振动沉管碎石桩在工程中的应用

振动沉管碎石桩在xx工程中的应用【内容摘要】本文着重从振动沉管碎石桩的材料和施工质量的控制，阐述怎样确保地基处理的工程质量。【关键词】碎石桩施工质量控制莱钢xx南区位于xx区xx大街xx路南，南面紧靠xx河。拟建场地地形北高南低，东高西低，最大高差为4.33m，属xx河古河道及河漫滩，是河流冲积平原地貌单元。该区域计划建设住宅楼48栋中，多数建筑地基需要进行技术处理。以下主要介绍采用振动沉管碎石桩地基处理方法，应用于24～26#住宅楼工程中的质量控制。1．地质概况1.1根据野外钻探资料，结合标准贯入试验及室内试验结果，地基土在勘察深度范围内可划分为六层，分述如下：第一层为杂填土。全区均有揭露，灰色松散，含碎石、砖块、砂粒，以粘性土为主，层厚为0.6～6.5m，该层物理力学性质较差且变化较大，地基承载特征值为50～80KPa，必须经处理再作基础持力层；第二层为粉质粘土。黄褐色，可塑稍湿，土质不甚均匀，局部粉粒含量较高，含少量铁质氧化物，切面较光泽，摇振无反应，干强度较高，韧性中等，层厚0.4～5.7m，该层物理力学性质较好，具有中等压缩性，地基承载特征值为100KPa，经处理可作基础持力层；第三层为粗砂。灰白色，稍密饱和，含大量云母碎片，整体级配不良，局部良好，主要矿物成份为石英、长石，分选性好，磨圆度较差，呈次棱角状，层厚0.5～7.1m，该层物理力学性质好，地基承载特征值为180KPa，可直接作基础持力层；第四层为卵石。灰黄色，中密～密实，以花岗片麻岩、闪长岩为主，磨圆度较差，颗粒形状为圆形及亚圆形，下部颗粒大，最大粒径在8cm左右，上部颗粒逐渐变小，粒径2～5cm不等，层厚0.2～3.7m，该层物理力学性质好，地基承载特征值为260KPa，可直接作基础持力层；第五层为强风化闪长岩。黄绿色，原岩组织结构结构部分破坏，部分矿物已风化成次粘土矿物，岩片呈碎块状，易碎，干钻可钻进，层厚0.9～5.7m，该层物理力学性质良好，地基承载特征值为600KPa，可直接作基础持力层；第六层为中风化闪长岩。灰绿色，细粒结构，块状构造，风化裂隙较发育，岩芯呈短柱状，少量块状，为较硬岩，岩芯采取率75～80%，该层物理力学性质良好，地基承载特征值为1000KPa，可直接作基础持力层。1.2在勘察深度范围内，场地地下水主要为第四系孔隙潜水，部分地段略具承压性，以大气降水和河流的侧向补给为主，排泄途径主要为地面蒸发、地下径流及侧向补给河流。地下水埋深在1.5～4.5m之间，季节性变化幅度1.0m左右。2．质量控制2.1方案确定根据24～26#住宅楼勘察报告结果，该区域第一～二层地基满足不了设计承载力特征值为180KPa的要求。若以第三层作为基础持力层，则基坑开开挖较深且工程降水难度较大，故不宜采用。为了贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，经过对多种地基处理方案可行性分析和对比，认为振动沉管碎石桩除挤密、置换作用外，还有排水功能，能有效地消散地震等震动引起的超静孔隙水压力，从而使液化现象大为减轻；另外还有工程造价较低，石料资源丰富，可就地取材，节约钢材、水泥等优点。所以最终确定采用振动沉管碎石桩法对第一～二层进行地基处理，即采用振动方式在地基中成孔后（要求桩底进入第三层≥500mm），再将碎石挤压入已成的孔中，形成碎石构成的密实桩体，并和原桩周围土组成复合地基的地基处理方法。处理后的地基土承载力特征值，由现场静力载荷试验确定，以此作为设计、施工依据。2.2成桩试验不同的施工工艺用于处理不同的地层会有不同的处理效果，为确保工程质量，对大面积施工提供各种数据，必须通过成桩试验确定施工工艺及施工控制的要求，项目包括成桩时间、深度、压入碎石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机的工作电流等，以确定桩体在密实状态下的各项指标，以此作为设置碎石桩的控制指标。必须合理选择桩距，若太大，即置换率过低，相应的复合地基承载力也低，达不到设计要求；若太小，即置换率过高，桩不易施工。本工程碎石桩的布置采用正三角形满堂布置，间距1.2m，排距1.039m，桩径0.5m，面积置换率为15.7%，为确保基础外围2～3排桩的挤密效果，应从基础外缘扩大三排保护桩。为了满足试验及检测要求，试验桩的数量应不少于7个（即中间1个周围6个，见右图）。