振沖碎石樁復合地基的設計和施工及檢測

董長竹

1 工程簡介

1.1 工程概況

本工程為內蒙古自治區鄂爾多斯市某熱電廠三期擴建項目,2×150 MW空冷抽凝式汽輪發電機組,配2×480 t/h循環硫化床鍋爐,屬坑口電站。根據業主意見,為加快工程進度,主廠房等主要建(構)筑物和部分附屬建(構)筑物基礎采用振沖碎石樁復合地基。

1.2 地形地貌

場地原始地貌類型主要為河漫灘、階地,地貌成因為古河床沖、洪積形成,由于熱電廠修建時對場地進行整平,廠址區現已看不出地貌原始狀態特征,目前廠址地形較為平坦,地勢總體趨勢表現為西南高,東北低。

1.3 地層結構

1.4 地震效應

廠址區場地土類型為中軟場地土;建筑場地類別為Ⅱ類。對建筑屬抗震不利地段。根據GB 50011-2001建筑抗震設計規范和GB 50223-2004建筑工程抗震設防分類標準有關規定,綜合分析認為:本工程可不考慮地震液化的影響。

2 振沖碎石樁設計

2.1 振沖樁簡介

振沖法地基處理是利用振沖器的水平振動,對松散土層進行加固處理的一種方法,按照不同土類,可分為振沖置換和振沖擠密[1]。

振沖置換是利用振沖器在高壓水流下邊振邊沖,在軟弱黏性土地基中成孔,在制樁過程,填料在振沖器水平向振動力作用下,擠向孔壁的軟土中,從而使樁體直徑擴大。

振沖擠密是在振沖器重復水平振動和側向擠壓作用下,地基產生周期性剪力,土體內的孔隙水壓力迅速增大,砂土的結構逐漸破壞而發生液化,砂顆粒重新排列,孔隙減小,這樣,土體由松變密。

2.2 設計概況

設計執行規范為DL/T 5101-1999火力發電廠振沖法地基處理技術規程,本工程為振沖擠密法。設計布樁方式為正三角形,兩種樁間距類型,一種樁間距為1.5 m,樁徑1 m,處理后的地基承載力特征值不小于350 kPa;另一種樁間距為1.8 m,樁徑1 m,處理后的地基承載力特征值不小于330 kPa。施工參數控制按原體試驗報告執行。

2.3 設計問題

2.3.1 護樁問題

本工程業主對護樁排數問題提出過質疑,DL/T 5101-1999火力發電廠振沖法地基處理技術規程、JGJ 79-2002建筑地基處理技術規范中對護樁數量規定為“宜在基礎外緣擴大1排～2排樁”,而DL/T 5024-2005電力工程地基處理技術規程中對護樁數量規定為“當為消除地基土液化時,宜在基礎外緣擴大2排～3排樁;為其他目的時,宜在基礎外緣擴大1排～2排樁”。

解釋:該條文為建議性條文,且未布置兩排樁的區域是因為上部的荷載較小,故選擇擴大一排樁,不違反規范要求。而煙囪基礎由于結構的特殊性,采用2排～3排護樁的方案。

2.3.2 終孔條件

本工程試樁報告中相關參數不嚴謹,其終孔的條件為“振沖至設計深度或進入強風化砂巖50 cm左右,此時不再進尺而電流值明顯增大至80 A～90 A左右,即可終孔”,這與現場實際情況不符。

解決方法:根據現場實際情況將終孔條件更改為“電流為40 A～60 A,且振沖器不再進尺為最終控制條件,不以入巖深度及入巖電流作為主要依據”。

2.3.3 褥墊層材料

設計要求褥墊層材料“換填400 mm的碎石墊層,墊層壓實系數λc應大于0.93。墊層碎石的最大粒徑不宜大于50 mm,且應級配良好”。根據當地實際情況,碎石質量不高,設計同意換用卵石。

設計要求墊層壓實系數不小于0.93,由于碎石或卵石無法作壓實系數試驗,進而無法控制壓實質量,經現場考察,決定采用級配砂卵石進行換填,并按壓實系數0.93進行控制。

3 振沖碎石樁施工

3.1 施工工藝

3.1.1 施工前準備

清理平整好施工場地,平整堆料場并進石料,接通電源、水源,制作泥漿沉淀池,建立測量控制網,并布置好樁點。會審施工圖紙,報審施工方案,申請開工。將所有樁進行順序編號并出樁編號圖,準備好施工記錄表。

3.1.2 造孔

吊車、裝載機發動完畢后,吊起振沖器,先檢查水源、電源是否滿足施工要求,然后啟動振沖器,先預振3 min～5 min進行預熱,然后對準樁位,振沖器下端離地面20 cm左右打開水源并開始制孔,供水水壓須保證0.4 MPa～0.6 MPa。

