1、前言
振動沉管碎石樁的歷史較短，是近十幾年發(fā)展起來的一種軟基處理工法。該工法施工簡單，加固效果好，成本低廉，無污染，施工工期快等，在我國被大范圍采用。該工法適用于處理松散砂土、粉土、素填土、雜填土、粘性土、濕陷性黃土等地基土，在淤泥質(zhì)土中應(yīng)用較少。
2、工程概況
本工程為松福路土建工程一標(biāo)，位于寶安區(qū)福永鎮(zhèn)。沉管碎石樁地段主要位于該標(biāo)的K0+120～K0+311.025、K0+388.525～K0+530、K0+580～K0+810，以及K0+311.025～K0+341.025，K0+358.525～388.525橋臺過渡帶等處。
3、地基加固處理設(shè)計
根據(jù)地質(zhì)條件及加固質(zhì)量要求，設(shè)計參數(shù)如下：
?。?）樁直徑為500mm，中心間距1200mm，按正方形布置，約26000根。
?。?）樁長5.5m～9.5m不等，樁底穿透軟弱層，進(jìn)去持力層不小于1m。
?。?）樁孔填料采用未風(fēng)化的碎石，粒徑為20mm-50mm，含泥量不大于10%。
?。?）樁頂部300mm松散層挖除，鋪設(shè)300mm厚碎石墊層，并壓實。壓實系數(shù)≥0.94。
?。?）施工前先進(jìn)行試樁，再進(jìn)行平板載荷試驗，要求地基承載力不小于120kpa。
4、工程地質(zhì)條件
本工程沿線未發(fā)現(xiàn)有全新世活動斷裂存在，也未見有不利于工程穩(wěn)定的不良地質(zhì)現(xiàn)象。除K0+330-K0+360為河涌，K0+660-K0+720右幅為魚塘有少量淤泥層外，其余大部分地段為人工填土層。分述如下：
?。?）素填土（層序號1-1）：褐黃、棕黃色等，稍濕～飽和，松散狀態(tài)。主要成分為人工搬運(yùn)而來的粘性土組成，局部為淤泥質(zhì)土填筑而成。層厚0.50～9.20m。容許承載力50-80KPa。
?。?）雜填土（層序號1-2）：灰褐、黃褐色等，稍濕，松散狀態(tài)。成分以粘性土為主，含較多生活垃圾、工業(yè)廢料或建筑垃圾等，建筑垃圾以磚頭、混凝土塊為主，直徑5～35cm。層厚0.30～13.70m，層頂埋深0.00～0.20m，層頂標(biāo)高-1.00～5.62m。容許承載力60-90KPa。
?。?）亞粘土（層序號2）：灰黃～灰色，濕，軟塑狀態(tài)，含少量石英砂粒。層厚0.90～3.80m，層頂埋深1.70～4.80m，層頂標(biāo)高-0.90～1.47m。容許承載力100KPa。
（4）淤泥（層序號3-1）：深灰～灰黑色，飽和，流塑狀態(tài)。含較多貝殼碎片及有機(jī)質(zhì)，具腥臭味，土質(zhì)較細(xì)膩。層厚0.50～21.60m，層頂埋深0.00～19.20m，層頂標(biāo)高-15.25～3.49m，層底埋深2.80～23.10m，層底標(biāo)高-20.47～-0.28m。容許承載力40KPa。
?。?）中砂（層序號3-2）：深灰～灰黑色，飽和，稍松狀態(tài)，含有機(jī)質(zhì)及少量貝殼碎片，具腥臭味。分層厚0.20～9.40m，層頂埋深0.00～20.10m，層頂標(biāo)高-17.49～3.84m。容許承載力80KPa。
?。?）粘土（層序號4-1）：褐黃、淺灰色，濕，軟塑狀態(tài)。局部相變?yōu)閬喺惩痢雍?.80～7.90m，層頂埋深3.00～14.50m，層頂標(biāo)高-11.60～0.11m。容許承載力110KPa。
（7）粗砂（層序號4-2）：淺灰、灰黃色，飽和，稍松～中密狀態(tài)。層厚0.50～8.40m，層頂埋深4.50～20.50m，層頂標(biāo)高-17.45～0.00m。容許承載力180KPa。
