无填料振冲在大面积地基处理中的应用

无填料振冲在大面积地基处理中的应用与施工管理无填料振冲在大面积地基处理中的应用与施工管理 摘要 本文基于无填料振冲法加固机理 结合曹妃甸煤码头堆场二期工程吹填粉细砂的地 基处理工程实践 对无填料振冲法加固饱和吹填粉细砂地基的适宜性及加固效果进行了现 场实验研究 对振冲法施工时的留振时间 振冲点间距等问题进行了分析 结果表明无填 料振冲法加固饱和吹填粉细砂地基效果良好 为类似地基处理提供了参考依据 关键词 无填料振冲关键词 无填料振冲 大面积地基处理大面积地基处理 施工管理施工管理 THE APPLICATION AND THE RESEARCH OF VIBROSHOCK WITHOUT THE PADDING FLUSHES IN THE BIG AREA GROUND TREATMENT ABSTRACT This article based on inspires without the padding flushes the law reinforcement mechanism unifies the Caofeidian coal wharf dump site second phase to blow fills in the powder granulated sugar the ground treatment project practice to inspired without the padding flushes the law reinforcement to blow saturated fills in the powder granulated sugar ground the suitability and the reinforcement effect has conducted the scene experimental study to inspired flushes time the law construction to remain inspires the time to inspire flushes questions and so on spacing to carry on the analysis finally indicated that inspired without the padding flushes the law reinforcement to blow saturated fills in the powder granulated sugar ground effect to be good has provided the reference for the similar ground treatment KEY WORDS VIBROSHOCK WITHOUT THE PADDING FLUSHES THE BIG AREA GROUND TREATMENT CONSTRUCTION MANAGEMENT 1引言 引言 振动水冲法加固砂土类地基 形成和始于 1937 年的德国 70 年代 中期进入我国 该法简称振冲法 它是利用振冲器的强烈振动和压 力水冲贯入到土层深度 使松砂地基加密 或在软土层中填入碎石 等无凝聚性粗粒料 形成强度大于周围土的桩柱并和原地基土组成 复合地基 以提高地基整体强度的加固技术 具有工艺简单 经济 实用 效果显著等优点 因而在世界各地得到了广泛应用 目前 振冲法加固砂土类地基主要有无填料加固和填料加固两种方法 对 于无填料加固 一般认为仅适用于处理粘粒含量小于 10 的中粗砂 等粗颗粒土 对于粉细砂地基 相关规范中明确规定不宜采用或不 能采用 而对于加填料的振冲法虽然在工程当中较普遍采用 但由 于需填料量大 工程质量不易控制和检验 且能否有效解决场地的 不均匀沉降问题目前还存在较大争议 鉴于无填料振冲法可以有效 的解决上述问题 且具有施工简便 工期短 造价低等优点 