对振动沉管碎石桩的几点认识

对振动沉管碎石桩的几点认识一般认为，振动沉管碎石桩对松散砂土和粉土的作用机理主要为挤密作用、振密作用及排水作用（抗液化），对粘性土主要为置换作用及排水作用。设计时置换率通常取10％~30％，砂土粉土中取低值，粘性土中取高值，从节约工程造价的角度出发，一般应尽量选用较低值。本文将结合工程测试对低置换率振动沉管碎石桩复合地基谈几点看法。1试桩效果试桩的目的是为了检验设计参数、施工工艺及施工控制要求能否满足设计指标，《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2002）（以下简称地基处理规范）等相关文献指出试桩数量不应少于7~9根。既然是试桩，数量通常较少，较少的桩数可以确定施工工艺，但能否据此全面准确地评价地基处理的效果，笔者认为一定要谨慎，尤其在淤泥类软弱土层中。以xx市xx区某市政道路工程为例。碎石桩复合地基设计参数分别为：桩径Φ400，桩距1.3m，正三角形布置，m=8.6%，填料为1~5cm碎石，设计复合地基承载力特征值为140kPa。试桩13根，试桩处地质状况自上而下分别为：①素填土，层厚2.8-3.1m，结构疏松，由砂质亚粘土组成；②淤泥，层厚1.7~1.9m，流塑，具腐臭味；③含砂亚粘土，层厚1.3~1.7m，可塑，砂质含量约35％；④中砂：层厚1.4~1.8m，饱和，稍密；⑤砂质亚粘土。试桩长度7~8m，大面积施工时桩长7~10m。试桩前后、大面积施工后桩间土的土工参数如表1所示，取土位置于正三角形中心。碎石桩重型圆锥动力触探（N63.5）成果如表2所示。另外某路基处理工程碎石桩重型圆锥动力触探（N63.5）成果如表3所示（碎石桩设计参数与前例相同）。上述两工程均进行了复合地基承载力静载荷试验，由于试验最大荷载为2倍设计承载力特征值（280kPa），故不能判断大面积施工后与试桩时相比复合地基承载力提高的幅度。试压荷载为280kPa时总沉降量如表4所示。表1试桩前后、大面积施工后桩间土的土工参数露土层膏施工状况草含水糕量加w(%)河湿重度唱ρ利0鼓(趋kN/m粮3才)钻干重度之ρ昌d松(其kN/m糖3五)陈孔隙蔽比到e赌0秩塑性命指倍数器I咐p书液性浴指季数核I汽L安压缩模惠量慌E术s减(臣MPa)帽素填土贸试桩前伶19.0土瑞17.5蜘星14.6转申0.83此0仇11.8博<0咬3.67涂试桩后挎22.7甜脆18.7叫倦15.3俭棚0.75趴0盟10.9兼<0笛3.64郊大面积施纲工后洲21.4妇芳18.7庭缘15.4湾洗0.73桌7完13.3妻<0海5.50径淤泥维试桩前俭89.5夕迟15.1蚂丰8.1兰2.22亮7笛20.5赛2.47胶2.24寇试桩后萝47.3乒利16.9胖病11.5飞语1.34味2称11.7荣1.41因3.09射试桩后变漫化率寿-47.摄2%毁11.9酿%居42.0扛%驶-39.瓜7%竟-42.串9%赞-42.氧9%捐37.5妙%防大面积施拿工后域39.1弄殿18.0何可13.2塔枣1.12早7事13.6将0.66消5.33讯与试桩前鞭相比纱-56.堪3%给19.2榆%挪63.0摊%紧-49.筛4%致-33.攻7%津-73.迹3%缝137.抽9%漠与试桩后霉相比铜-17.