碎石桩加固软土地基.doc

振动沉管碎石桩加固软弱地基方法及应用 摘 要 介绍了用碎石桩加固饱和软粘土地基的作用机理和施工方法，研究了碎石桩复合地基中单桩和桩间土的检测内容和检测方法，并用工程实例实测碎石桩和桩间土的检测数据与原状土的对比，表明振动沉管碎石桩加固地基中的淤泥土层是可行的。关键词 碎石桩；软弱地基；安全加固中图分类呈号 文献标识码 A 文章编号APPLICATION AND METHOD OF THE VIBRATION SINK MACADAM PILE TO REINFORCE THE WEAK FOUNDATION Abstract The mechanism and construction method of the macadam pile is introduced for reinforcing saturation softly gluing soil foundation. And examination contents and examining the method is researched for the composite foundation of the macadam pile inside single pile and pile soil. Examination data of the macadam pile, pile soil and original shape soil is compared through the engineering example. And it is feasible to reinforce soft soil foundation by the vibration sink macadam pile.Keywords macadam pile; weak foundation; safety reinforce碎石桩作为一种软基处理方法，最早出现于1835年，主要用于加固港口、道路、建筑等软粘土、砂土地基，因设备简单、施工方便，经济、快捷等优点，在我国得到了广泛应用，并取得良好效果。但是，由于碎石桩加固技术应用的时间比较短，加固设计还处于半理论半经验状态。2002年国内建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）中规定碎石桩“适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。”对于处理“饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性”。珠江三角洲地区饱和软粘土层普遍存在且较深厚，已有多个工程应用振冲碎石桩法加固饱和软粘土地基取得成功，效果较好。但振冲法施工有其局限性，因此，碎石桩由振冲法施工发展并过渡到振动沉管法施工，从大直径、高置换率的振冲碎石桩加1 碎石桩加固机理碎石桩对不同性质的地基土和不同的施工方法其作用机理有很大的差异。在南方地区软基土绝大多数为饱和粘性土，包括淤泥、淤泥质土、淤泥质亚粘土等，具有厚度大、含水量高、孔隙比大、强度低、灵敏度高、渗透性低等特点，土体结构有蜂窝状或絮状结构：当土颗粒间分子引力大于下沉土粒的重力，土粒不再下沉而形成蜂窝状；当细土粒分散在水中，形成胶体溶液，发生布朗运动，土粒间不相互碰撞，此时土粒间分子吸引力强但渗透系数很小，土体呈絮状结构。碎石桩施工时，振动沉管的强烈振动使土粒间的平衡发生破坏，孔隙水压力升高，饱和粘土强度降低，待孔隙水压力消散后，重新形成稳定的平衡体系，土的强度得以恢复并提高。碎石桩在造孔和成桩过程中，饱和土体在振动沉管产生的激振力作用下原有平衡破坏，孔隙水压力升高，密实的碎石桩体替代了与桩同体积的软弱饱和软粘土，因碎石桩的强度和抗变形的能力均优于原状土，所形成的复合地基的承载力比原来天然地基土高，沉降量比原天然地基土小，从而提高了地基的整体稳定性和抗破坏能力。