振动沉管挤密碎石桩加固地基的原理及其质量控制.doc

振动沉管碎石桩加固地基的原理及其质量控制振动沉管挤密碎石桩加固地基的原理及其质量控制摘要：在软土地基处理方法中，出现了一种代替振冲碎石桩的新的施工方法。就振动沉管挤密碎石桩的概述、加固原理、使用机械及材料、质量控制、施工中的问题及处理、效益分析等方面进行论述。主题词：复合地基；振动沉管；挤密碎石桩；密实电流;留振反插。1、概述振动沉管挤密碎石桩简称碎石挤密桩,是一种新的软土地基的处理方法。加固砂土、粉土地基，可以使地基的承载力增加,沉降量减少，防止地震液化的发生，同时亦可用于增大软弱粘性土的整体稳定性，同时还具有机具简单、施工简便快捷、工期短、适用性广、投资少、成本低等特点。2、工程实例中石化胜利油田分公司石油化工总厂柴油质量升级项目100万吨/年柴油加氢装置碎石桩地基处理工程,位于东营市西南13Km处胜利石油化工总厂厂内预留场地,场地为黄河下游三角洲冲积平原。场地内的底层除局部表层为素填土外,其下均为黄河三角洲第四纪新近沉积和一般沉积的粘性土、粉土、细砂土构成.地基处理采用振动沉管挤密碎石桩基础,设计桩径为500mm,有效桩长为12m,布桩采用三角形布桩，桩间距东西向550mm，南北向955mm。压缩机棚碎石桩1245根，变电所碎石桩740根，装置区碎石桩3827根，碎石桩共计5812根，总延米60744m.(见图1）图1 胜利石化总厂碎石桩地基处理工程施工现场3、加固原理碎石挤密桩是通过成桩过程中对周围砂土、粉土层的挤密、振密作用和靠碎石的压入获得加固效果,使砂土、粉土地基的密实度增加；同时设置的碎石挤密桩增强体，本身又是一个良好的排水通道,它的存在不仅有利于砂土、粉土地基中超孔隙水压力的消散,有效地增强土体的抗液化能力,而且在荷载的作用下,碎石挤密桩增强体又与砂土、粉土地基共同承担荷载作用，即形成碎石挤密桩复合地基。3。1 对可液化砂土、粉土的加固机理碎石挤密桩加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基土承载力，减少变形和增强抗液化性。（1） 挤密作用在成桩过程中桩管对周围砂土、粉土层产生很大的横向挤压力，桩管体积的土挤向桩管周围的土层,使桩管周围的土层孔隙减小、密实度增大。（2) 排水降压作用碎石挤密桩加固砂土时,桩孔内充填反滤性好的粗颗粒料(碎石、砾石、卵石) ,在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高,防止砂土、粉土产生液化，加快地基的排水固结。(3) 预振效应碎石挤密桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振效果，对砂土、粉土增强抗液化能力是极为有利的。3.2 对粘性土的加固机理碎石挤密桩加固粘性土地基的主要目的是提高地基土承载力、减少地基沉降量、提高土体的抗剪强度、增大土坡的抗滑稳定性。(1) 置换作用对粘性土地基，由于土的粘粒含量多,粘粒间结合力强，渗透性低,在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，因此碎石挤密桩的作用不是地基挤密,而是置换。（2） 排水作用碎石挤密桩在粘土中形成一个良好的排水通道，起到了排水砂井的作用，且缩短了孔隙水的水平渗透（3) 加筋作用对于浅层软土层,碎石挤密桩可贯穿整个软土层至相对硬层，此时桩体在荷载作用下主要起应力集中作用，使地基承载力提高、压缩性减小。（4） 垫层作用软土层较厚时，碎石挤密桩可不穿过软土层,此时形成的加固复合土层起垫层作用，垫层将荷载扩散，使应力分布趋于均匀，从而达到提高地基承载力和减小沉降量的目的。