1概述
軟基振動沉管擠密碎石樁，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。
中國鐵建十六局集團路橋工程有限公司承建的滬昆鐵路江西段5標四工區(qū)路堤，基底為低液限粘土，路基填筑前采用了碎石擠密樁施工處理，竣工后經(jīng)監(jiān)測，路基穩(wěn)定?？梢?，碎石擠密樁能提高地基承載力，減少沉降量，防止地震液化的發(fā)生。此外，碎石擠密樁施工還可以改善施工條件，加快施工進度，降低工程造價，有著廣泛的應用前景。
2技術特點
2.1作業(yè)規(guī)范化、程序化、標準化。
2.2施工簡單，工藝流程清晰，操作者和管理者易于掌握。
3使用范圍
本方法使用與松散砂土、粉土、低液限粘土、索填土和雜填土及其他劣質(zhì)土地質(zhì)條件下修筑鐵路路基、公路路基、房建地基、機場、碼頭的基礎加固。
4基本原理
碎石擠密樁是通過成樁過程中對周圍砂土、粉土層的擠密、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；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。
4.1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
碎石擠密樁加固砂土時，樁孔內(nèi)充填反濾性好的粗顆粒（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，加快地基的排石固結(jié)。
（3）預振效應
碎石擠密樁在成孔及成樁時，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。
4.2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。
?。?）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不宜排走，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路徑，加速了軟土的排水固結(jié)。
（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，此時狀體在荷載作用下主要起應力集中作用，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，使應力分布趨于均勻，從而達到提高地基承載力和減小沉降量的目的。
5工藝流程
5.1場地平整、測量放線、樁機就位，人工合龍活瓣式樁尖，對準地面上標定的樁位。
5.2開動振動機把套管沉入土中，如遇到堅硬難沉的土層，可鋪助以噴氣或射水沉入，把套管沉到設計深度。
5.3將料斗插入樁管，向管內(nèi)灌入一定量的碎石。
5.4再將套管提升到一定高度，套管內(nèi)的碎石被壓縮空氣從管內(nèi)壓出。
5.5繼后將套管沉入到規(guī)定的深度，并加以振動，使排出的碎石振密。
5.6再一次向套管內(nèi)灌入一定量碎石。
5.7把套管提升到規(guī)定的高度。
5.8重復（5）~（7）工序，直到地面，振動沉管擠密碎石樁成樁。
在碎石樁施工前首先平整場地，局部低洼處可填土或填碎石找平，再進行初壓，采用靜壓壓路機碾壓，確保樁機走行平穩(wěn)，其次進行材料準備、測量放線，實地標出打樁范圍與樁位，然后才開始碎石樁施工。
在以上各施工程序中，關鍵是施工中對水、電、料的控制，即上流程的下沉擠密過程和投料與提管過程。為保證質(zhì)量，本著“少吃多餐”的原則進行加料，每次提升高度以套管樁尖不離開碎石面為宜，以防塌孔、縮徑、斷樁的發(fā)生，具體參數(shù)與地質(zhì)條件有關，因此必須通過實驗現(xiàn)場確定。
6操作要點
6.1正式施工前應進行成樁試驗，試驗樁一般為7~9根；
6.2正式施工時，要嚴格按照設計的樁長、樁徑、樁間距、碎石灌入量以及試驗確定的樁管提升高度和速度、振密擠壓次數(shù)和留振時間、電機的工作電流等施工參數(shù)進行施工，以確保碎石擠密樁樁身的均勻性和連續(xù)性；
6.3施工順序從四周邊開始向中心進行，相鄰兩樁必須跳躍間打；
6.4應保證起重設備平穩(wěn)，導向架與地面垂直，垂直偏角不應該大于1.2%，成孔中心與設計樁位偏差不應大于40mm，樁徑偏差控制在±15mm以內(nèi)，樁長偏差不大于100mm；
6.5邊振動邊下沉，通常每下沉0.5m留振30s；
6.6啟動拔管，拔管前留振1min，以后邊振動邊拔管，拔管速度需均勻且每拔管1m留振min
6.7碎石灌入量不應該少于設計值的95%（碎石灌入量按每延米不少于0.224m3計算），如不能順利下料時，可適量往管內(nèi)加水；
6.8提升和反插速度必須均勻，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（φ377）或9次（φ426）；
6.9若地表水豐富或較軟弱，可先鋪一層碎石墊層，有利于排水，同時提高地基強度，便于機械和施工人員行走；
