振動沉管擠密碎石樁加固地基的原理及其質(zhì)量控制

1、振動沉管擠密碎石樁加固地基的原理與其質(zhì)量控制摘要：在軟土地基處理方法中，岀現(xiàn)了一種代替振沖碎石樁的新的施工方法。就振動沉管擠密碎石樁的概述、加理、使用機械與材料、質(zhì)量控制、施工中的問題與處理、效益分析等方面進行論述。主題詞：復合地基；振動沉管；擠密碎石樁；密實電流；留振反插。1、概述振動沉管擠密碎石樁簡稱碎石擠密樁，是一種新的軟土地基的處 理方法。加固砂土、粉土地基,可以使地基的承載力增加，沉降量減少, 防止地震液化的發(fā)生，同時亦可用于增大軟弱粘性土的整體穩(wěn)定性， 同時還具有機具簡單、施工簡便快捷、工期短、適用性廣、投資少、 本錢低等特點。2、工程實例中石化勝利油田分公司石油化工總廠柴油質(zhì)量升

2、級工程100萬噸/年柴油加氫裝置碎石樁地基處理工程，位于東營市西南l3Km處勝 利石油化工總廠廠預留場地，場地為黃河下游三角洲沖積平原。場地 的底層除局部表層為素填土外，其下均為黃河三角洲第四紀新近沉積 和一般沉積的粘性土、粉土、細砂土構(gòu)成。地基處理采用振動沉管擠密碎石樁根底，設(shè)計樁徑為 500mm有 效樁長為12m布樁采用三角形布樁，樁間距東西向 550mm南北向 955mm壓縮機棚碎石樁1245根，變電所碎石樁740根，裝置區(qū)碎石 樁3827根，碎石樁共計5812根，總延米60744m 見圖1圖1 勝利石化總廠碎石樁地基處理工程施工現(xiàn)場3、加理碎石擠密樁是通過成樁過程中對周圍砂土、粉土層的

3、擠密、振密作用和靠碎石的壓入獲得加固效果，使砂土、粉土地基的密實度增加； 同時設(shè)置的碎石擠密樁增強體，本身又是一個良好的排水通道，它的 存在不僅有利于砂土、粉土地基中超孔隙水壓力的消散，有效地增強 土體的抗液化能力，而且在荷載的作用下，碎石擠密樁增強體又與砂 土、粉土地基共同承擔荷載作用，即形成碎石擠密樁復合地基。3.1 對可液化砂土、粉土的加固機理碎石擠密樁加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基土承載力 減少變形和增強抗液化性。(1)擠密作用在成樁過程中樁管對周圍砂土、粉土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管體積的土擠向樁管周圍的土層，使樁管周圍的土層孔隙減小、密 實度增大。(2) 排水降壓作用碎石

4、擠密樁加固砂土時，樁孔充填反濾性好的粗顆粒料(碎石、礫 石、卵石)，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水降壓通道 ， 可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高，防止砂土、粉土產(chǎn)生液化， 加快地基的排水固結(jié)。(3) 預振效應(yīng)碎石擠密樁在成孔與成樁時，振動錘的強烈振動使填入料和地基 土在擠密的同時獲得強烈的預振效果，對砂土、粉土增強抗液化能力 是極為有利的。3.2 對粘性土的加固機理碎石擠密樁加固粘性土地基的主要目的是提高地基土承載力、減少地基沉降量、提高土體的抗剪強度、增大土坡的抗滑穩(wěn)定性。(1) 置換作用對粘性土地基，由于土的粘粒含量多，粘粒間結(jié)合力強，滲透性低, 在振動力或擠壓力的作用下土中水

5、不易排走，因此碎石擠密樁的作用 不是地基擠密，而是置換。(2) 排水作用碎石擠密樁在粘土中形成一個良好的排水通道，起到了排水砂井的作用，且縮短了孔隙水的水平滲透(3) 加筋作用對于淺層軟土層，碎石擠密樁可貫穿整個軟土層至相對硬層，此時樁體在荷載作用下主要起應(yīng)力集中作用，使地基承載力提高、壓縮 性減小。(4) 墊層作用軟土層較厚時，碎石擠密樁可不穿過軟土層，此時形成的加固復 合土層起墊層作用，墊層將荷載擴散，使應(yīng)力分布趨于均勻，從而到達 提高地基承載力和減小沉降量的目的。4、使用的機械和材料4.1使用的機械振動碎石樁使用機械主要有振動打樁機、 下端裝有活瓣鋼樁靴的 樁管、移動式打樁機架、裝碎石的