因此 研究和总结无填料振冲法对于粉细砂地基加固的适宜性和有关工艺 参数就具有十分重要的理论和现实意义 2无填料振冲加固机理无填料振冲加固机理 砂类土振冲加密 简单地说就是利用松砂在振动荷载作用下 颗 粒重新排列 体积缩小 变成密砂的特性 在动荷载作用下砂土抗剪强度为 tg 式中 砂土所受的正应力 砂土所在位置的超静孔隙水压力 砂土的内摩擦角 当振冲器在加固砂土时 不断增长 使 趋近 此 时导致砂土抗剪强度为零 砂土结构遭到破坏 出现砂土液化现象 砂土液化以后 在上负荷重力和振动作用下 砂土颗粒又重新排列 使砂土孔隙比减少 相对密度增加 承载力提高 振冲过程使砂基受到以下 3 种加密作用 a 振挤作用是振冲器的水平振动力通过土的骨架传递将周围土 挤压密实 b 振浮作用是通过振冲器振动使周围土体内超孔隙水压力升高 促进土粒间结构力破坏再形成稳定的结构形式 c 固结作用是在砂土上覆有效应力作用下 超孔隙水压力消散 时产生排水固结压密 3工程概况及施工工艺工程概况及施工工艺 3 1工程概况工程概况 唐山港曹妃甸港区煤码头 二期 工程堆场位于唐山港曹妃甸 港区一港池的西岸线 煤码头起步工程的北侧 堆场由海砂吹填造 地形成 局部区域含厚度不均的粉质粘土层 且场地砂土层普遍存 在液化 施工现场场地标高约 5 5 5m 地基处理深度从现有地面 至底标高 15m 检测结合强夯施工进行 强夯结束后间隔 14 天以上 进行检测 施工目标 消除地基处理深度范围内土层的液化问题 轨 道梁区表层复合地基承载力不低于 200kPa 堆场区表层复合地基承 载力不低于 150kPa 3 2主要设备主要设备 50t 履带吊 250kW 发电机 75KW 振冲器及操作平台 IS80 50 250 型离心式水泵 50t 履带吊 履带吊 75KW 振冲器 振冲器 250kW 发电机发电机 IS80 50 250 型离心式水泵及操作平台型离心式水泵及操作平台 3 3施工工艺施工工艺 3 3 1 概述 采用 75KW 振冲器对场地进行无填料振冲处理 双点共振的 振冲方式 等边三角形布置 堆场砂区 振点间距 2 5m 轨道 区振点间距 2 2m 堆场夹泥区振点间距 2 2m 处理深度范围地 表至标高 15m 处 3 3 2 工艺流程 3 3 3 施工方法 A 施工准备 a 采用推土机进行场地整平 并由测量测绘出整平地面标高 平整场地测量放线 组装设备 接通水电 验桩振冲施工施工自检检测验收 确定振冲深度 b 按要求准备相应功率及型号的振冲器和配套机具 设备 c 清理场地 接通电源 水源 d 施工前应对振冲施工机具进行试运行 B 测量放点 用 GPS 将振冲边界点放出 并用长竹竿系彩色丝带标记 分区进行振冲 振冲宽度最大为 42 7 米 所以只在长度方向的 边界线每 50 米施放一个桩位点 由施工队伍采用 50 米钢卷尺 施放每个桩位点 并用短竹竿标记 C 施工试桩 为了能够满足设计和规范要求 根据现场的实际条件 选定合 理的施工工艺参数 首先在堆场区进行了振冲实验施工 1 振冲点布置 点距排距 根据设计振冲范围及密布效果的要求 振冲点按等边三角形布 置成梅花形 振冲点间距分别为 2 2m 2 5m 2 留振时间 对准桩位后 将振冲器迅速贯入砂层 直达设计深度 下振速 度约 4m min 振冲器抵达设计深度后停止进尺 留振约 60s 然后 上提 50 cm 继续留振 10s 周而复始 直至振冲器提出孔口为止 经过试验 三种间距的点位布置振冲处理后 经标贯检测均满 足设计要求 而 2 2m 的布孔方式工效较优 综合考虑后 决定 堆场砂区 振点间距 2 5m 轨道区振点间距 2 2m 堆场夹泥区 振点间距 2 2m 处理深度范围地表至标高 15m 处 D 振冲施工 振冲施工的参数 a 采用 75KW 振冲器 采用双点共振法施工 b 振冲间距 砂区轨道梁区 2 2m 堆场区 2 5m 夹泥区间 距 2 2m c 振冲点布置 等边三角形 d 下沉和上提速度 4m min