4、使用的机械和材料4.1 使用的机械振动碎石桩使用机械主要有振动打桩机、下端装有活瓣钢桩靴的桩管、移动式打桩机架、装碎石的料斗等。4。2 成桩的材料桩体材料可用含泥量不大于5的碎石、卵石等未风化的硬质材料，最大粒径不得超过5cm，最好采用25cm。碎石进场后，施工单位与监理单位应对碎石共同见证取样，送样到有资质的检测单位进行检测。5、质量控制5.1 施工前质量控制1、检查施工应具备的资料：建筑物场地工程地质资料和必要的水文地质资料，施工图纸及图纸会审纪要；2、对场地进行平整，检查建筑场地和邻近区域的地下管线（管道、电缆）,地下构筑物，旧建筑原先的基础情况等；3、施工单位建立和健全质量保证体系。4、施工单位写出碎石桩施工方案，明确施工顺序、施工方法，计算出所需配备的机具设备,及所需材料用量，排出施工进度计划和绘出施工平面布置图.施工方案应报监理单位审批。5、检查碎石是否能保证充足的供应。6、检查施工机械是否符合设计和施工要求，并进行检修调试。7、平整场地后，设置坐标、高程控制点与轴线定位点,放出桩位点，用短钢筋或小竹签标志出桩孔中心位置,并用白灰洒出桩位,方便桩尖与桩位对中。施工单位放线完成后,应报监理单位验收。桩位允许偏差为3cm.8、向打桩操作人员进行技术和安全交底.9、施工前应选择79 根桩进行试成桩试验，并确定施工中的控制参数。5.2 打桩过程的质量控制1、移动桩机，把桩尖对准桩位闭合桩靴，桩管垂直对位，经施工单位质检人员和监理人员检查，对位核准无误后，用经纬仪或吊锤从两个方向检查桩管垂直度，防止成孔倾斜,桩管垂直度偏差不应大于1，同时测地面高程，以便控制成孔深度。2、启动振动机，将桩管下到预定的深度沉管深度应达到设计要求，如沉管无法达到设计深度或其它特殊情况时，施工单位应报监理方、建设单位同意后方可投料拔管，必要时通知设计单位处理。3、向桩管内投入规定数量的碎石根据施工试验的经验,为提高施工效率，装碎石也可在桩管下到便于装料的位置进行。4、把桩管提升到一定高度,（下料顺利时不超过1-2 米)，提升时桩尖自动打开，桩管内的碎石流入孔内.5、降落桩管,利用振动及桩尖的挤压作用使碎石密实。在软粘土中，桩管在打到规定深度后投入石料，应复打2-3 次。若不采取这个措施，因桩管拉拔时，底部的软粘土没有经过挤密又重新回复,形成缩颈和断桩，同时,底部软粘土受到振动后会往下塌沉,而采取复打后，可以使底部更密实。6、提升桩管提升桩管的过程,应从拔管速度和填料量两个方面保证桩身的质量。（1）控制拔管速度主要保证桩身连续性。如拔管速度太快，容易形成断桩、缩颈现象，拔管速度太慢，则所需消耗的碎石量增加,成本增加。拔管方式也可分一次拔管法和逐步拔管法。1）一次拔管法边振动边匀速拔出桩管到地面，拔管速度根据现场试验确定，一般拔管速度为1。01。5 米/分钟。2）逐步拔管法边振动边拔动桩管，每拔起一定长度，应停拔振动若干秒，反复进行直至桩管拔出地面.具体的参数应根据现场试验确定。（2）控制填料量则是保证桩直径，填料量应通过现场试验确定,估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数确定，充盈系数一般取1.21。4。如施工中地面有下沉或隆起现象,则填料量应根据现场具体情况予以增减.当实际灌料量未达到设计要求时，可在原位再沉下桩管，并灌碎石复打一次。拔管速度和填料量二者是相互联系的，在一定的填料量的情况下，需要控制好拔管速度，才能使碎石挤振开,而在一定的拔管速度下，也要求有足够的碎石量保证桩的成形。