若发现问题，则应及时调整或改进施工，直至全部试桩都符合要求。2.3成桩步骤放线定出孔位→移动桩机及导向架，把桩管及桩尖对准桩位→启动振动锤，把桩管下到预定的深度→向桩管内投入规定数量的砂石料（根据施工试验的经验，为了提高施工效率，装碎石也可在桩管下到便于装料的位置时进行）→把桩管提升一定的高度（下碎石顺利时提升高度不超过1～2m），提升时桩尖自动打开，桩管内的碎石料流入孔内→降落桩管，利用振动及桩尖的挤压作用使碎石密实→重复5、6两工序，桩管上下运动，碎石料不断补充，碎石桩不断增高→桩管提至地面，碎石桩完成。2.4成桩顺序第一种是从外围或两侧向中间进行；第二种是中间向外围或隔排施工；第三种是从一侧向另一侧逐排进行。该工程以据土质类别并结合施工现场实际，在满足质量情况下，又考虑到提高效率、加快工程进度，采用了第三种施工顺序。2.5材料要求为了有利于成桩，应选用级配好、强度高的碎石。为能顺利出料，要求最大粒径不宜大于50mm；为能排水畅通，要求含泥量得不大于5%。2.6成桩施工根据“宁填勿挖”的原则进行平整场地，挖除地表坚硬物体。按要求进行布桩，间距允许偏差为±50mm，，并绘制测量放线图，每个桩位均以钢钎作标志，编制桩号。振动成桩机就位，校正桩管垂直度≤1.5%；校正桩管长度并符合设计桩长，在桩位处铺设少量碎石。用振动成桩机将桩管边振边沉入土层，每下沉0.5m留振10～30s，沉入速度控制在2～3m/min直至设计深度，稍向上提升桩管，使桩管下端的活瓣桩尖（本机采用平底型）打开。停止振动，灌料、直至灌满为止。启动拔管，为使桩内碎石密实，拔管前先留振1min，以后边振动边匀速拔管，速度为1.0～1.2m/min，为使挤出拔管下端的碎石更加密实，每提升1m留振1min

。根据单桩测试的碎石用量，确定投料（停机补充石料）的成桩长度，进行多次反插，速度必须均匀，每提升1m反插0.5m，深度由深到浅。提升桩管略高于地面，反插给孔口加压，以保证孔口石料的密实。在施工中，电机的工作电流的变化反映挤密程度及效率。当电流达到一定不变值继续挤压，将不会产生挤密效能，施工中又不可能及时进行效果检测。因此，按成桩过程的各项参数对施工进行控制是重要的环节，有关记录是质量检验的重要资料。施工场地土层不均匀、多变，处理效果不能直接看到，也不能立即测出。为了保证施工质量，应在施工中进行详细的观测和记录，内容包括桩管下沉随时间的变化、灌石量预定数量与实际数量、桩管提升和挤压的全过程（提升、挤压、桩高度的形成随时间的变化）等。根据桩管下沉时间曲线可以估计土层的松软变化，随时掌握投料数量。在施工中，投料过多或过少都会严重降低地基的处理效果。当过多时地面会隆起，同时表层0.5～1.0m常呈松软状态，这时需适当减料；当过少时地面会下沉，这时需适当增料。桩顶部施工时，由于上覆压力较小，因而对桩体的约束力较小，桩顶形成一个松散层。规范条明确规定“砂石桩顶部宜铺设一层厚度为300～500mm的砂石垫层”，所以施工后应将基底标高下的松散层挖除或夯压密实，随后铺设并压实300mm厚砂垫层，以减少沉降量，有效发挥复合地基的作用。3．质量检验3.1碎石桩地基的质量检验标准应符合表下中的规定。项目序号检查项目允许偏差或允许值值检查方法单位数值主控项目1灌碎石量%≥95实际用石量与计算算体积比2地基强度设计要求静力载荷试验测定定3地基承载力设计要求静力载荷试验测定定一般项目1石料的含泥量%≤5试验室测定2桩位mm≤50用钢尺量3碎石桩标高mm±150水准仪4垂直度%≤1.5经纬仪检查桩管垂垂直度3.2复合地基承载力试验检测采用“慢速维持荷载法”。选用1.1m×1.1m的钢板承受荷载，桩的中心应与承压板中心保持一致，并与荷载作用点相重合。按规范条“复合地基载荷试验数量不应少于总桩数的0.5%，且每个单体建筑不应少于3点”的规定，每栋楼取3个静力载荷试验点。各试点分12级加载，每级按30KPa施加，累计加荷值达360KPa。试验过程中，每级加载后，分时观测沉降值直至每小时变形值小于0.1mm，即认为底板已处于相对稳定而终止观测，然后进行下一级加载，直至试验结束。通过对资料进行整理分析，分级沉降值无明显增大，当加载至360KPa以内均未出现明显变形，底板周边无裂缝、隆起等破坏迹象，各点的累计观测沉降量均小于设计值66mm，所以该工程复合地基承载力特征值以满足设计180Kpa的要求。4．结束语采用振动沉管碎石桩法对