6.10振動成樁至地面時應向下復振1m，確保地表不產(chǎn)生缺碎石的凹樁。
7機具設備
碎石樁施工的機械設備是以振動沉管樁機為核心，其他設備與樁機的生產(chǎn)能力相匹配，并滿足質(zhì)量控制和檢測的需要，主要設備見表1。
表1機具設備
機具設備名稱 數(shù)量 機具設備名稱 數(shù)量
LC履帶式沉管樁機/臺 2 T220推土機/臺 1
110kW發(fā)電機組/臺 1 自制手推車/臺 3
1.5kW水泵 1 重Ⅱ型動力觸探儀/套 1
5T自卸車 10 TCRP1201+400全站儀 1
ZY25壓路機 1 LEICA0.3水平儀/套 1
8勞動力組織（表2）
表2勞動力組織
序號 工種 人數(shù) 分工
1 領工員 1 現(xiàn)場指揮
2 技術員 3 技術指導、記錄
3 測試人員 6 檢測、質(zhì)檢記錄
4 安全員 1 安全檢查及值班
5 樁機司機 2 操作樁機
6 投料工 4 碎石樁投料
7 機修工 1 設備檢修、調(diào)試
8 水電工 1 供水、供電
9 機械司機 8 土石方機械
10 合計 26 （含材料運輸）
9安全措施
9.1確定安全生產(chǎn)目標，制定安全生產(chǎn)制度，落實安全生產(chǎn)責任制和“三工”教育制度
9.2加強對施工人員的崗前安全培訓教育，樹立安全第一的思想，文明施工。
9.3開工前清除一切施工障礙，清理地表障礙，妥善處理地下管線及空中管線，不留隱患。
9.4機具開工前需進行檢測調(diào)試，確保安全可靠，施工中隨時檢查設備的完好率；
9.5施工人員必須戴各種防用品，統(tǒng)一指揮，服從安排。
9.6加強用電管理，嚴格執(zhí)行用電安全操作規(guī)程。
9.7執(zhí)行安全施工值班制度，認真進行工前動員、工中檢查、工后講評。
10質(zhì)量標準與控制
執(zhí)行標準：《鐵路軟土地基路堤設計與施工技術規(guī)范》，《鐵路工程質(zhì)量檢驗評定標準》、和中華人民共和國行業(yè)標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》。
10.1材料：應由未風化的干凈礫石或軋制碎石而成，粒徑宜為20~50mm，含泥量不大于5%，最大粒徑不應超過5.0cm。
10.2制樁試驗：施工前按規(guī)定做成樁試驗，嚴格按試樁結(jié)果控制水壓，振密電流和沉管的留振時間，以及分批加入的碎石量，沉管提升高度、速度等，經(jīng)驗證設計參數(shù)和施工控制的有關參數(shù)作為碎石樁施工的控制指標。
10.3碎石樁實測項目：碎石樁實測項目見表3。
表3碎石樁實測項目
項目檢查 規(guī)定值或允許偏差 檢查方法和頻率
樁距/mm ±150 抽查10%
樁徑/mm 不小于設計 抽查10%
樁長/m 不小于設計 查施工記錄
豎直度/% 1.5 查施工記錄
灌石量 不小于設計 查施工記錄
10.4單樁灌石量（Q）的計算
Q=K×L×πd2／4(m3)
式中d—樁管直徑，/m；
L—碎石樁長度，/m；
K—碎石樁充盈系數(shù)，一般為1.15～1.50，
視土性而定，實驗確定。
10.5碎石樁密實度檢測：檢測頻率宜抽檢5%，要求用重Ⅱ型動力觸探測試，貫入量10cm時，擊數(shù)不小于5次。工程實踐表明，重Ⅱ型動力觸探不僅能作為檢驗和評定碎石擠密樁的連續(xù)性及其密實程度，而且作為確定碎石擠密樁單樁承載力也是十分有效的。
11效益分析
11.1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，直接向土孔內(nèi)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，提高工序30%。
11.2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，有效地防止了塌孔及斷樁事故發(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，約降低成本25%
11.3與排水固結(jié)法相比，加固期短，可以采用快速連續(xù)加載方法施工路堤，對縮短工期十分有利，且易就地取材，經(jīng)濟效益明顯。
11.4充分利用天然材料，無污染，社會效益顯著。
12工程實例
中國鐵建十六局集團路橋工程有限公司承建該工程K622+500~+844處軟基1處，基礎為低液限粘土，一般厚度5~7m，地表為常年積水，粘土呈可塑狀，部分為軟塑或流塑狀，經(jīng)鐵二院工程試驗檢測中心檢測，完全符合規(guī)范及設計標準，經(jīng)監(jiān)測，工程全工后地基沉降量完全滿足規(guī)范及設計要求。
采用本方法施工，工程質(zhì)量全部優(yōu)良，受到了監(jiān)理、業(yè)主的一致好評，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效應。
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