疗3%未6.5%态14.8象%援-16.泪0%切16.2躲%葵-53.摇2%恐72.5双%啊含砂亚粘扁土喜试桩前抵17.0立姐20.2哈宝17.4液扬0.54挪3等11.2晃<0臂4.54叼试桩后物28.1粒仿18.6拼挡14.6安赌0.85双6哥12.4位0.54绿4.56洲大面积施典工后总19.5蹄祥20.3干井17.0惯覆0.58恳5渗12.2帮0.10躁7.31表2碎石桩重型圆锥动力触探（N63.5）成果孟土层状况送素填土段年淤泥段皂含砂亚粘楼土段漏桩端土蔑试桩击数探2~定7渐击注4~诸5因击而7~1睛2倚击闭8~1蜓0咬击结大面积施愧工后击数搜7~1腹3扫击查11~1挖8舅击押13~4莲0予击豪22~2蹦7斥击表3工程2碎石桩重型圆锥动力触探（N63.5）成果革土层状况忧素填土（诸含砂粉质族粘土）段恼粉土（砂收）段烘深度顷0~3m谱3~10习m缎试桩击数破2~楼6装击舅5~罩9勿击许大面积施忙工后击数玻7~1虑6班击命11~4桨4尾击表4试压荷载为280kPa时总沉降量牌不同工况篮下沉降量向工鼓程哗1迁工顾程句2觉试桩时荷矩载活为佣280k弟P谦a弄时总沉降罩量镇(减mm)币90~1问04无94~1慧37玻大面积施广工后荷载林为降280k溜P压a菊时总沉降产量沿(携mm)缝11~2匹1得16~3抗7从表1~3可以看出，大面积施工后桩间淤泥的物理性状较试桩后仍有较大改善，素填土及含砂亚粘土的物理性能指标变化不大，但压缩模量及重型动力触探击数有较大提高，从表4可以推断复合地基的承载力特征值肯定也有提高。笔者认为以下几个因素可能导致了这种改善：①地下水位的降低。前述工程1、2试桩时桩孔内水位很高，基本上距孔口均不足1m，大面积施工后，由于碎石桩的排水及蒸发作用，地下水位均下降了1~2m。地下水位下降相当于对土层进行了预压，改善了土的性状。随着土体强度的增加，土体对碎石桩的约束增强了，所以碎石桩的强度也增加了。此外，表层土失水干燥后可以碾压得更密实，能够有效地提高承载力特征值。②固结作用与触变效应。试桩检验一般在试桩完成28天后检验，而大面积施工时竣工检验往往在施工几个月后。由于淤泥的灵敏度高，触变性强，其强度恢复的时间也较长。淤泥的固结度随着时间而提高，若达到完全固结，在排水条件良好的情况下往往需要几个月的时间，在这几个月的时间中，淤泥的强度在不断提高。③挤密及振密作用。试桩的数量很少，对桩间土进行的挤密及振密作用自然无法与大面积施工时相比。此外，后施工的桩对先施工的桩有振密作用，大面积施工时效果显然也更好。设计时通常以试桩时取得的各种参数作为指导大面积施工的技术参数。这种作法是偏于安全的，但有时会造成保守，从而增加了工程造价。2载荷板宽度表5是前述两个工程试桩时进行的静荷载试验成果。相对变形值s/b＝0.02时对应的荷载即对于1m×1m板、2m×2m板沉降量绝对值分别为20mm、40mm时对应的荷载。表5香荷载板尺行寸西最大试验恳荷我载强(塌kPa)币总沉降陵量兆(狼mm)让第一级荷比载鲜(粱kPa)瞒第一级荷珍载下沉原降幼(数mm)废第一级荷猜载下沉降萍量艘占盼s=0.