振动沉管碎石桩施工工艺

振动沉管碎石桩施工工艺 摘要 50 年代 振动沉管碎石桩作为一种地基处理 方法 首次在日本得到应用 到了 50 年代后期引入我国 本文主要介绍振动沉管碎石桩的加固机理 施工工艺 以 工程实例证明碎石桩的挤密及抗液化作用 关键词 碎石桩 加固机理 施工工艺 1 工程概况 青岛市滨海公路北段工程起于即墨市田横镇南 经温 泉拦海坝 鳌山卫镇 省道 212 劈石山 大崂 县道 003 松岭路 止于崂山区松岭路和香港东路交叉口 全线 长 64 010 公里 第一合同段起点桩号为 K16 400 终点桩 号为 K31 600 全长 15 2km 其中 K22 050 K29 840 该 段处于虾池位置 采用了碎石桩加固 2 加固机理 振动沉管碎石桩在砂性土和粘性土中的加固机理是不 同的 2 1 对松散砂土的加固机理 对砂性土地基采用振动沉 管碎石桩的主要目的包括提高地基土的承载力 减少变形 以及增强抗液化性 其中 增强抗液化性的作用主要包括 第一 砂基预震效应 由于碎石桩在成孔或成桩的过程中 受到振动锤的强烈振动 除了能够挤密填入料和地基土外 得到的强烈的预震还有利于增强砂土的抗液化能力 第二 挤密作用 由于在成桩过程中 桩管对周围砂层会产生较 大的横向挤压力 因此 不仅会减小桩管周围砂层的孔隙 比 还会增大砂层的密实度 第三 排水降压作用 采用 碎石桩加固砂土地基 由于在桩孔内填入的是碎石以及粗 砂等反滤性良好的粗颗粒材料 从而能够在地基中形成渗 透性良好的人工竖向排水降压通道 因此 不仅能够消散 和防止超孔隙水压力增大 还能避免砂土液化而加快了地 基的排水固结 2 2 对粘性土的加固机理 采用碎石桩对粘性土进行加 固主要包括提高地基承载力 减少地基沉降量 提高土体 抗剪强度以及增大土坡抗滑稳定性四方面 其作用主要有 以下几方面 第一 排水作用 由于采用碎石桩加固粘土 地基之所以能够起到排水砂井的作用 那是因为碎石桩能 够形成良好的排水通道 这样以来 不仅会缩短孔隙水的 水平渗透途径 还会加速软土的排水固结而使得沉降稳定 加固 第二 置换作用 对于粘性土地基 尤其是饱和软 土 由于其含有较多的粘粒且粘粒间具有较强的结合力 从而使得其地基渗透性较差 土中的水分在振动力或挤压 力的作用下不容易排出 因此 碎石桩的作用不是挤密而 是置换 第三 垫层作用 由于碎石桩不能够贯穿较厚的 软弱土层 从而使得加固的复合土层起到了垫层作用 因 此 在提高地基整体承载力的同时也能够减少沉降量 第 四 加筋作用 由于碎石桩能够贯穿厚度较小的软土层而 到达相对硬层 因此 桩体在荷载作用下能够有效降低软 土负担的压力 从而在提高地基整体承载力的同时也能够 降低沉降量 3 施工方法 3 1 施工机械 振动沉管成桩法的施工机械主要包括振 动机 料斗以及振动套管组成的振动打桩机 3 2 施工要点 施工时可采用振动成桩法 也可采用锤 击成桩法 后者还分为双管法和单管法 国内施工振动沉 管时还常用活瓣式桩靴和混凝土桩靴 依施工工艺顺序 振动沉管碎石桩的施工方法可选择以下几种 排孔法 由一端开始逐步施工到另一端 跳打法 同一排桩可隔 一根桩打一根桩 反复进行 围幕法 先打外圈桩 再 打内圈桩 从外到里依次向中心区推进 适用于油罐 水 塔等基础的圆形布桩施工 3 3 施工工艺 桩位测放 测量人员应当测量放出中 心线和边线控制桩 并且在保护控制桩的同时标示桩点里 程 用钢尺根据桩位平面布置图布桩 但是必须将误差控 制在 2cm 之内 机具定位 打桩机就位后合拢合瓣桩尖 桩管向下垂直且使桩尖对准桩位标记 向下垂移桩管使桩 尖入土 通过调整桩基搭架保持沉管和地面基本垂直 一 般控制在 1 5 以内 当沉管达到设计深度后开始进行碎 