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挤密碎石桩施工技术及其造价分析

引言
挤密碎石桩，（也叫干振碎石桩）其施工法是在世纪20年代末，在挤密砂桩施工法原理的基础上发展起来的一项地基处理技术。此后在我国有了很快的发展，国内已有很多应用实例。此法多用于加固路堤、原料堆场、堤防码头、油罐、厂房基础及中低层楼房基础等，处理后的复合地基承载力比原天然地基承载力提高50%-100%以上，故成为软弱地基加固处理的有效方法之一，其施工工艺流程图如下图1所示。
材料采购
材料试验
桩位测放
桩机对位
水冲造孔
清 孔
投放碎石
振动制桩
桩头加强
桩机移位
图1挤密碎石桩施工工艺流程图
挤密碎石桩技术以其经济、工艺简单、工期短、加固效果好等特点在地基处理时被广泛应用, 本文将结合实际工程对挤密碎石桩的设计、施工及地基加固效果进行评价。
1挤密碎石桩的设计
1.1桩长设计
桩长主要取决于需要加固土层的厚度。一般按照地基的设计要求和地质条件确定,以满足地基的强度和变形控制要求。
1)在可液化土层中,碎石桩长应按抗震要求处理的深度来确定,一般应穿透可液化层.
2)按稳定性控制的,工程碎石桩长不应少于最危险滑动面以下2m.
3)按变形控制的工程,碎石桩长度应满足使复合地基的沉降量不超过对构筑物地基容许沉降量的要求。
4)软弱土层厚度< 15 m或在该深度以内遇有较硬土层时,将桩端置于较硬土层中。
1.2桩间距设计:
桩间距S 可按下式计算(桩位按等边三角形布置)

式中: S—桩间距; Ae—单桩加固面积; m —面积置换率;

在设计桩间距时, 桩距不宜小于桩径的2倍, 且≥1m ,也不得大于桩径的4倍; 桩中心至基础边缘的距离宜等于桩径,不得小于0.5倍桩径。
1.3材料
填料宜用粒径20～50 mm的未风化的干净砾石或轧制碎石, 含泥量不大于10 %。有的工程采用砂石场的碎石作为填料, 含泥量控制在3.5%左右。
1.4每米桩长投石量q 的计算:

式中: q—每米桩长投石量,m3/m; d —桩直径,m;
k—挤密系数, 一般取值为1.1-1.3。
2 挤密碎石法施工
碎石桩施工过程应严格控制做好以下几方面工作:
(1) 试桩
为了确保碎石桩大面积施工质量, 调整各种机械参数, 每台桩机开工之前都要进行试桩, 通过试桩可以对土质、施工工艺、施工队伍素质进行验证。并对成桩时间、压入碎石量、振动锤电机的电流、成桩深度等进行验证, 每台桩机试桩数一般为9-16 根。
(2) 施工方法
a) 碎石桩施工顺序从四周开始向中心进行, 相邻两根桩必须跳跃间打。
b) 清理平整场地, 桩机就位, 校正桩管垂直度应小于1.5%; 校正桩管长度及投料口位置, 符合设计桩长; 设置二次投料口, 并在桩位处铺设少量碎石。
c) 用振动成桩机将桩管边振动边沉入土层直至设计深度。桩管每下沉0.5m, 留振30s直至穿透液化层并达到设计深度。
d) 稍提升桩管使桩尖打开, 停止振动, 用标定的小推车人工推料向桩管内灌入石子, 直至灌满为止。
e) 启动拔管, 拔管前留振1min, 以后边振动边拔管,拔管速度应保持均匀每拔1 m留振1分钟。
f) 根据单桩设计碎石用量(设计桩长度×0.224 m 3 ) 确定第一次投料的长度, 进行数次反插直至管内碎石全部投出。
g) 提升桩管, 采用空中二次投料口加料, 直至灌满桩管, 通过数次反插, 至管内碎石全部投出, 反插深度小于桩管长度一半。
h) 提升桩管高于地面, 停止振动进行孔口投料直至地表。启动反插并及时进行孔口补料至设计碎石用量投完为止, 孔口加压至前机架抬起, 移架至另一桩位。
(3) 施工技术操作要点
a) 桩管提升和反插速度必须均匀, 反插深度由浅到深, 每根桩在保证桩长和碎石灌入量的前
提下, 总反插次数一般Ф377 桩管不少于12 次, Ф426 桩管不少于9 次。
b) 施工过程中应及时挖除管带出的泥土, 防止孔口泥土掉入孔中形成断桩。
c) 施工过程中如发现土层有较大变化, 投料量或沉管速度异常应立即停工, 并报告驻地监理。若遇到孤石或局部硬土层致使沉管困难或无法沉管时, 要量出沉管深度至旁边再打, 量出沉管深度, 如此反复确定土中局部硬土层的范围。如范围较小, 则在原桩位灌注碎石, 碎石量仍按0.224m 3, 必要时在周边补桩以加固土基; 范围较大时, 应报设计单位进行设计变更。
d) 施工中应及时进行沉降观测和稳定性观测, 并及时整理。施工结束后, 应及时整平场地测量标高, 整理好施工记录并及时归档, 检测前最好用振动压路机进行振压数遍, 以增强处理效果。
挤密碎石桩技术以其经济、工艺简单、工期短、加固效果好等特点在地基处理时被广泛应用, 本文将结合实际工程对挤密碎石桩的设计、施工及地基加固效果进行评价。
(4)质量控制
要保证施工质量, 达到预期的加固效果就必须及时掌握控制好填料量、密实电流、留振时间这三个要素。
a）控制加料振密过程中的密实电流及留振时间。在制桩时不能把振动器刚接触填料的瞬间电流值作为密实电流, 只有振动器在固定深度上振动一定时间留振时间而电流稳定在某一数值时, 这一稳定电流才能代表填料的密实程度, 要求稳定电流值超过密实电流值, 该段桩体制作才算完成。为了保证桩体质量, 施工时上下连续, 在单位深度范围内, 碎石填充总量应符合设计规范要求, 密实电流控制在50A上, 留振时间为10-20s。
b）所用碎石填料含泥量不大于5%, 强度坚硬, 无风化, 其最大粒径不大于50mm.
c）桩位允许偏差。成孔中心于设计孔位中心偏差不大100mm, 桩体直径偏差小于50mm, 孔深为士200mm。
d）不得有短桩或漏桩。
挤密碎石桩技术以其经济、工艺简单、工期短、加固效果好等特点在地基处理时被广泛应用, 本文将结合实际工程对挤密碎石桩的设计、施工及地基加固效果进行评价。
3 工程概况
某住宅小区一居民楼工程, 位于xx河河岸二级阶梯地上，场地面高低不平, 地势较低处有沼泽湖泊和垃圾填埋坑。住宅区占地面积共计2.3万m2, 主要建筑为六层住宅楼总建筑面积70万m2。建筑结构类型是砖混结构, 抗震等级为八度设防, 工程重要性等级型为三类, 场地等级为二类, 地基等级为二级。
3.1地基处理方案经济比选
对于一个庞大的工程既要讲究实用又要讲究实惠，这就要在保障施工技术正常运行的情况下考虑各方案的成本问题，本工程采用挤密碎石桩处理方案可以从经济优化的角度做出判断。
优化原理概述
项目工程优化设计就是运用近代数学方法和工具来研究、讨论该项目的规划、设计、评价和管理决策功能等问题, 把要研究的事物用概率统计运筹模拟等方法, 经分析进而用最优化方法, 求得最优结果, 以便得到技术先进可靠、经济合理、施工方便及历时短的最佳方案。
一般来说, 对于项目工程, 必须有不同的比较方案； 而不同的方案中, 工期长短, 造价高低, 技术可靠等方面各有其优缺点, 同时还包括若干不确定的因素, 这些相互矛盾的综合因素中作出合理的方案比较, 经实践用优化矩阵法可以有规律地判断确定，见表1。
表1平分优化矩阵表