?。?）淤泥質(zhì)粘土（層序號5-1）：深灰～灰黑色，局部淺灰色，飽和，流塑～軟塑狀態(tài)。含腐爛木屑及有機(jī)質(zhì)，具腥臭味，局部含炭化木。層厚0.50～8.00m，層頂埋深5.60～17.20m，層頂標(biāo)高-14.40～0.00m，層底埋深4.00～19.80m，層底標(biāo)高-16.50～-8.02m。容許承載力80KPa。
?。?）粘土（層序號5-2）：褐紅、褐黃、淺灰、灰白色相雜，濕，軟塑～硬塑狀態(tài)。局部含少量砂粒。層厚0.40～12.00m，層頂埋深2.20～19.45m，層頂標(biāo)高-16.10～0.02m。容許承載力160KPa。
?。?0）中（粗）砂（層序號5-3）：褐黃、灰黃、灰白、淺灰等色，飽和，中密狀態(tài)。粉粘粒含量不均勻，砂粒成份為石英質(zhì)，次圓狀，分選性差，局部相變?yōu)榉奂?xì)砂或礫砂，局部地段底部含有少量小卵石。層厚0.70～11.60m，層頂埋深6.00～21.40m，層頂標(biāo)高-18.33～0.00m。容許承載力240KPa。
?。?1）砂質(zhì)亞粘土（層序號6）：褐黃、褐紅色，濕，軟塑~硬塑狀態(tài)。由混合花崗巖風(fēng)化而成，原巖結(jié)構(gòu)尚可辨認(rèn)，除石英外其余礦物已風(fēng)化成粘性土，巖芯呈土柱狀。層厚1.30～10.60m，層頂埋深2.80～25.40m，層頂標(biāo)高-23.27～0.00m。容許承載力220KPa。
5、地基加固處理施工
沉管碎石樁是一種采用預(yù)沉導(dǎo)管、重錘振動，在軟弱地基中成孔后，將碎石擠壓入土孔中，形成由碎石所構(gòu)成的密實樁體施工的碎石樁。
?。?）試樁
沉管碎石樁施工前，根據(jù)施工規(guī)范要求須通過試驗段的施工，記錄制樁時間和深度、填入碎石量及電流的變化等，驗證設(shè)計參數(shù)和施工控制的有關(guān)參數(shù)，選定科學(xué)合理的技術(shù)參數(shù)作為沉管碎石樁施工的控制指標(biāo)。
根據(jù)設(shè)計方案，選定K0+650-K0+700右幅為實驗段，選取其中4根樁作平板載荷實驗。布樁圖如下。施工樁長6.0m，造孔電流約15A，加密電流約30A，留振時間30s，充溢系數(shù)1.02，在施工至5.5m處電流有明顯變化。
?。?）平板載荷試驗
試樁完成1月后進(jìn)行一組4根樁的平板載荷試驗。承壓板為2.0x2.0m鋼板，最大加載壓力為設(shè)計要求壓力值的2.0倍，加荷等級為10級。試驗結(jié)果見下圖。
根據(jù)對復(fù)合地基平板載荷實驗結(jié)果分析，試樁復(fù)合地基承載力達(dá)到120kpa，滿足設(shè)計承載力要求，可進(jìn)行大面積施工。
?。?）具體施工工藝
?、俟に嚵鞒桃娤聢D：
?、谑┕?zhǔn)備
A、場地平整施工：沉管碎石樁施工前先進(jìn)行場地平整，場地平整標(biāo)高根據(jù)設(shè)計標(biāo)高確定，施工時根據(jù)“寧填勿挖”的原則進(jìn)行整平。挖除地表堅硬物體，使振沖器能順利下沉。
B、布置場內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆?、道路兩邊的縱向排水溝、料場，準(zhǔn)備好照明設(shè)施以便夜間施工。