陷02右b稼比例撑回弹率嚼s/b=牧0.0恰2未时的荷歉载冰(挺kPa)厨工板程控1腾1m×1卵m志300胆94.0来9严75(2递5%)薯9.02芬45.1享%坦16.6台%型128余1m×1尝m绩300奥74.8瓜8错75(2金5%)谱12.4络7掏62.4痒%段18.4彩%讨121狐1m×1惰m朗300远81.7记5铸75(2葵5%)仰8.61望43.1书%后17.1湿%番118偏2m×2盗m茅280粪93.8伞8着56(2圾0%)践10.2面1岛25.5董%妖19.2庆%枯175苗2m×2却m休280急137.津09客56(2夕0%)莫19.8兔0幼49.5猫%津13.8嫌%皱142夫工纤程纯2海1m×1伸m绑262富80.3吐1统75(2钻9%)摆9.27屠46.4蚊%仁20.5凉%积106裹1m×1周m慎225恭63.9拉4谨75(3尊3%)抽11.3好2床56.6舌%贞22.2奋%唤108蝇1m×1勾m核225伟80.3讨6敢75(3殊3%)养12.0尸6纸60.3深%盒13.0贫%轿100摧2m×2堆m我280肯93.8粱8事56(2毅0%)下13.5江6火33.9拒%即12.9界%艇210促2m×2漏m这280戚137.蛙09独56(2下0%)已18.1裹7峡45.4涛%搞17.8挣%凭155侍从等表则5侍可以看出猾，按相对专变形值确穴定复合地终基承载力辞特征值时崖，宽度大内的荷载板始得到的特细征值要大帝一些。试慈验时先徒做滩1红m照板，后份做锯2荒m邪板，由于俩试桩区面核积小，所究以并不能棚排除令做博1键m按板时应力丢扩散引起窗地基土强损度提高的辩可能性。鼠但这种影客响或许很级小，主要臂因为试验牢间隔时间乓较短，桩宽间土强度到还来不及跑提高。教当境按侨s/你b限值确定复拖合地基承叶载力特征稀值时，按刃弹性力学躁理论，特添征值应与订荷载宽度放的绝对值涝无关。在葵地基处理岸等规范中敏，对荷载翠试验的荷助载板的宽影度没有加非以限定。狂但实际情蛇况也许并缓不完全符乎合弹性力典学理论的猴假设条件呼。笔者一馋直认为载桑荷板宽度韵对载荷试砌验成果有扣较大影响嫌，即当其砍它条件完稀全相同时龙，按宽度跪大的载荷侍板得到的亲复合地基催承载力特凯征值要更窄大一些，铺并试图对姻这种现象茫进行过解柄释（参见蜂《地基处辽理邻》同200顽4泄年暖9非月《对复屿合地基荷盒载试验标甚准的一些轨探讨》一践文）。笔窗者认为，糊主要可能色是不同深描度复合地喉基强度的词差异性导胜致了这一搬现象。一烂般来说，酱桩、土及胶复合地基楼的强度在狭表层总是烧要低一些普，在自重盛应力等的肃作用下，驻随着深度灵增加而提材高。设复乒合地基表祥面较松散拨层的厚度工为易H救1骑，根据沉胸降计算公维式蹲s眯1眼=粗Δ锤p×爷H做／未E史s还，搏1掏m秧板祖与垮2龟m很板的附加皂应力会Δ盾p奴相同，故光沉降驾量丢s置1捧相同。当丸相对变形掏值一定时坚相应的沉琴降绝对值片随板宽不刚同而不同设，如当点取卡s/b=茄0.0滨2刮时握，傅1茄m筑板珠及想2荡m出板愤s球的绝对值门分别吴为托20m旋m摘及禽40m杜m本。手s钳1记占浪s瞧的比例不匀同，即质遣量较差的烧表层对不市同宽度的忍荷载板的喇沉降的影巷响不同，报对板宽小荣的荷载板蚀试验的影拿响要大一土些。同时甲，由于宽幸度大的荷奇载板的影址响深度更鸦深，而随骑深度增加赢土及复合析地基的强蠢度一般会章增高，较丝深怖处尘“柳好糠土磁”局的沉降逼占定s爆的比例随惹着载荷板慈宽度的害增大而增休加，落即苦“走好饥土旨”绣对惧s呢的影响要染更大一些罩。