1、前言

 

　　振动沉管碎石桩的历史较短，是近十几年发展起来的一种软基处理工法。该工法施工简单，加固效果好，成本低廉，无污染，施工工期快等，在我国被大范围采用。该工法适用于处理松散砂土、粉土、素填土、杂填土、粘性土、湿陷性黄土等地基土，在淤泥质土中应用较少。

 

　　2、工程概况

 

　　本工程为松福路土建工程一标，位于宝安区福永镇。沉管碎石桩地段主要位于该标的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桥台过渡带等处。

 

　　3、地基加固处理设计

 

　　根据地质条件及加固质量要求，设计参数如下：

 

　　（1）桩直径为500mm，中心间距1200mm，按正方形布置，约26000根。

 

　　（2）桩长5.5m～9.5m不等，桩底穿透软弱层，进去持力层不小于1m。

 

　　（3）桩孔填料采用未风化的碎石，粒径为20mm-50mm，含泥量不大于10%。

 

　　（4）桩顶部300mm松散层挖除，铺设300mm厚碎石垫层，并压实。压实系数≥0.94。

 

　　（5）施工前先进行试桩，再进行平板载荷试验，要求地基承载力不小于120kpa。

 

　　4、工程地质条件

 

　　本工程沿线未发现有全新世活动断裂存在，也未见有不利于工程稳定的不良地质现象。除K0+330-K0+360为河涌，K0+660-K0+720右幅为鱼塘有少量淤泥层外，其余大部分地段为人工填土层。分述如下：

 

　　（1）素填土（层序号1-1）：褐黄、棕黄色等，稍湿～饱和，松散状态。主要成分为人工搬运而来的粘性土组成，局部为淤泥质土填筑而成。层厚0.50～9.20m。容许承载力50-80KPa。

 

　　（2）杂填土（层序号1-2）：灰褐、黄褐色等，稍湿，松散状态。成分以粘性土为主，含较多生活垃圾、工业废料或建筑垃圾等，建筑垃圾以砖头、混凝土块为主，直径5～35cm。层厚0.30～13.70m，层顶埋深0.00～0.20m，层顶标高-1.00～5.62m。容许承载力60-90KPa。

 

　　（3）亚粘土（层序号2）：灰黄～灰色，湿，软塑状态，含少量石英砂粒。层厚0.90～3.80m，层顶埋深1.70～4.80m，层顶标高-0.90～1.47m。容许承载力100KPa。

 

　　（4）淤泥（层序号3-1）：深灰～灰黑色，饱和，流塑状态。含较多贝壳碎片及有机质，具腥臭味，土质较细腻。层厚0.50～21.60m，层顶埋深0.00～19.20m，层顶标高-15.25～3.49m，层底埋深2.80～23.10m，层底标高-20.47～-0.28m。容许承载力40KPa。

 

　　（5）中砂（层序号3-2）：深灰～灰黑色，饱和，稍松状态，含有机质及少量贝壳碎片，具腥臭味。分层厚0.20～9.40m，层顶埋深0.00～20.10m，层顶标高-17.49～3.84m。容许承载力80KPa。

 

　　（6）粘土（层序号4-1）：褐黄、浅灰色，湿，软塑状态。局部相变为亚粘土。层厚0.80～7.90m，层顶埋深3.00～14.50m，层顶标高-11.60～0.11m。容许承载力110KPa。

 

　　（7）粗砂（层序号4-2）：浅灰、灰黄色，饱和，稍松～中密状态。层厚0.50～8.40m，层顶埋深4.50～20.50m，层顶标高-17.45～0.00m。容许承载力180KPa。

 

　　（8）淤泥质粘土（层序号5-1）：深灰～灰黑色，局部浅灰色，饱和，流塑～软塑状态。含腐烂木屑及有机质，具腥臭味，局部含炭化木。层厚0.50～8.00m，层顶埋深5.60～17.20m，层顶标高-14.40～0.00m，层底埋深4.00～19.80m，层底标高-16.50～-8.02m。容许承载力80KPa。

 

　　（9）粘土（层序号5-2）：褐红、褐黄、浅灰、灰白色相杂，湿，软塑～硬塑状态。局部含少量砂粒。层厚0.40～12.00m，层顶埋深2.20～19.45m，层顶标高-16.10～0.02m。容许承载力160KPa。

 

