一、前言
振動(dòng)沉管擠密樁有碎石樁、砂樁、砂石混合樁等，碎石樁是擠密樁處理方法之一，分濕法與干法兩種，在軟土地基中應(yīng)用較為廣泛。振動(dòng)沉管碎石樁屬于干法碎石樁，對(duì)于砂土、粉土等的作用主要為擠密、振密及排水，對(duì)粘性土主要為置換、排水。通過振動(dòng)沉管碎石樁對(duì)地基的處理，能減少地基的沉降量、提高復(fù)合地基承載力。
二、振動(dòng)沉管碎石樁機(jī)理
振動(dòng)沉管碎石樁加固機(jī)理：沉管在振動(dòng)打入過程中對(duì)周圍土層進(jìn)行側(cè)向擠密，管內(nèi)填料振動(dòng)拔升時(shí)，管內(nèi)碎石在重力作用下落在地基土中形成碎石樁身，通過反插使得碎石樁體直徑擴(kuò)大并達(dá)到樁體密實(shí)，按一定間距重復(fù)施打，又使樁與樁之間的土層密實(shí)度得到增加，同時(shí)打設(shè)的每根碎石擠密樁體，形成一個(gè)個(gè)良好的豎向排水通道。地基處理后表層通常設(shè)置0.5m厚的砂褥層，處理后土體中的水滲出進(jìn)入豎向排水通道，再進(jìn)入砂褥層中水平方向排出，有利于砂土、粉土地基中超孔隙水壓力的消散，有效地增強(qiáng)土體的抗液化能力，固結(jié)過程中，樁體本身及樁間土層承載能力得到提高，碎石擠密樁增強(qiáng)體與砂土、粉土地基等共同承擔(dān)荷載作用，形成碎石擠密樁復(fù)合地基。
振動(dòng)沉管碎石樁作為一種大型樁機(jī)，有走管式、步履式、履帶式幾種，功率有俗稱的60、75、90、110、120甚至150型。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的樁徑、樁長(zhǎng)及地質(zhì)條件選用機(jī)型。沉管碎石樁機(jī)的施工步驟主要為：(1)移動(dòng)樁機(jī)及塔架，把樁機(jī)及樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位；(2)啟動(dòng)振動(dòng)錘，把樁機(jī)沉管下沉到設(shè)計(jì)的深度；(3)向沉管內(nèi)投入規(guī)定數(shù)量的碎石；(4)振動(dòng)提升時(shí)管內(nèi)石料在重力作用下流入鉆孔中；(5)反插沉管，使石料密實(shí)并擴(kuò)大樁徑；(6)重復(fù)(4)、(5)步驟；(7)成樁結(jié)束，樁機(jī)移至下個(gè)樁位，重復(fù)上述步驟，直至施工完成。
振動(dòng)沉管擠密碎石樁具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、施工快、無污染等特點(diǎn)，在軟土地基處理中得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過碎石樁處理的地基有以下幾個(gè)方面效果：
1、復(fù)合地基的承載力得到明顯提高。
2、與振沖碎石樁（濕法碎石樁）相比，振動(dòng)沉管碎石樁克服了振沖碎石樁耗水量大和泥漿污染的弊病。
3、處理深度較深，有效的減少深層土體的沉降量，處理后的地基整體性較強(qiáng)。
三、常見的問題分析及處理
但是筆者認(rèn)為，碎石樁用于地基處理，因其成樁原理、用料等有其特定的缺陷，其樁身是由散體材料組成，材料本身沒有粘性強(qiáng)度，樁體的強(qiáng)度主要是靠周圍土體的約束和樁身材料的摩擦維持的，在承受上部荷載時(shí)，樁體主要受力集中在樁頂附近4倍左右的樁徑范圍內(nèi)，作為復(fù)合地基承載效果明顯，但遇到開挖或埋設(shè)管道等，復(fù)合地基即遭到破壞，同時(shí)對(duì)各種不同地質(zhì)條件的地基，相同的處理方法，得到的地基復(fù)合強(qiáng)度不一樣。碎石樁處理的效果與地質(zhì)條件、樁間距、樁直徑、樁深度、材料的選用等有密切的關(guān)系，因此正式施工前需要對(duì)整個(gè)處理區(qū)域合理選擇試樁范圍、試樁根數(shù)，以取得最合理、最滿足設(shè)計(jì)要求的施工參數(shù)。另外在諸多工程實(shí)踐中如樁身拔管后頸縮，反插后造成斷樁、填料量難以下沉、打入困難、樁尖活瓣難以打開等均需在實(shí)踐中有待改進(jìn)與加強(qiáng)。
因此，在實(shí)際施工中對(duì)沉管碎石樁的施工工藝需要進(jìn)行分析，擬定最合理的施工方案，不能準(zhǔn)備不充分就貿(mào)然施工，否則會(huì)造成施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，浪費(fèi)成本延長(zhǎng)工期。