3桩顶时路基处理筐完成后要阶进行质量请检验。当患使用静载蓝荷试验进摘行承载力礼检验时，绳检验荷载删通常远大辱于路基的柴使用荷载占。卖x嗓x叫地区路基哥处理的检顽验荷载一原般货为循120k誓Pa~1严40kP侵a薯。碎石桩面桩羊顶骨1~2港m创范围内由欢于约束较扭弱形成松开散层，该惩层对承载漂力检验的昆影响至关凡重要。碎腾石桩在淤尤泥类软弱果土层中形昨成的复合低地基，如划果桩顶不勒进行处理翁，其承载推力及回弹挨模量仍很往低，上述容工发程润1牲大面积施项工后在淤顽泥层顶面笛上进行产了杀2远m娇板的复合率地基载荷扯试验，尽胁管淤泥的刮性状得到滚了很大的篇改善，但孝承载力特这征值浮仅偏45kP宫a好（原状淤县泥承载力丑特征值比＜翠35kP浑a瓜）。当淤底泥上覆素崭填土厚度迷达买50c剂m照时，试验戏承载力特厉征值似为赵98kP张a星。上覆素害填土厚度慈达技1匠m四以上时，肿试验承载衫力特征值跑均大村于叨140k或P抚a棒。淤泥上欺覆素填土恒碾压后形表成了应力象扩散垫层涨，从而使锤复合地基零承载力大许幅度提高富。该垫层击的作用不该同于通常萌在桩顶上馋设置的砂鸭石垫层。锈砂石垫层合的主要作而用一是作勿为路堤与垒软基之间怎的水平排珍水通道，顺排出孔隙目水以保护亭路堤，二薪是作为复笨合地基的摔褥垫层，税协调桩体够与土体更腐好地共同研工作，其压厚度通折常匹30~5嚷0c掉m和。但上述弄应力扩散抄垫层的主于要作用是赏扩散检验摧荷载，提乓高回弹模篮量，满足象承载力检让验及工后幅使用荷载尿的要求。苏该应力扩首散垫层一行般较厚，垦可与砂石尝垫层相结姑合。由于程淤泥类软搂土不能通坑过碾压或接夯实手段端得到密实睛，通常要锦挖除换填容。工半程籍1币为了满足吸检验及使喊用要求，脆在淤泥层滔上覆土厚手度不梳足迟1监m匹的区域均酿进行了桩男顶换填，龟换填垫层迟厚买度嫌1.3索m晶，换填垫冒层底层曾为敲50c律m冷碎石，中尸间悄为煌10c停m巧石粉渣填胆缝层，以等上车为铜70c优m姓素土。换况填厚度按裹换填垫层义法计算，昏扩散角句按眼30忠°外考虑。换方填后试验惨承载力特挡征值达到临了剧140k谱P寄a挺。冻即使在较务好的土层围中，也要厅重视桩顶磁松散层的掌夯密压实唯工作。振搜动沉管桩天机对土层甲除了挤密比振密作用撞外，还有逃振松作用苍。工婶程巴2愚试桩时对纠桩间土的兆土工试验举参数如葱表按6搅所示。从托表中可以她看出，表羊层素填土肢（邻0~3哀m勇）的性状反指标几乎循全部下降炉，较深处固（龄＞哭3怠m卡）的粉土典的性状指框标几乎全寺部提高。朱施工后如益果桩顶松柜散层没有角得到夯实咐压密，地男基处理后句承载力反筑而会下降袖。前述工洽程筐1面、工稠程躺2吃试桩时载堂荷试验第帽一级荷载半下的沉降床量明显偏依大，回弹尊率偏低，锹说明了桩谈顶松散层定没有压实阻。实际情鸡况也确实谋如此。由抱于试桩区捆面积小，悉地下水位沿较高很难膀降低，压皱实机械很承难作业，添所以表层顿土没有得胃到密实，舞这样就造阿成了载荷研试验得到维的复合地务基承载力挠特征值偏芹低。为减咸少这种影场响，笔者圈一直认为召载荷试验尽时应先按壮总荷载忘的峡10%~没20贡%扁进行预压数。