　　（10）中（粗）砂（层序号5-3）：褐黄、灰黄、灰白、浅灰等色，饱和，中密状态。粉粘粒含量不均匀，砂粒成份为石英质，次圆状，分选性差，局部相变为粉细砂或砾砂，局部地段底部含有少量小卵石。层厚0.70～11.60m，层顶埋深6.00～21.40m，层顶标高-18.33～0.00m。容许承载力240KPa。

 

　　（11）砂质亚粘土（层序号6）：褐黄、褐红色，湿，软塑~硬塑状态。由混合花岗岩风化而成，原岩结构尚可辨认，除石英外其余矿物已风化成粘性土，岩芯呈土柱状。层厚1.30～10.60m，层顶埋深2.80～25.40m，层顶标高-23.27～0.00m。容许承载力220KPa。

 

　　5、地基加固处理施工

 

　　沉管碎石桩是一种采用预沉导管、重锤振动，在软弱地基中成孔后，将碎石挤压入土孔中，形成由碎石所构成的密实桩体施工的碎石桩。

 

　　（1）试桩

 

　　沉管碎石桩施工前，根据施工规范要求须通过试验段的施工，记录制桩时间和深度、填入碎石量及电流的变化等，验证设计参数和施工控制的有关参数，选定科学合理的技术参数作为沉管碎石桩施工的控制指标。

 

　　根据设计方案，选定K0+650-K0+700右幅为实验段，选取其中4根桩作平板载荷实验。布桩图如下。施工桩长6.0m，造孔电流约15A，加密电流约30A，留振时间30s，充溢系数1.02，在施工至5.5m处电流有明显变化。

 

　　（2）平板载荷试验

 

　　试桩完成1月后进行一组4根桩的平板载荷试验。承压板为2.0x2.0m钢板，最大加载压力为设计要求压力值的2.0倍，加荷等级为10级。试验结果见下图。

 

　　根据对复合地基平板载荷实验结果分析，试桩复合地基承载力达到120kpa，满足设计承载力要求，可进行大面积施工。

 

　　（3）具体施工工艺

 

　　①工艺流程见下图：

 

　　②施工准备

 

　　A、场地平整施工：沉管碎石桩施工前先进行场地平整，场地平整标高根据设计标高确定，施工时根据“宁填勿挖”的原则进行整平。挖除地表坚硬物体，使振冲器能顺利下沉。

 

　　B、布置场内运输道路、道路两边的纵向排水沟、料场，准备好照明设施以便夜间施工。

 

　　C、场地清理与掘除：在现场确定清理、掘除、拆除的范围后，按施工规范和设计要求进行清理。D、土及草皮在较干硬的地主要用推土机、人工配合、装载机铲除，自卸车运输弃于指定弃土区。低洼潮湿的地方主要用挖掘机清除，机械无法清除的地方则用人工挖除。E、填方路基用地范围内的垃圾、有机物残渣及原地面以下至少200mm内的草皮、树根、农作物的根系和表土予以清除，并符合沉管碎石桩桩顶标高。F、测量放样及布桩。根据图纸要求的布桩原则进行布桩，并绘制测量放线图，交与监理及设计单位复核后，方进行测量放样，每个桩位均以钢钎作标志，编制桩号。G、进行施工技术交底。在施工的各项准备工作完成后，施工前由技术负责人根据试桩结果及设计要求向全体施工人员进行技术交底。③沉桩操作要点

 

　　A、先进行桩位测放，测量人员测量放出中心线及边线控制桩，并做好控制桩保护，标示桩点里程，根据桩位平面布置图，用钢尺布桩，布桩误差控制在2cm内。

 

　　B、机具定位：将打桩机就位，合拢合瓣桩尖，将管桩向下垂直，使桩尖对准桩位标记，继续向下垂移桩管使桩尖入土。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，一般控制在1%以内。

 

　　C、沉管达到设计深度后，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数一般控制在1.02。避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。碎石灌入量不应少于设计值的95%，如不能顺利下料时，可适量往管内加水。

 

　　D、桩身拔管：管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，应有专人负责碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管时应先振动5～10s后开始拔管，边振边拔，每拔高度0.5～1.0m停振，如此反复直至全管拔出。提升和反插速度必须均匀，拔管速度一般为0.8m/min（平均速度）。反插深度由深到浅，每根桩在保证桩长和碎石灌入量的前提下，总反插次数一般不得少于12次；

 