6、料斗等。4.2成樁的材料樁體材料可用含泥量不大于5%勺碎石、卵石等未風化的硬質(zhì)材 料，最大粒徑不得超過5cm最好采用2-5cm。碎石進場后，施工單位 與監(jiān)理單位應(yīng)對碎石共同見證取樣， 送樣到有資質(zhì)的檢測單位進行檢 測。5、質(zhì)量控制5.1施工前質(zhì)量控制1、檢查施工應(yīng)具備的資料：建筑物場地工程地質(zhì)資料和必要的 水文地質(zhì)資料，施工圖紙與圖紙會審紀要；2、對場地進行平整，檢查建筑場地和鄰近區(qū)域的地下管線(管道、電纜，地下構(gòu)筑物，舊建筑原先的根底情況等3、施工單位建立和健全質(zhì)量保證體系。4、施工單位寫出碎石樁施工方案，明確施工順序、施工方法，計算出所需配備的機具設(shè)備，與所需材料用量，排出施工進度方案和

7、繪出施工平面布置圖。施工方案應(yīng)報監(jiān)理單位審批。5、檢查碎石是否能保證充足的供給。6、檢查施工機械是否符合設(shè)計和施工要求，并進行檢修調(diào)試。7、平整場地后，設(shè)置坐標、高程控制點與軸線定位點，放出樁 位點，用短鋼筋或小竹簽標志出樁孔中心位置，并用白灰灑出樁位， 方便樁尖與樁位對中。施工單位放線完成后，應(yīng)報監(jiān)理單位驗收。樁 位允許偏差為3cm8向打樁操作人員進行技術(shù)和平安交底。9、施工前應(yīng)選擇7-9根樁進行試成樁試驗，并確定施工中的控 制參數(shù)。5.2打樁過程的質(zhì)量控制1、移動樁機，把樁尖對準樁位閉合樁靴，樁管垂直對位，經(jīng)施工單位質(zhì)檢人員和監(jiān)理人員檢查， 對位核準無誤后，用經(jīng)緯儀或吊錘從兩個方向檢查樁管

8、垂直度， 防止 成孔傾斜，樁管垂直度偏差不應(yīng)大于1%同時測地面高程，以便控制 成孔深度。2、啟動振動機，將樁管下到預定的深度沉管深度應(yīng)到達設(shè)計要求，如沉管無法到達設(shè)計深度或其它特殊情況時，施工單位應(yīng)報監(jiān)理方、建設(shè)單位同意前方可投料拔管，必要時通 知設(shè)計單位處理。3、向樁管投入規(guī)定數(shù)量的碎石根據(jù)施工試驗的經(jīng)驗，為提高施工效率，裝碎石也可在樁管下到 便于裝料的位置進行。4、把樁管提升到一定高度，下料順利時不超過 1-2米，提 升時樁尖自動翻開，樁管的碎石流入孔。5、降落樁管，利用振動與樁尖的擠壓作用使碎石密實。在軟粘 土中，樁管在打到規(guī)定深度后投入石料，應(yīng)復打 2-3次。假設(shè)不采取這 個措施，因樁

9、管拉拔時，底部的軟粘土沒有經(jīng)過擠密又重新回復，形 成縮頸和斷樁，同時，底部軟粘土受到振動后會往下塌沉，而采取復 打后，可以使底部更密實。6、提升樁管提升樁管的過程，應(yīng)從拔管速度和填料量兩個方面保證樁身的質(zhì) 量。1控制拔管速度主要保證樁身連續(xù)性。如拔管速度太快，容 易形成斷樁、縮頸現(xiàn)象，拔管速度太慢，那么所需消耗的碎石量增加， 本錢增加。拔管方式也可分一次拔管法和逐步拔管法。1一次拔管法邊振動邊勻速拔出樁管到地面，拔管速度根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，- 般拔管速度為米/分鐘。2逐步拔管法邊振動邊拔動樁管，每拔起一定長度，應(yīng)停拔振動假設(shè)干秒，反復進行 直至樁管拔出地面。具體的參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定。(2)