优表末6患冠工帆程衡2超试桩时桩旁间土的土虽工试验参唉数沾土层伟施工状况写含水寻量义w(%)纲湿重度沿ρ亮0各(攀kN/m佩3滤)住干重度酸ρ感d评(验kN/m勾3版)殃孔隙五比灭e竭0狱塑性惯指史数您I培p意液性尼指谨数诚I啊L隙压缩模葱量熟Es蓬(防MPa)委素填土赢试桩前陈19.5洪19.9晒16.6链0.60谨1美11.0断<0瓶4.66丸试桩后竞21.5党18.4锁15.1颗0.52刚8层11.8金<0勒3.50款粉芽土肿(胆砂侵)怨试桩前初24.7蝶19.0仗15.2识0.75刊1另8.4左1.31名5.35论试桩后劲19.7妙20.5脏17.1降0.54窃8络6.9啦0.83价6.24络4回桩间土愉对淤泥等梢软土进行卧碎石桩处芬理的设计悉思路有两高种，一种厌是在淤泥价中形成竖选向排水通赌道，如同梳塑料排水面板或袋装捷砂井一样杂，之后往喂往再进行定加载预压闯，另一种望是形成复嫌合地基，策为了达到祖较高的承畜载力，需适要较大的哲置换率。惠地基处理杆规范对后右一种设计容方法进行项了规定，条复合地基共承载力特隶征值可根际据桩及处任理后桩间砖土的承载兆力特征值限乘以置换段率确定。弱软土中碎某石桩的单假桩承载力州很低，当欲置换率较堵低时，其目置换作用不对复合地确基的贡献薄有限。在湿工跑程偏1傍进行的十屿几个荷载榨试验中，策看不出荷局载板放置榆在碎石桩趋上与放置斜在桩间所废得到的承央载力特征鼓值有什么妻区别。可抓以说，低咳置换率碎联石桩对软选土复合地竖基的影响早主要是依浆靠桩间土抄特性的改谨善，这样盈，设计时户就必须要馅考虑桩间忠土性状的撒改善程度国了卖。勉x脆x乓西部通道哀填海与软惑基处理工怎程中，填特石路堤两阴侧的三角暑体打设了脑碎石桩，钱直径赔Φ站40闹0劳，长度最很长茫约扁20恳m水，正三角隶形布置，浑间诚距过1.5非m格，场地处拒理采用正姓三角形布顷置间崇距挑1缝m祥的塑料排泻水板。碎扫石桩打设爱后与场地配同时进行忍堆载预压腿。观测与躲试验资料疫表明碎石防桩对桩间历淤泥的改催善效果强卵于塑料排鞠水板。前蛛述工母程藏1炎没有进行挡加载预压黑，桩间淤塌泥的性状专仍得到了寇大幅度的恋改善，如秀表深1脾所示，十验字板剪切彼对比试验臣成果如郊表禽7庭所示。但锡这种改善雁事先无法赵准确预测迹，如同排坝水预压对静地基土的粮改善效果软无法准确姜预测一样办，要通过多试桩前后创的对比试陷验进行分跪析比较。各这往往需身要牺牲工套期，建设绑方一般是渔不情愿的洽。实际上躺，在软土殖中进行低柄置换率碎摄石桩复合竞地基设计裤时，目前促基本上依欢据设计人旱员的工程怕经验，尚莫无成熟的侄理论可依奸循。挥表萄7脚十字板秘剪切试验浩成果磨土层造十字板剪万切强岗度盖Cu(k型Pa)窑灵敏度守试桩前袖试桩后净试桩前乓试桩后梯素填土虏53.8戴62.7绵2.5恢2.1刃淤泥阿32.6撑48.2笼3.2威2.1绒含砂亚粘挑土皆109.漏0促102.河2粥2.0宋1.9漠6创重型动忠力触探滩工麻程饼1期进行了近存百条桩的把重型动力愿触探宣（厉N程63.5糟），基本器上均呈现世了击数大绢体上随着交桩深的增隶加而增加悠的规律，秀同时看不览出在淤泥誉层中的击旁数较在其犁它土层中矿低，如妨表谜2侍所示。工距程派2称进行了一具百多条桩卫的重型动商力触探，霉不同土层壶中的击数傻