺序以减少对地基土的扰动。施工程序为：清理平整场地 测量定位 桩机就位 沉管沉入设计深度 加料 拔管 桩管反插下压 拔管 移至下一桩位继续施工。3.5.1 施工前，先进行场地整平，清除障碍物，场地低洼处用粘土回填夯实，不得用杂填土回填；若地表强度很低，可铺上一定厚度的垫层，以利施工机械行走。3.5.2 通过现场试验确定主要技术参数沉管电流值 （ 正常/硬土） 4560A密实电流值 6070A沉管提升速度 1.2m/min反插次数 812次留振时间 2030s填料量 0.245m3/m3.5.3 测量定位 对整平后的地面进行高程测量，按设计图用小桩标出碎石桩的现场位置，桩位偏差不大于2cm。桩设计直径50cm，桩间距采用1.4m、1.6m和1.8m，桩与桩之间按正方形布置。3.5.4 沉管打桩机就位 启动卷扬机、电机，使振动锤与沉管以12m/min的速度在土层中徐徐下沉，直至达到设计沉管深度。3.5.5 填料振冲 采用逐步拔管法。往沉入土层的沉管填满碎石后，启动振锤，先拔管0.5m左右，留振3040s，然后每拔1m，停拔振动2030s，下插0.6m，并由密实电流控制桩体密实情况，如未达到规定密实电流时，应提起振冲器，继续加料振冲，直至该处密实电流达到规定值为止。重复进行至桩顶部再留振3040s，拔管速度一般控制在11.5m/min。3.5.6 关机，移位至下一桩位。3.5.7 表层处治 桩施工完后，推除桩顶部约0.5m范围内挤出的松软淤泥层和不够密实的桩体，并做出2%3%的横坡，碾压好，以利排水；然后摊铺30cm厚碎石垫层，以作为地基中孔隙水排出的通道；碎石垫层上铺一层土工布，土工布强度最大方向应与路线方向垂直，接缝搭接采用移动式缝合机对面缝接，接缝宽度不小于30cm。碎石垫层用碎石采用粒径25cm级配的未风化碎石，含泥量小于5%；土工布采用经纬同强的编织型土工布，抗拉强度大于30KN/m，对应的应变小于10%，CBR顶破强度大于4500N。4、施工质量控制沉管碎石桩施工时，应严格控制填料量，提升速度和高度、挤压次数和时间、电机的工作电流等，以保证挤密均匀和桩身的连续性。4.1 桩管拔起时速度不能过快，要根据试验确定，通常为11.5m/min。4.2 填料量 可以反映出每根桩体用料的情况，施工前必须试桩，从试桩资料中可以得出每根桩平均的填料量，用这个值作为施工时的控制标准。4.3 密实电流 反映桩体和地基加固的密实情况，因此检验密实电流就可以基本上了解地基的加固效果。密实电流的规定值应根据现场制桩试验定出。4.4 留振时间 留振时间的大小，视土质而定，颗粒细，留振时间可长一些，一般在2030s。填料量、密实电流和留振时间是相互联系和制约的，只有在一定的填料量情况下，才可能保证达到一定的密实电流，而这时也必须要有一定的留振时间，才能使填料挤紧振密。5、施工质量检验桩基检验采用动力触探试验、面波和静载荷载试验相结合的综合检测方案，检测时间为施工完28天。5.1 桩身质量检测 采用型重力触探试验判断桩身质量，检测位置在距桩中心10cm处，检查频率为总桩数的5%。动力触探以打入土中一定距离所需的锤击数来表示土的阻抗，试验采用63.5Kg的穿心锤、42mm直径钻杆记录每10cm入土深度的击数。5.2 瑞利波检测 瑞利波检测仪器选用E2404型综合工程检测仪，震源选用63.5Kg重锤锤击激发，4.5HZ低频检波器接收信号，以评价地基处治的均匀性，判断地基土液化特性；按网格状布置测线，横向间距50m，纵向2条间距40m平行测线。5.3 静