同时，碎石桩体成为饱和粘土孔隙水的良好排水通道，缩短了排水距离，孔隙水压力得到有效缓解，加速土层排水固结，增强粘土强度，减少由剪切变形引起的沉降。碎石桩加固饱和软粘土地基起到置换和排水固结的作用，实质是把天然地基变成由密实的碎石桩和桩间土组成共同工作的复合地基。 在深厚的饱和软粘土中，碎石桩形成悬浮体，与桩间土共同组成厚垫层基础，起到分散上部荷载的作用，从而达到提高地基承载力的目的。以下结合实例介绍振动沉管碎石桩的加固原理、施工工艺及成功经验。2 振动沉管碎石桩的施工主要控制参数及施工方法2.1 施工主要控制参数珠江三角洲软土层多数为淤泥质土，天然含水量高，普遍高于50%，天然孔隙比1.02.0。这种饱和软土地基若使用规范规定的振冲碎石桩进行施工，会因振冲扰动土层而难于成桩，且因振冲作用导致投入碎石量较大，往往造成实质上的基础整体换层，由碎石料大规模置换原状土而成为碎石地基，对地基土层拢动较大，工程造价高昂。为避免出现这种情况，采用振动沉管法施工，利用沉管和地基土共同约束强制成桩，既能提高地基承载力又可降低工程造价。碎石桩成桩的碎石粒径采用24cm，最大粒径控制在6cm，含泥量小于5%，同时要求碎石有一定的级配。振动沉管碎石桩设计桩径一般为0.30.6m，最大桩长根据有效桩长原理进行计算一般为10m左右，碎石桩的施工采用桩管顶端装设振动器振动沉管，为保证既能沉管又尽可能减小对粘土的扰动，对不同基础地质，采取分段现场试验确定各段适用的振动器，根据现场试验选用30-90kW的振动器。2.2 沉管施工方法按设计桩长沉入钢质桩管，开动桩机和振动器慢速边振动边下沉桩管到设计深度，当电流值出现突变30A以上时，表明基础土质发生变化，此时留振810s。按设计计算的碎石量由料斗往桩管内加碎石料，以1m/min的速度边振动边提升沉管，且每提升1米，反插0.5米，再留振58s，使碎石振动密实成桩。这样自下而上逐段施工，施工过程中，详细记录各段碎石用量、振动电流、留振时间等参数。要求每一段、每一根桩的碎石用量均大于或等于设计值。3 碎石桩的质量检测3软土地基加固后的复合地基承载力、变形特性与加固方法和施工质量关系密切，因此施工过程中和施工后的质量检测对工程建设的成败至关重要。用振动沉管法形成的碎石桩复合地基的质量检测主要包括以下内容。3.1 碎石桩长检测 碎石桩的桩长关系到地基处理深度和复合地基承载力，施工期桩长检测是工程质量控制的关键。采用重型动力触探现场试验连续贯入法，检测桩体长度，以锥头贯入时遇土后的深度即为桩底深度。3.2 碎石桩桩径检测桩径大小与复合地基置换率、复合地基承载力和抗剪强度关系密切，因此桩径控制极为重要。碎石桩桩径检测重点采用施工过程中反插工艺和填料量控制的方法，同时结合完工后部分开挖直接量测的方法来检测桩径。3.3 碎石桩含泥量检测桩体内含泥量对碎石桩单桩和碎石桩复合地基的抗剪强度影响很大，要求桩体内含泥量小于5%。首先通过选择碎石料质量稳定可靠的料原为专供料源，通过送样试验检测控制进场碎石料质量符合控制性指标；其次结合桩径量测，在开挖的桩体中直接量测含泥量。3.4 碎石桩单桩和桩间土地基检测碎石桩加固地基提高地基承载力，在试验性碎石桩施工或正式碎石桩施工后，必须进行碎石桩单桩体检测和桩间土检测，用于评价地基处理的质量和判断复合地基是否达到设计要求，桩体和桩间土分开检测的优点是成果直观可靠。碎石桩复合地基的抗剪强度较天然地基提高幅度较大，复合地基的抗剪强度采用面积平均方法由碎石桩抗剪强度和天然土的抗剪强度加权平均得到。振动沉管法施工过程中，对土层的扰动较大，对灵敏度高的粘土，抗剪强度损失大，且有较大部分在相当长时间内无法恢复。碎石桩是透水体，在复合地基上部加载后，使地基土以较快的速度排水固结，抗剪强度明显提高。