石灌注作业 按桩身理论方案量值与充盈系数计算灌入量 从加料口将碎石灌入桩管内 为了对每根桩的碎石充盈系 数进行严格控制 应当做好现场施工记录 此外 为了增 加桩的均匀性 避免出现先期大后期小的不良现象 桩 身拔管 当灌入碎石高度大于 1 3 管长时开始拔管 为了防 止超灌或少灌 应当设置专人负责碎石灌入工作 拔管前 先振动 5 10s 边振边拔 每拔 0 5 1 0m 停振 如此反复直 至全管拔出 一般将拔管速度控制在 0 8m min 且匀速 拔管成桩 灌料后原位振动 振动拔管 振动反插 振动 拔管 再次灌料以及第二次振动 此循环周期直到符合设 计桩顶标高算完成一根桩的施工作业 碎石灌入量计算 Q K L d2 4 式中 q 每根桩的填料量 L 桩长 m D 桩径 m K 充盈系数 一般为 1 15 1 50 视土性而定 4 质量检验 填料宜采用砾砂 粗砂 中砂 圆砾 角砾 卵石或 碎石等 其粒径一般小于 50mm 含泥量不得大于 5 质 量检验应在施工完工后间隔一定的时间进行 对饱和粘性 土一般在施工完 1 2 周后进行 对其它土可在施工完 3 5 天后进行 检验一般采用两种以上方法 如荷载试验 动力触探试验 静力触探试验 土工试验等 桩尖土质量 检测位置应在等边三角形或正方形中心 监测点不少于总 桩数的 2 且至少每个工程不少于 3 点 检测点一般应包 括桩 桩间土和复合地基 检测结果 如占检测总数 10 的桩未达到设计要求时 应采取加桩或其他措施 质量检验要求 5 容易出现的质量事故及防范处理 5 1 断桩或缩颈 在成桩的过程中 由于土壤的含水量 大于临界含水量 土壤在强力振动的作用下就会液化 通 常在拔管灌注碎石的过程中容易产生缩颈或断桩而影响工 程质量 土壤的含水量和施工工艺对断桩和缩颈都会产生 重要的影响 笔者认为对于含水量大于 40 的地基适合采 用旋喷桩 而不适合采用碎石桩 但是对于含水量较大且 不超过 40 的地基 在施工过程中为了避免断桩和缩颈的 发生 应当采取降低钻进速度和拔管速度 减小激振力以 及控制碎石投入量等措施 5 2 承载力不足 第一 由于不了解淤泥层深度 从而 形成软弱下卧层而导致承载力不足 第二 由于反插次数 不足以及碎石不充盈而影响承载力 第三 桩长不够 由 于选用机型不合理 误认为没有达到设计桩长的桩已经达 到硬上层或岩层 5 3 桩尖活瓣未能打开 由于没有打开桩尖活瓣而造成 桩长不够或灌石量不足 为了保证工程质量 可以采取更 换桩尖活瓣或对各种施工参数进行调整等措施 6 工程实例 某工程为砖混结构 建筑面积 6835m2 包括主体六层 和半地下室 筏板基础埋深为 2 5m 根据地质勘探资料显 示场地土为饱和粉土 严重液化 实测地基承载力特征值 和地基承载力设计值分别为 80kPa 和 130kPa 由于砂 粉 土层不能够作为天然地基持力层 从而必须对其进行消除 液化处理 在设计过程中采用碎石桩对地基进行处理 其 中 桩长为 8m 桩径为 377mm 桩顶标高为 2 8m 桩间 距为 1 5m 1 5m 且充盈系数不小于 1 3 根据静载测试数据绘制荷载 沉降曲线 依据 建筑地 基处理技术规范 按相对变形值确定每点复合地基承载力 特征值不大于试验最大加载压力的一半 评定复合地基承 载力特征值 f ak 131kPa 超过设计值 f 130kPa 满足设计 要求 测试结果见下表 7 小结 以上工程实例主要说明了经过振动沉管碎石桩对地基 的处理 使地基的地基承载力及抗液化能力有了较大的提 高 振动沉管碎石桩在我国已得到了广泛的应用 并取得 了较好的经济及技术效果 虽在不同的工程中其施工参数 不尽相同 但在施工中我们仍需严格控制碎石灌入量 电 流 提升速度