10、控制填料量那么是保證樁直徑，填料量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定， 估算時可按設(shè)計樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，充盈系數(shù)一般取 。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，那么填料量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具 體情況予以增減。當實際灌料量未到達設(shè)計要求時， 可在原位再沉下 樁管，并灌碎石復打一次。拔管速度和填料量二者是相互聯(lián)系的，在 一定的填料量的情況下，需要控制好拔管速度，才能使碎石擠振開， 而在一定的拔管速度下，也要求有足夠的碎石量保證樁的成形。7、樁管拔出地面，確認成樁符合設(shè)計要求后，移機進行下一根 樁施工。8碎石樁的施工順序：對于粘性土，宜從中間向外圍或一邊向 另一邊進行施工。如果由外向施工，在外圍樁加固好后，中間的樁很 難擠

11、振開來。如附近有建筑物，必須先從鄰近建筑物一邊的樁開始施 工，然后逐步向外推移，必要時采取隔振措施，以免對原建筑物產(chǎn)生 影響。6、碎石樁施工中常見問題與其處理6.1碎石樁密實度不夠分析原因：由于碎石振密施工具有隱蔽性，假設(shè)僅靠電流控制、儀 表讀數(shù)與經(jīng)驗等來判斷施工情況，難以保證不會對工程的質(zhì)量、進度 和本錢造成影響。處理方法：1碎石必須要有良好的級配，且碎石料徑不大于 50mm同時 要保證碎石的強度。2應(yīng)嚴格控制留振時間和密實電流的變化，留振時間到達施 工控制參數(shù)的要求，切勿欠振；而密實電流的變化反映擠密程度與效 率。當電流到達一定的不變值，說明樁體的密實度接近飽和。3樁機操作人員必須具備操作

12、上崗證，施工技術(shù)員要在現(xiàn)場監(jiān)測記錄數(shù)據(jù)，并比擬電流等參數(shù)是否在預計的圍。 如遇到特殊情況 須改變電流等參數(shù)，要與時指揮操作人員的操作。4每次開工前要檢測樁機的性能以與儀表工作是否正常。6.2施工單位施工時遇異常情況時， 未進行處理，盲目按原方案 施工分析原因：局部地質(zhì)狀況復雜，地勘資料未反映出來，施工管理 人員質(zhì)量意識不強。處理方法：施工前做好相應(yīng)的技術(shù)交底，施工時假設(shè)發(fā)現(xiàn)異常情況， 應(yīng)與時報告業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、勘察單位，并制定相應(yīng)處理方案。6.3縮徑或樁徑不夠分析原因：因土質(zhì)軟，樁管提升過程中土體收縮快。處理方法：1加大樁瓣尺寸。2施工過程中按試驗樁時確定的拔管控制參數(shù)控制。6.4樁位偏差較

13、大分析原因:(1) 沉管前樁尖對位時不準確。(2) 因土質(zhì)松軟，經(jīng)成管機械來回走動和施工中產(chǎn)生的振動影 響，土體移動，未施工的樁位標志產(chǎn)生位移。處理方法：(1) 沉管前樁尖對位應(yīng)準確，應(yīng)經(jīng)施工單位質(zhì)檢人員和監(jiān)理人 員檢查前方可開始沉樁。(2) 在放線時，每條軸線必須確定控制樁，在樁機就位后再進 行二次復驗，以保證樁位的準確性。6.5放線控制點移動分析原因：由于碎石樁施工時地面變形較大，坐標、高程控制點 與軸線定位點等如果離場地較近，易變形。處理方法：設(shè)置控制點時應(yīng)離場地稍遠，以保證其準確性不受影 響，并應(yīng)對做好監(jiān)測和復核工作。7、效益分析7.1與傳統(tǒng)的振動沖孔碎石樁施工方法相比，因振動沖孔碎石樁 是沖孔后提出沖孔器之后，直接向土孔投碎石；而振動沉管法為向沉 管中投碎石，減少了沖孔器的提升距離和頻率，大大提高了施工進度, 工序合理，提高工效30 %。7.2與傳統(tǒng)的振動沖孔碎石樁施工方法相比，因振動沉管擠密法 在沉管中完成碎石的投入，有效地防止了塌孔與斷樁事故發(fā)生；且碎 石在沉管中振實擠密，樁徑得到了有效控制，垂直度有保障，施工過程更簡便，施工質(zhì)量也更加容易控制，節(jié)約材料費20 %左右,勞動力10 %左右,約降低本錢25 %。7.3與排水固