以某石化油罐地基處理為例，分析施工中經(jīng)常出現(xiàn)的問題及處理方法。
工程概況簡(jiǎn)述：油罐基礎(chǔ)直徑32m～43m，由中心點(diǎn)向外呈放射性布置樁位，樁直徑0.6m，樁長(zhǎng)19m～22m，采用振動(dòng)沉管沉樁碎石樁工藝施工，碎石樁總數(shù)量共計(jì)105000m。處理后的地基承載力特征值fak≥200kPa。檢測(cè)需提供施工前后的物理力學(xué)指標(biāo)如：空隙比、含水率、內(nèi)摩擦角、地基承載力特征值及各土層的壓縮模量等及施工參數(shù)。
地質(zhì)報(bào)告簡(jiǎn)述：
?、?1素填土：灰黃色，稍密，稍濕，成份以粘性土為主，為人工堆填物，局部含少量塊石，粒徑在2.0-20.0cm，硬雜質(zhì)約占20%，經(jīng)過強(qiáng)夯處理，夯擊能量為點(diǎn)夯2000KN.M和3000KN.M，滿夯1000KN.M，揭露厚度為1.50～3.50m，夯擊停滯時(shí)間半年。
?、?2填砂：松散～稍密，主要由吹填砂而成，含殘質(zhì)貝殼，疏密不勻。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度：3.0～6.0m。工程地質(zhì)性能差。
?、谟倌噘|(zhì)土：灰色，軟塑，飽和，成份由粘、粉粒組成，含腐蝕質(zhì)，嗅有臭味，厚度：1.00～5.60m。屬高壓縮該層為飽和軟粘土，力學(xué)性能差。
?、壑猩埃簺_洪積成因，該層在新近回填區(qū)有分布，飽和，稍密告～中密，含少量粘性土，顆粒級(jí)配差，為中壓縮性土。厚度1.10～4.50m。力學(xué)性能一般。
?、芊圪|(zhì)粘土：灰黃色，可塑～硬塑，濕～飽和，成份以粘粉粒為主，手搓具有少許砂感，粘韌性一般，刀切面較光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等。揭露厚度為1.50～3.00m。工程地質(zhì)性能較好。
?、輾埛e砂質(zhì)粘性土：灰黃色，可塑～硬硬，飽和，母巖為花崗巖，組織結(jié)構(gòu)已全部破壞，礦物成份除石英外均已風(fēng)化成土狀，風(fēng)化較為均勻，揭露厚度為1.90～8.20m。工程地質(zhì)性能良好。承載力特征值為240Kpa。
?、奕L(fēng)化花崗巖：灰黃色，巖芯呈散體狀，手捏即散，遇水易軟化、崩解，組織結(jié)構(gòu)基本破壞，礦物成份已風(fēng)化成土狀。揭露厚度為2.30～9.90m。工程地質(zhì)性能良好。承載力特征值為300Kpa。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看并對(duì)照地質(zhì)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)該工程施工難度極大，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：
1、原場(chǎng)地經(jīng)過強(qiáng)夯處理，雖然夯擊能量不大，但對(duì)于振動(dòng)沉管碎石樁機(jī)而言，沉管難度極大。如果當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)給予順序顛倒，即先進(jìn)行振動(dòng)沉管碎石樁施工，而后再表層強(qiáng)夯處理，則碎石樁施工難度降低，整個(gè)場(chǎng)地的地基承載力也將大大增加?，F(xiàn)在是先強(qiáng)夯后打碎石樁，碎石樁沉樁極為困難，振動(dòng)施工的全過程也將原強(qiáng)夯處理場(chǎng)地全部振松，強(qiáng)夯處理的硬殼層全部被破壞。
2、樁位為圓形布置，從中心點(diǎn)開始向外呈放射性布置，樁位布置在弧長(zhǎng)上，間距不一，從0.9m～1.3m，樁間距較密。這種方法布樁，對(duì)于油罐基礎(chǔ)而言有好處，但對(duì)實(shí)際施工非常不利，間距過密成樁很困難，順圓弧放射性布樁則導(dǎo)致樁機(jī)移位對(duì)位困難。
3、地質(zhì)報(bào)告顯示①-2為吹填砂層，③中砂層。振動(dòng)沉管對(duì)砂層的穿透難度大，尤其是中砂層，厚度在3m左右。
鑒于上述難點(diǎn)，項(xiàng)目部進(jìn)行充分分析，最后形成以下施工措施：
1、采用DZJ-110以上錘頭進(jìn)行沉孔，如沉孔還是困難則需要螺旋樁機(jī)引孔。