7、桩管拔出地面，确认成桩符合设计要求后,移机进行下一根桩施工。8、碎石桩的施工顺序：对于粘性土，宜从中间向外围或一边向另一边进行施工。如果由外向内施工，在外围桩加固好后，中间的桩很难挤振开来。如附近有建筑物，必须先从邻近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移，必要时采取隔振措施,以免对原建筑物产生影响。6、碎石桩施工中常见问题及其处理6。1 碎石桩密实度不够分析原因：由于碎石振密施工具有隐蔽性，若仅靠电流控制、仪表读数及经验等来判断施工情况，难以保证不会对工程的质量、进度和成本造成影响。处理方法：（1）碎石必须要有良好的级配,且碎石料径不大于50mm。同时要保证碎石的强度。(2)应严格控制留振时间和密实电流的变化，留振时间达到施工控制参数的要求，切勿欠振；而密实电流的变化反映挤密程度及效率.当电流达到一定的不变值，表明桩体的密实度接近饱和.（3）桩机操作人员必须具备操作上岗证,施工技术员要在现场监测记录数据，并比较电流等参数是否在预计的范围内。如遇到特殊情况须改变电流等参数，要及时指挥操作人员的操作。（4）每次开工前要检测桩机的性能以及仪表工作是否正常。6。2 施工单位施工时遇异常情况时,未进行处理，盲目按原方案施工分析原因：局部地质状况复杂，地勘资料未反映出来，施工管理人员质量意识不强。处理方法：施工前做好相应的技术交底,施工时若发现异常情况，应及时报告业主、监理、设计、勘察单位,并制定相应处理方案。6。3 缩径或桩径不够分析原因：因土质软，桩管提升过程中土体收缩快。处理方法：(1）加大桩瓣尺寸.（2）施工过程中按试验桩时确定的拔管控制参数控制.6。4 桩位偏差较大分析原因：（1)沉管前桩尖对位时不准确。(2）因土质松软，经成管机械来回走动和施工中产生的振动影响，土体移动，未施工的桩位标志产生位移。处理方法：(1）沉管前桩尖对位应准确,应经施工单位质检人员和监理人员检查后方可开始沉桩。(2）在放线时，每条轴线必须确定控制桩，在桩机就位后再进行二次复验，以保证桩位的准确性。6。5 放线控制点移动分析原因：由于碎石桩施工时地面变形较大，坐标、高程控制点及轴线定位点等如果离场地较近,易变形。处理方法：设置控制点时应离场地稍远，以保证其准确性不受影响，并应对做好监测和复核工作。7、效益分析7。1 与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动冲孔碎石桩是冲孔后提出冲孔器之后，直接向土孔内投碎石;而振动沉管法为向沉管中投碎石，减少了冲孔器的提升距离和频率,大大提高了施工进度，工序合理，提高工效30 %。7。2 与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动沉管挤密法在沉管中完成碎石的投入,有效地防止了塌孔及断桩事故发生;且碎石在沉管中振实挤密，桩径得到了有效控制，垂直度有保障，施工过程更简便，施工质量也更加容易控制，节约材料费20 %左右,劳动力10 %左右，约降低成本25 。7。3 与排水固结法相比,加固期短，可以采用快速连续加载方法施工路堤，对缩短工期十分有利，且易就地取材,经济效益明显.7。4 充分利用天然材料,无污染,社会效益显著。参考文献1叶书麟 叶观宝；地基处理（第二版）。中国建筑工业出版社，2004：.2南黄河 杨小玉；振动沉管碎石桩加固地基施工技术 山西建筑 2007 第35期。3李波 张建平 杨蕾;振动沉管碎石桩加固软土地基的效果评价科学技术与工程 2010 第19期4吴建华；振动沉管碎石桩在地基处理中的应用 江苏建筑 2008 第6期9