e 水压 上部 2m 成孔时为 0 3MPa 2m 以下水压为 0 2MPa f 提升间距 每段提升高度 0 5m g 成桩 a 慢速振冲下沉至桩底 留振 60 秒 b 慢速振冲上拔至孔口处 留振 120 秒 c 慢速振冲下沉至桩底以上 0 5m 处 留振 30 秒 d 慢速振冲上拔 0 5 米 留振 10 秒 e 依此类推 每段上拔 0 5 米 每段留振 10 秒 f 直至孔口处 再留振 60 秒 g 再次振冲至桩底以上 1 0 米 留振 20 秒 h 慢速振冲上拔 0 5 米 留振 10 秒 i 以此类推至孔口 每段上拔 0 5 米 留振 10 秒 j 成桩结束 关闭水泵及振冲器 移至下一根桩 k 桩位偏差 200mm 孔深偏差小于 200mm E 供电设计 用 1 台 250kW 发电机专门给振冲器 水泵 照明系统供电 该 台发电机在 100m 范围内输送电力 F 供水设计 水源供应因地制宜 采用 YQ25 型潜水泵置于取近海海域 并在 堆场布置好取排水沟 从取水沟抽取海水到现场水箱 供 IS80 50 250 型离心式水泵抽吸作振冲之用 振冲完场地时排 污水 将污水用泥浆水泵抽到排污沟 污水经过沉淀后流回取 水沟 这样就形成了循环用水 既降低了成本 也使场地的水 时排水 避免了振场后场地的二次液化 G 最佳振冲操作程序 移机使振冲器对准振点 启动水泵开始射水 启动振冲器 以大约每分钟小于 4m 的下沉速度贯入砂层 直达设计处理深度 按照上述振冲留振时间进行振冲施工 一点振冲完毕 关机停水 移动振冲器对准新点 重复以上程序 周而复始 H 检测验收 a 检测在振冲施工结束后 14 天之后进行 b 对地基处理区域采用标准贯入法进行检验 检验密度轨道 梁区域可取 2000 平方米一个测点 堆场区可取 3000 平方米 一个点 具体可根据地基均匀程度适当调整 检验点应具有 代表性 并选在振冲点围成的区域形心处及振冲点的中心处 c 检测点高程范围为 3m 15 0m 高程采用当地理论最低潮 面为基准 d 标准贯入实验间距为 1m 在柱状图中给出 N 值的详细标 高 e 要求消除处理深度范围内土层的液化问题 并对复合地基 承载力进行估算 标准贯入检测图标准贯入检测图 3 4技术控制要点及质量控制标准技术控制要点及质量控制标准 施工过程中质量控制要素主要有 桩位偏差 施工深度 留振 时间的控制 3 4 1 桩位偏差控制 造孔过程中发生孔位偏移原因及纠正方法如下 1 由于土质不均匀 造孔时易向土质软的一侧偏移 纠正方法 可使振冲器向硬土一侧对桩位并开始造孔 偏移量多少在现场施工 中确定 2 振冲器导管上端横拉杆拉绳拉力方向或松紧程度不合适造成 振冲器偏移 纠正方法调整拉绳方向和松紧度 3 当制桩结束发现桩位偏移超过规范或设计要求时 应找准桩 位重新造孔至偏移处 加密成桩 3 4 2 孔深控制 1 在振冲器和导管安装完后 应用钢尺丈量并在振冲器和导管 标出长度标记 一般 0 5m 为一段 使操作人员据此控制振冲器入土 深度 2 应了解地面高程变化情况 依据地面高程确定应造孔的深度 3 施工中当地面出现下沉或淤积抬高时 振冲器入土深度也要 做相应的调整 以确保成桩长度 3 4 3 留振时间控制 留振时间控制时应注意下列事项 为保证留振时间准确性 在振动条件下设定留振时间可能发 生变化 应及时检查 施工中应确保留振时间 应定期检查电气设备 不合格 老化 失灵的原器件应及时 更换 3 5劳动组织及施工质量管理劳动组织及施工质量管理 3 5 1 劳动组织 机组 为保证完成上述最佳操作程序 每个机组配三个班组 一个班组配备 5 个人员班长 1 人 负责统一指挥 司机 1 人 负责操作履带吊机 振冲器操作工 1 人 负责启闭振冲器兼做 施工记录 其他 2 人 负责水泵供水管系 电缆管理 项目部 建立由项目经理 项目技术负责 总工程师 工程 部 质监部及队长 质检员 抽查人员 巡查人员 巡视人员 现场记录人员的质量保证体系 设置质量控制点 控制每个施 