　　E、拔管成桩：振动沉管碎石桩的拔管作业与沉管灌注桩作业相同，其程序为：

 

　　以此为循环周期直至到设计桩顶标高完成一根桩施工作业（反插次数及反插深度均应满足桩身设计，横截面积为控制依据）。

 

　　F若地表水丰富或较软弱，可先铺一层碎石垫层，有利于排水，同时提高地基强度，便于机械和施工人员行走；G振动成桩至地面时应向下复振1m，确保地表不产生缺碎石的凹桩。

 

　　H：碎石填量的计算

 

　　碎石挤密桩桩孔内的填碎石量可按下式计算：

 

　　Q=K·L·πd2/4

 

　　式中：q—每根桩的填料量

 

　　L—桩长（m）

 

　　D—桩径（m）

 

　　K—充盈系数，一般为1.02～1.05，视土性而定。

 

　　④质量控制

 

　　碎石块（粒径不大于50mm）以及采用石场的石硝，通过试验确定出最佳级配，一般经级配后碎石料干重度γ=18.7KN/m3。保证每孔填料量，并做好填料现场记录。严格控制振动挤密次数及电动机动率。进行必要的成桩检查。在试打及工程桩每100根抽查1～2根，检查桩体是否成型完整，扩径是否满足要求（d=0.8m）。最后进行荷载试验，以便最后确定路基处理效果。

 

　　根据设计要求及有关施工规范的规定，本工程相关的质量控制标准如下表：

 

　　质量检验在施工结束后一个月后即进行。

 

　　⑤碎石桩施工注意事项：

 

　　A注意原材料的级配，一定要满足设计要求。填料应由未风化的碎石，粒径宜为20mm-50mm，含泥量不应大于10%。不合格骨料严禁使用。

 

　　B必须做成桩实验，根据试桩施工情况确定施工工艺参数。严格按成桩试验确定的施工工艺参数进行施工，按试桩结果控制电流和振冲器的留振时间。

 

　　C注意振密挤实效果，防止发生“断桩”或“颈缩桩”。

 

　　D严格控制桩的竖直度。

 

　　E成孔时地基土应接近最佳（或塑限）含水量，当场地内土质变化较大或土的含水量超过22%时，施工前宜进行成孔试验以便查明成孔质量和挤密效果。

 

　　F正式施工前应进行成桩试验，试验桩数为7～9根。

 

　　G正式施工时，要严格按照设计要求的桩长、桩径、桩间距、碎石灌入量以及试验确定的提升高度和速度、挤压次数和留振时间、电机的工作电流等参数进行施工，以确保挤压均匀和桩身的连续性。

 

　　H、平面施工顺序：宜采用由中间向外围顺序施工。在既有建筑物临近施工时，应背离建筑物方向进行。

 

　　I应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直，垂直偏差不应大于1.5%，成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm，桩径偏差控制在±20mm以内，桩长偏差不大于100mm。

 

　　J碎石灌入量不应少于设计值的95%，如不能顺利下料时，可适量往管内加水。

 

　　K、成桩后应将桩顶松散层挖除，然后铺设并压实碎石垫层。

 

　　L、填土施工前应根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002进行复合地基承载试验，复合地基承载力必须达到250Kpa以上。⑥施工中常见问题及预防、处理方法如下表：

 

　　6、复合地在基检测

 

　　施工一个月后对本标段碎石桩进行重型动力触探，以便检验桩身质量、桩身密实度等。共检测118根桩，触控击数均大于5击。满足规范要求。对复合地基进行承载力检测，共检测30点，承载力均大于120kpa，也满足设计要求。

 

　　7、结束语

 

　　笔者认为，碎石桩复合地基一般都能满足设计要求，特别是在杂填土地段，成孔穿透能力较强。但在深圳地区不宜推广。因为：从工程造价来讲，深圳地区砂石料匮乏，砂石桩复合地基的每平方米造价高于深层搅拌桩，砂石桩排水加载预压的造价更是远远高于塑料排水板加载预压。且目前常用的振动沉管桩机的振动桩锤电机功率都较大，在淤泥等软弱土层中进尺很容易，如果以“穿过软弱土层进行下卧层0.5m”作为桩长控制指标通常容易导致对桩长失控。如果场地土层比较单一，且起伏不大时，在桩长能够满足地基沉降要求或抗液化要求的情况下，以设计深度控制桩长比以持力层控制桩长更为妥当。