因此，对碎石桩和桩间土组成的复合地基必须进行单桩和桩间土的现场测试工作。4 振动沉管碎石桩的工程应用4.1 广州地区某堤防工程地质情况该堤防工程地质结构如下：第一层土系素填土，第二层土为黄灰灰色灰黑色，含较多腐植质和贝壳碎片,呈软塑流塑状的淤泥质软土，标贯锤击数平均仅3.1击，承载力平均值为58kpa左右，液化层；第三层为砂土层，划分为上部灰褐深灰色含淤泥粉细砂层；下部灰深灰色含泥中细砂层；标贯锤击数平均为10.9击，承载力平均值为80kpa。根据建筑地基处理技术规范(JGJ 79- 2002)，结合本工程地质条件等特点，为满足地基承载力的要求，必须对第二、第三层土进行加固。经多方案比较，确定采用碎石桩处理地基，处理后的桩间土锤击数普遍达到7击以上，明显比原状土高,表明土性得到改善，达到了消除液化的目的。该工程碎石桩设计桩径500mm，桩间距2m，呈梅花型布置，面积置换率0.057，充盈系数1.28，处理最大深度10m，并根据地质情况的变化处理深度作了相应调整，但最小大于5m。处理后的复合地基碎石桩和桩间土标贯击数和内摩擦角均满足设计要求。4.2 施工工艺及技术要求该堤防工程线路长，碎石桩根据地质条件分段进行施工，施工前先行试桩，试桩分别采用45KW、90KW两种不同型号振动器，所用碎石粒径为2- 4cm，成一定级配,无风化石，含泥量小于5%；试桩完成28天后经进行检测，根据合格的试桩结果，确定的各施工参数再进行施工。主要施工步骤如下：（1）桩管垂直就位，闭合桩靴；桩位误差小于2cm，垂直度偏差小于1.5%；（2）将桩管匀速振动沉入土中达到设计深度；（3）按设计要求的数量向桩管内投入石料；（4）边振动边拨管，拨管时控制拨管速度为1m/min，且每拨管1m,必须反插0.5m，反插后保持振动58s,再拨管提升，如此反复，不断将桩管内碎石灌注到桩孔中，直到达设计桩顶高程，制成密实碎石桩。4.3 地基处理前后的对比表1 加固前后桩间土工程地质条件对比土层土层名称土层描述加固前加固后桩间土碎石桩土层厚度标贯击数N63.5 内摩擦角液化判别标贯击数N 内摩擦角液化判别标贯击数N 内摩擦角(m)（击）()（击）()（击）（）1人工填土主要为粘性填土，少部分杂填土，浅黄褐黄色1.5-36.615.7830.79-1835.7-46.32软土由上至下颜色由黄灰灰色灰黑色,含较多腐植质和贝壳碎片，呈软塑流塑状1.5-103.16.6液化6-1121.7-27.2不液化3砂土位于软土层下,划分为上部灰褐深灰色含淤泥粉细砂层；下部灰深灰色含泥中细砂层5-210.923.6部分液化14-1830.1-32.5不液化4基岩风化系Pzl混合岩的全风化层，褐黄色残积土，以粉细砂为主，上部稍软8m18.524.435.8.注：本表加固前数据来自该工程岩土工程勘察报告，加固后数据来自某建设工程质量检测中心碎石桩及桩间土检测报告。从上表可以看出，软土地基经碎石桩处理后，提高了第二层淤泥质土、第三层淤泥质粉砂土的标贯击数和内摩擦角，土性得到改良，承载力提高，消除了液化,达到了设计要求。5 结论和建议通过工程现场实践，证实了振动沉管碎石桩加固超软弱土，经桩体和桩间土检测证明了加固方法是可行的，并为今后工程设计提供了参考。通过工程实践，建议如下：(1)碎石桩正式施工前，必须进行现场试验，取得相关参数后才能进行正式施工；（2）碎石质量必须经过严格控制，碎石用量必须进行较精确计量，在施工中严格贯彻根据试验结果提出的控制指标是成桩质量控制的关键；(3)严格控制施工方法，确保留振时间和反插工艺；碎石桩复合地基抗剪强度受桩身和桩间土两者共同影响，确保碎石级配、桩体密实度、桩径、留振时间和含泥量等的控制。建议对于地质条件变化较大，不同地质条件的堤基和使用不同施工设备其制桩控制性指标相差较大，必须经过试桩并检测合格后，才能正式进行振动沉管碎石桩施工应用。对于特殊极软弱土层，采用振动