記錄員開始記錄施工記錄表,填寫施工部位、序號、樁號、日期、記錄人造孔及制樁各參數、入土深度等,要求數據準確,完全按照電流表及電壓表數值記錄。

吊車司機控制振沖器下沉速度,保證以1 m/min～1.8 m/min的速度下沉造孔,要求保持振沖器始終處于垂直狀態。

在樁長基本達到設計長度時,記錄員必須進行控制,終孔條件為振沖器不再進尺,上部鋼纜在保持松軟的狀態時,振沖器跳動不小于12 s,可以認為終孔然后進行三次沖孔。

3.1.3 清孔

造孔時返出的泥漿較稠、孔中有狹窄或縮孔地段時應進行清孔。清孔可將振沖器提出孔口或在需要擴孔地段上下提拉振沖器,使孔口返出泥漿變稀,保證振沖孔順直通暢以利填料沉落。

3.1.4 填料、加密

清孔完畢后記錄員指揮裝載機司機進行填料,要求裝載機司機注意分揀石料凍塊,將凍塊揀出統一堆放,并在記錄員許可后往樁內填料,加密段不超過1 m,并由吊車司機控制振沖器進行振密。

振密控制方式為振沖器不再下降,并且電流增大至約60 A～80 A即可認為達到振密電流,振沖器在達到振密電流后由記錄員進行記錄并控制留振10 s～12 s,然后記錄員指揮吊車司機上提振沖器,并由裝載機司機進行填料,不斷往復直至成樁。

3.2 施工注意事項

3.2.1 質量控制要點

吊車司機必須服從記錄員的指揮,包括制孔、成孔、振密等各項工序,裝載機司機必須服從記錄員的指揮,在記錄員許可后方可給樁加石料。記錄員必須嚴格按照施工參數進行控制各項工序,主要控制參數包括:終孔條件、振密電流、留振時間、加密段長度等。

3.2.2 無施工記錄樁

樁基大面積施工完畢后,對匯總的樁號逐根核查并重新定位,安排挖掘機挖出確定是屬于哪種情況,如果是未施工的,則立即安排施工該樁;如果已經施工的,則補上該樁的施工記錄(后補的施工記錄參照相鄰的樁施工記錄)。

3.2.3 未打到底的樁

這部分樁基可能是由于底下有原建筑物基礎或者樹根等形成障礙,導致振沖器無法進尺。對于這種樁,在每日的樁數報表備注中注明無法打到底,并進行匯總。樁大面積施工完后用挖掘機開挖,挖至地面3 m～4 m后再進行成孔,如能正常成孔,用土分層回填后按正常樁施工;如不能正常成孔則在樁基施工完畢、土方開挖完成后,對匯總的樁號逐根核查,確定好樁位后進行補樁或者申報設計單位,由設計單位提出處理方案。

4 振沖碎石樁試驗檢測

4.1 原位試驗

原位試驗一般在地質勘測完成后的初設階段進行,由設計單位出具試樁任務書,明確試驗機具、試驗施工參數、試驗地點及工期、檢測方法及項目等,由勘測單位進行現場試樁。試樁完畢后出具試樁報告,對按試樁任務書所述的方法進行施工后的實測數據進行分析、整理,對樁體材料、施工主要設備、施工工藝及參數、振沖碎石樁復合地基承載力特征值、復合地基壓縮模量及施工質量檢測方法提出合理建議,供設計單位在施工圖設計階段采用。

4.2 樁基檢測

質量檢測點的位置選取應具有代表性和平面分布的均勻性,在建(構)筑物基礎的重要部位及施工出現異常情況的地段均應布置檢測點。樁體檢驗采用動力觸探方法,樁基質量采用單樁復合地基載荷試驗進行檢測,樁間土采用鉆探、標準貫入試驗檢測樁間土擠密效果。檢測完畢后由檢測單位出具檢測報告,明確施工的復合地基承載力特征值是否滿足設計要求,提供檢測所得的復合地基的變形模量、壓縮模量,并對振沖碎石樁樁體、樁間土及復合地基的密實性、擠密效果作出評價,作為樁基驗收及驗槽的依據。

5 結語

振沖碎石樁技術比較成熟,加固費用低于混凝土灌注樁及預制樁,同時處理效果優于換土墊層法,處理后對地基承載力提高明顯,因此是一些地區的優先采用方法。通過對振沖碎石樁的設計、施工及檢測的了解,可以更全面地掌握碎石樁的施工技術,加強施工過程中的進度、質量及費用控制,更好地進行施工管理。

[1] 河北省電力勘測設計研究院.火力發電廠振沖法地基處理技術規程[M].北京:中國電力出版社,1999:34.

[2] 華東電力設計院.電力工程地基處理技術規程[M].北京:中國電力出版社,2005:49.

[3] 朱建剛.碎石樁在軟基加固中的應用[J].山西建筑,2008,34(24):125-126.