C、場地清理與掘除：在現(xiàn)場確定清理、掘除、拆除的范圍后，按施工規(guī)范和設(shè)計要求進(jìn)行清理。D、土及草皮在較干硬的地主要用推土機(jī)、人工配合、裝載機(jī)鏟除，自卸車運(yùn)輸棄于指定棄土區(qū)。低洼潮濕的地方主要用挖掘機(jī)清除，機(jī)械無法清除的地方則用人工挖除。E、填方路基用地范圍內(nèi)的垃圾、有機(jī)物殘渣及原地面以下至少200mm內(nèi)的草皮、樹根、農(nóng)作物的根系和表土予以清除，并符合沉管碎石樁樁頂標(biāo)高。F、測量放樣及布樁。根據(jù)圖紙要求的布樁原則進(jìn)行布樁，并繪制測量放線圖，交與監(jiān)理及設(shè)計單位復(fù)核后，方進(jìn)行測量放樣，每個樁位均以鋼釬作標(biāo)志，編制樁號。G、進(jìn)行施工技術(shù)交底。在施工的各項準(zhǔn)備工作完成后，施工前由技術(shù)負(fù)責(zé)人根據(jù)試樁結(jié)果及設(shè)計要求向全體施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。③沉樁操作要點(diǎn)
A、先進(jìn)行樁位測放，測量人員測量放出中心線及邊線控制樁，并做好控制樁保護(hù)，標(biāo)示樁點(diǎn)里程，根據(jù)樁位平面布置圖，用鋼尺布樁，布樁誤差控制在2cm內(nèi)。
B、機(jī)具定位：將打樁機(jī)就位，合攏合瓣樁尖，將管樁向下垂直，使樁尖對準(zhǔn)樁位標(biāo)記，繼續(xù)向下垂移樁管使樁尖入土。調(diào)整樁機(jī)搭架，使沉管與地面基本垂直，一般控制在1%以內(nèi)。
C、沉管達(dá)到設(shè)計深度后，進(jìn)行碎石灌注作業(yè)，將碎石由加料口注入樁管內(nèi)，灌入量按樁身理論方案量值與充盈系數(shù)計算。做好現(xiàn)場施工記錄，嚴(yán)格控制每根樁的碎石充盈系數(shù)，充盈系數(shù)一般控制在1.02。避免先期大后期小的不良現(xiàn)象，以增加樁的均勻性。碎石灌入量不應(yīng)少于設(shè)計值的95%，如不能順利下料時，可適量往管內(nèi)加水。
D、樁身拔管：管內(nèi)灌入碎石高度需大于1/3管長，方可開始拔管，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管時應(yīng)先振動5～10s后開始拔管，邊振邊拔，每拔高度0.5～1.0m停振，如此反復(fù)直至全管拔出。提升和反插速度必須均勻，拔管速度一般為0.8m/min（平均速度）。反插深度由深到淺，每根樁在保證樁長和碎石灌入量的前提下，總反插次數(shù)一般不得少于12次；
E、拔管成樁：振動沉管碎石樁的拔管作業(yè)與沉管灌注樁作業(yè)相同，其程序為：
以此為循環(huán)周期直至到設(shè)計樁頂標(biāo)高完成一根樁施工作業(yè)（反插次數(shù)及反插深度均應(yīng)滿足樁身設(shè)計，橫截面積為控制依據(jù)）。
F若地表水豐富或較軟弱，可先鋪一層碎石墊層，有利于排水，同時提高地基強(qiáng)度，便于機(jī)械和施工人員行走；G振動成樁至地面時應(yīng)向下復(fù)振1m，確保地表不產(chǎn)生缺碎石的凹樁。
H：碎石填量的計算
碎石擠密樁樁孔內(nèi)的填碎石量可按下式計算：
Q=K·L·πd2/4
式中：q—每根樁的填料量
L—樁長（m）
D—樁徑（m）
K—充盈系數(shù)，一般為1.02～1.05，視土性而定。
④質(zhì)量控制
碎石塊（粒徑不大于50mm）以及采用石場的石硝，通過試驗確定出最佳級配，一般經(jīng)級配后碎石料干重度γ=18.7KN/m3。保證每孔填料量，并做好填料現(xiàn)場記錄。嚴(yán)格控制振動擠密次數(shù)及電動機(jī)動率。進(jìn)行必要的成樁檢查。在試打及工程樁每100根抽查1～2根，檢查樁體是否成型完整，擴(kuò)徑是否滿足要求（d=0.8m）。最后進(jìn)行荷載試驗，以便最后確定路基處理效果。
根據(jù)設(shè)計要求及有關(guān)施工規(guī)范的規(guī)定，本工程相關(guān)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)如下表：