2、改進(jìn)樁尖，采用外掛八字形活瓣式樁尖，同時(shí)對(duì)樁尖鋼板加厚，活瓣鉸鏈軸加粗。
3、對(duì)管內(nèi)充氣或充水作為輔助下料措施。
4、樁機(jī)機(jī)臺(tái)前段根據(jù)情況增加4T配重塊。
5、及時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃，確保工程質(zhì)量與工期。
實(shí)際施工后，由于表層土被強(qiáng)夯密實(shí)過，即使是DZJ-110樁機(jī)，僅0.8m長(zhǎng)度的樁尖段在打入時(shí)需用時(shí)15分鐘以上，樁機(jī)機(jī)架抖動(dòng)非常厲害，電流達(dá)到200A以上，有時(shí)瞬間電流值到最大值，即使加壓加配重，也無法完成沉樁?？紤]暫不引孔，又更換DZJ-150樁機(jī)進(jìn)行施工，因啟動(dòng)電流過大，接觸器經(jīng)常燒毀，同時(shí)在150錘啟動(dòng)時(shí)，別的樁機(jī)無法啟動(dòng)，因此直接通過振動(dòng)成樁不具備正式施工推廣。設(shè)計(jì)、監(jiān)理及業(yè)主現(xiàn)場(chǎng)察看后研究決定，采用螺旋樁機(jī)引孔，引孔深度6m，引孔直徑0.4m，這樣才解決成孔問題。即便如此，樁機(jī)穿透下部?jī)蓪由皩訒r(shí)也非常困難。
下料困難的解決。本工程在樁管沉到設(shè)計(jì)深度后開始填料，但管內(nèi)碎石料在重力作用下基本上不下，數(shù)次反插效果不大，因此決定改造沉管，增加充氣閥門，即在沉管投料口的位置增加活動(dòng)閥門，投料時(shí)關(guān)閉高壓氣體，閥門在碎石進(jìn)料時(shí)打開，投料后通過向管內(nèi)充氣，閥門自動(dòng)關(guān)閉。在向管內(nèi)充入高壓氣體后，下料較為順利。因向管內(nèi)充入高壓水效果與高壓氣體相比差不多，后改為充水，充水既增加碎石的流動(dòng)性，同時(shí)注入的水在地基深處一定程度的促進(jìn)地基土的液化?；畎陿都庠瓰槠桨迨?，分內(nèi)置外置兩種，施工時(shí)為加大樁管下沉速度，重新設(shè)計(jì)成外置式八字形活瓣樁尖，并加厚活瓣鋼板厚度，加粗活瓣鉸鏈軸桿，以避免活瓣樁尖經(jīng)常出現(xiàn)損壞延誤工作時(shí)間。
樁機(jī)前段增加配重是不得已采取的措施，主要的目的還是在加壓鋼絲繩收緊時(shí)輔助以反作用力，用以加速樁管下沉，但是樁機(jī)移動(dòng)、振動(dòng)打入時(shí)對(duì)機(jī)架的安全性、設(shè)備正常工作都受到很大影響。
經(jīng)過上述措施后的施工較為順利，但實(shí)際施工進(jìn)度仍較為緩慢，主要是樁位呈圓弧性放射性布置，每打1根樁均需移機(jī)對(duì)樁位，正常樁位無論是三角形布置或是正方形布置，每排樁上的移機(jī)對(duì)位較為簡(jiǎn)單，而圓弧性則需樁機(jī)整體平移和扭轉(zhuǎn)移位同時(shí)進(jìn)行，因而造成施工效率下降很多。
本例工程中基本上遇到振動(dòng)沉管樁機(jī)施工的各項(xiàng)難點(diǎn)，如表層過硬、中間夾砂、局部遇到孤石、下料困難、移機(jī)對(duì)樁位困難等，如果施工前不進(jìn)行場(chǎng)地現(xiàn)狀分析，貿(mào)然組織施工只能是失敗，即使后期調(diào)整也勢(shì)必造成成本增加，工期延長(zhǎng)。當(dāng)然解決的方法還有多種，只有分析才能找出最經(jīng)濟(jì)、最安全、最可靠的滿足設(shè)計(jì)要求的施工辦法。
上述工程施工結(jié)束后，通過第三方對(duì)樁身、樁間土等檢測(cè)滿足設(shè)計(jì)要求。
四、結(jié)語
振動(dòng)沉管樁在現(xiàn)實(shí)施工中雖然有其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、施工快、無污染等特點(diǎn)，但是缺點(diǎn)也比較多，除上述工藝方面、地質(zhì)條件等限制外，還存在施工時(shí)振動(dòng)大，對(duì)周圍的環(huán)境有影響，同時(shí)不排除樁對(duì)周圍建筑的地基也有影響等。因此需要我們?cè)谑┕み^程中加以總結(jié)，對(duì)其適應(yīng)性、安全操作性、工程質(zhì)量控制等做出優(yōu)化，使得該機(jī)型在實(shí)際工作中發(fā)揮最大效率。
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