工单位 工序的工程质量 定期开展质量统计分析 掌握工程 质量动态 施工过程中 施工队的质检员必须对工程部 质监 部负责 工程部 质监部部必须对项目技术负责人 总工程师 及项目经理负责 层层落实 贯彻到底 3 5 2 施工质量量管理 3 5 2 1 施工管理重点难点 A 场地面积大 B 施工机械多 C 成桩时间较长 成桩过程中留振时间难于掌握 D 振冲过程中 因为土体塌陷 难于对桩 3 5 2 2 针对重点难点项目部采取的措施 A 项目部成立无填料振冲领导小组 组 长 任延寿 副组长 张力华 组 员 雷作民 赵耀臣 靳宝年 张禹 陈晓明 梁博 李 涛 蒋峰 王鹤庭 B 制定巡查巡视抽查制度 为保证施工质量 现场安排了三批人对现场进行质量管理 分 别为抽查人员 巡查人员 巡视人员 三批人岗位不同 分工不同 但是又相互联系 相互牵制 并且安排专人对机组进行记录 现场 质量完全属于可控状态 C 制定无填料振冲的奖惩措施 项目部制定了较完善的无填料振冲奖惩办法 对没有按照设计 参数施工的机组进行重罚 对施工过程中严格按照设计参数施工的 机组进行重奖 通过该办法的实施 机组施工人员积极性提高 并 且质量意识也有了极大的加强 4施工中常见问题的探讨及体会施工中常见问题的探讨及体会 4 1 施工中遇见的问题及应对措施 1 振冲器造孔过程中 振冲器下沉速度较正常情况下明显降低 造成原因可能是上 部在回填过程中经车辆碾压后形成相对密实层 下沉阻力较大 施 工中 可适当加大水压 振冲器在相对密实层上部稍做停留 振冲器造孔电流过大 造成原因可能是振冲器贯入速度太快 振动力过大 孔壁土石坍塌 使振动力在短时间内无法传递出去 在施工过程中可适当减慢振冲器下沉速度或减少振动力 振冲器造孔时造成卡锤现象 也称 抱锤 造成这种状况 的原因有施工过程中供电突然中断短时无法恢复 施工机械发生故 障 土层相对密实而振冲器下沉速度过快 故在施工中应经常检修 设备 保证设备的正常运转 在发生 抱锤 现象后 可利用高压 水枪从锤边自上而下插入土中直至锤头处 当锤顶周围有水溢出时 启动振冲器缓缓上拔即可 堆场出现抱桩 抱锤 堆场出现抱桩 抱锤 根据设计要求振冲最大深度为 21 米 但在具体施工过程中发现部 分区域振冲器无法下沉至 21 米处 普遍下沉深度在 16 米左右 经 过分析造成这一状况的原因可能是回填料为吹填粉细砂 回填过程 中 砂的含水量比较少 不能形成饱和状态 影响砂的液化 且部 分回填砂的含泥量超出了设计要求 设计含泥量小于 10 粘性 较高容易形成块体 致使振冲器下沉阻力加大在达到一定深度后靠 其自重和水压力无法继续下沉至设计深度 通过后期补振发现地下 水位回升后可有效解决这一问题 可见在施工前应设法增加回填砂 的含水率以达到更好的振冲效果 若条件不允许或增加回填砂的含 水率较困难则可采用分层回填后分层振冲也可达到设计要求 堆场振冲效果图堆场振冲效果图 2 振冲器加密过程中 振冲器上提时造成卡锤现象 造成原因可能是留振时间过长 或孔壁突然坍塌造成振冲力瞬时聚集无法向四周传出 解决措施同 上 振冲后上部 2 5m 范围内加密质量欠缺 这是振冲施工普遍存 在的原因 因为振冲器上提至顶面时留下约 1 0 1 5m 孔洞 可采用 顶部二次振冲 使其上部振冲加密质量欠缺段减至最底限度或采用 顶层夯实 分层碾压处理 振冲密实后标贯检测结果发现击数在某些部位略低于设计要求 这可能是留振时间未达到设计时间或该部位地质状况相对较差在设 计的留振时间内达不到密实要求 施工中应严格控制施工参数 在 薄弱位置增加留振时间 尽量避免返工或补振 因为在一次施工后 密实度有较大提高 再次振冲难度加大 而且施工中振冲器周围容 易发生返水现象造成孔洞形成薄弱点 若在不得以的情况下返工或 补振 则需要注意注入水量和水压避免返水现象 条件允许的情况 下可适当向振冲器周围填料 这些均可消除成孔现象减少薄弱点 4 2 施工中的体会 1 振冲器 水泵 升降移动机具的选择 合适与否关系到施 工