设aij是对各评价项目的评价因子的评价值, 那么各评价项目i的全体评价值为: 。
权重分5个级别见表2。
表2权重级别划分表
评价指标
方案指标程度及相应得分
技术可靠性
极可靠
5
很可靠
4
可靠
3
一般
2
无把握
1
不安全
施工难易程度
很简单
5
简单
4
较简单
3
一般
2
很复杂
1
极复杂
工期长短
很短
5
短
4
一般
3
长
2
很长
1
极长
造价高低
很低
5
低
4
一般
3
短
2
很高
1
极高
引进设备
不需要
5

不引进
3

必须引进

不同的工程, 选用的方法也不同, 而具有最大分数值为最优化方法。分项评价指标分为6个等级, 各项因素取值方法, 本文只列举几个主要影响因素的取值情况, 列于表3 中。
表3分项因素评价表
级别
极重要
很重要
重要
应考虑
意义不大
级数n
5
4
3
2
1
重要系数2n-2(n≤5)
16
8
4
2
1

3.2地基处理方案比选结果
由表4可知,挤密碎石桩法得分最高，说明了本工程采用挤密碎石桩加固的经济合理性。下面将
对其经济造价进行分析。
表4 软地基加固优选结果
评价指标分项
造价
工期
施工难易程度
技术可靠
材料用量
国内经验
引进设备
总得分
重要级别Wj
8
2
4
16
2
4
4
∑Wij
软基础加固方法
深层搅拌法
aij
1
3
3
4
2
4
0
110
得分
8
6
12
64
4
16
0
预压结合砂垫层
aij
2
1
3
3
3
4
5
120
得分
16
2
12
48
6
16
20
石灰桩
aij
2
2
3
3
2
4
5
120
得分
16
4
12
48
4
16
20
换填
aij
0
1
1
5
0
3
5
118
得分
0
2
4
80
0
12
20
挤密碎石桩
aij
2
2
2
4
2
5
5
136
得分
16
4
8
64
4
20
20
4 挤密碎石桩经济造价分析
本工程地基处理面S=210.15m×55.24m=11608.686m2。桩长从Δ4.5m至砾石层面约Δ-0.4m；平均有效桩长10m ,碎石桩桩径φ900mm ,桩呈等边三角形布置,桩距2m ,垂直间距1.732m。采用粒径不大于5cm 较为均匀的碎石,其含泥量小于10%。共施打碎石桩4432根。
平面碎石桩含桩率：
=24.3%
按虚桩1m,充盈系数1.1考虑,总用碎石量为:
V =3.14×0.452 ×(10 +1)×1.1×4432=34098m3
按碎石成桩定额单价123元/m3 计取,则碎石桩直接费:
C1=123×34098=4194159元
泥浆处理费:泥浆量V =34098×1.1=37508m3
按泥浆外运一次贴费15元/m3计取,泥浆处理费:
C2 = 15×37508= 562617元
地基处理直接费:
元/m2
施工工期:桩数N =4432根,平均制桩时间TP=1h/根按使用n=7台桩机,另备用1 台桩机,每台
每天工作时间Tw=24h。
打桩工期 ： 天
泥浆处理工期(指打桩完后的场地清理时间)
T2 = 5d
总工期 ： T = T1 + T2 = 29 +5=34d
5 基处理效果检验

静荷载试验
为了检验加固效果, 经具有资质部门对该工程采用静载试验进行检侧,其检侧桩号根据施工情况及《建筑基桩检侧技术规范》（JGJ106-2003）有关技术要求选定。试验按照国家标准GB5007-2002《建筑地基基础设计规范》中有关试验要点进行, 各试验点的极限承载力均大于300Kpa, 根据《建筑地墓技术规范》JGJ79-2002附录中条规定, 确定该工程复合地基承载力特征值大于150kpa。
6 结论
本文分析了挤密碎石桩作为软弱地基处理的可行性并分析了该方法在处理软土基础的设计、施工。经验证明挤密碎石桩作为软土基础处理手段具有较广泛用途，特别是处理大面积疏松的回填土，砂层，粉土层以及淤泥质土层等地基时具有施工简便，工期短，投资省等优点。