質(zhì)量檢驗在施工結(jié)束后一個月后即進(jìn)行。
?、菟槭瘶妒┕ぷ⒁馐马棧?/div>
A注意原材料的級配，一定要滿足設(shè)計要求。填料應(yīng)由未風(fēng)化的碎石，粒徑宜為20mm-50mm，含泥量不應(yīng)大于10%。不合格骨料嚴(yán)禁使用。
B必須做成樁實驗，根據(jù)試樁施工情況確定施工工藝參數(shù)。嚴(yán)格按成樁試驗確定的施工工藝參數(shù)進(jìn)行施工，按試樁結(jié)果控制電流和振沖器的留振時間。
C注意振密擠實效果，防止發(fā)生“斷樁”或“頸縮樁”。
D嚴(yán)格控制樁的豎直度。
E成孔時地基土應(yīng)接近最佳（或塑限）含水量，當(dāng)場地內(nèi)土質(zhì)變化較大或土的含水量超過22%時，施工前宜進(jìn)行成孔試驗以便查明成孔質(zhì)量和擠密效果。
F正式施工前應(yīng)進(jìn)行成樁試驗，試驗樁數(shù)為7～9根。
G正式施工時，要嚴(yán)格按照設(shè)計要求的樁長、樁徑、樁間距、碎石灌入量以及試驗確定的提升高度和速度、擠壓次數(shù)和留振時間、電機(jī)的工作電流等參數(shù)進(jìn)行施工，以確保擠壓均勻和樁身的連續(xù)性。
H、平面施工順序：宜采用由中間向外圍順序施工。在既有建筑物臨近施工時，應(yīng)背離建筑物方向進(jìn)行。
I應(yīng)保證起重設(shè)備平穩(wěn)，導(dǎo)向架與地面垂直，垂直偏差不應(yīng)大于1.5%，成孔中心與設(shè)計樁位偏差不應(yīng)大于50mm，樁徑偏差控制在±20mm以內(nèi)，樁長偏差不大于100mm。
J碎石灌入量不應(yīng)少于設(shè)計值的95%，如不能順利下料時，可適量往管內(nèi)加水。
K、成樁后應(yīng)將樁頂松散層挖除，然后鋪設(shè)并壓實碎石墊層。
L、填土施工前應(yīng)根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2002進(jìn)行復(fù)合地基承載試驗，復(fù)合地基承載力必須達(dá)到250Kpa以上。⑥施工中常見問題及預(yù)防、處理方法如下表：
6、復(fù)合地在基檢測
施工一個月后對本標(biāo)段碎石樁進(jìn)行重型動力觸探，以便檢驗樁身質(zhì)量、樁身密實度等。共檢測118根樁，觸控?fù)魯?shù)均大于5擊。滿足規(guī)范要求。對復(fù)合地基進(jìn)行承載力檢測，共檢測30點(diǎn)，承載力均大于120kpa，也滿足設(shè)計要求。
7、結(jié)束語
筆者認(rèn)為，碎石樁復(fù)合地基一般都能滿足設(shè)計要求，特別是在雜填土地段，成孔穿透能力較強(qiáng)。但在深圳地區(qū)不宜推廣。因為：從工程造價來講，深圳地區(qū)砂石料匱乏，砂石樁復(fù)合地基的每平方米造價高于深層攪拌樁，砂石樁排水加載預(yù)壓的造價更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塑料排水板加載預(yù)壓。且目前常用的振動沉管樁機(jī)的振動樁錘電機(jī)功率都較大，在淤泥等軟弱土層中進(jìn)尺很容易，如果以“穿過軟弱土層進(jìn)行下臥層0.5m”作為樁長控制指標(biāo)通常容易導(dǎo)致對樁長失控。如果場地土層比較單一，且起伏不大時，在樁長能夠滿足地基沉降要求或抗液化要求的情況下，以設(shè)計深度控制樁長比以持力層控制樁長更為妥當(dāng)。
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