擠密砂樁施工方案在某高速公路建設中的應用

王乃坤

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

某高速公路南段全長91.086km,所經地段除河流沿線地帶外均屬膨脹土路基,其天然含水量較大(18.1% ～30.4%)。為了減小橋梁臺背路基工后沉降,對承載力小于150kPa的臺背地基進行深層處理,由于現場砂資源豐富,從經濟方面考慮采用擠密碎石樁處治?，F結合某高速南段擠密砂樁施工情況,談談其施工方案要領及其質量控制要點。

1 施工前準備

(1)根據實際編制實施性施工組織設計(施工技術方案、質量計劃)編制中力求考慮周到,措施得力,便于操作,并上報監理工程師批復。

(2)清表平整場地,拆除高空和地面、地下障礙物。

(3)根據設計文件要求,布設樁化,樁間距及安排樁的分布形式。本標段當臺背填土高度大于5m時,臺背地基處理長度 40m,其中處理段長度 20m,過渡段長度 20m;當臺背填土高度小于 5m時,臺背地基處理長度 20m,其中處理段長度 10m,過波段長度 10m。砂樁樁長 5m,樁直徑5cm,樁間距采用 1.4m(處理段)和 1.6m(過渡段),樁的平面布置采用等邊三角形。擠密砂嚴格按照設計圖紙進行施工放樣,用木樁或竹簽定出每根樁的位置。

(4)機械設備及材料的選擇。根據地段的地基、砂樁樁徑及樁長情況,選擇合適的機械設備。某高速南段選用DYZ-60型振動沉管砂樁機,內置平底活頁式樁尖,并設有二次投料口。該機械激振力為 460kN,符合實際施工要求。原材料采用中粗混合砂,細度模數 2.8以上,含水量小于5%。

2 試驗樁

在施工之前,為了根據現場實際情況,調整各種機械參數,以保證大面積施工質量。針對性選擇試樁位置,既要考慮軟土厚度,又要顧及地質特點,關鍵是必須選擇有代表性的位置,成樁試驗要求達到以下目的：(1)確定符合設計要求施工;(2)確定合理的投料數量;(3)確定密實度質量標準。

試樁數量 30～50根或根據需要確定,試樁前分別進行地基的標準貫入、靜力觸探和瞬時瑞利波檢驗,每試驗路段各不少于 10個點;試樁成樁 7d后,進行樁間土的標準貫入、靜力觸探和瞬時瑞利波的對照檢驗,每試驗路段各不少于 30個點,并且進行樁體的重 II型動力觸探(每試驗路段不少于 10根樁)和單樁承載力、復合地基承載力載荷試驗檢驗(每試驗路段各不少于 2個點)。試樁時施工方、監理方均應派員在場,做好詳盡的現場記錄。

試樁完成后必須提交試樁報告,重點闡述樁分密實度、樁長、荷載試驗情況(含荷載P-沉降 S曲線,沉降 S-時間 t曲線),總結評價施工工藝、施工質量、加固效果。

3 施工工序

擠密砂樁施工工藝應按以下程序進行：整平原地面—機具定位—樁管沉入—加料壓密—拔管—機具移位。

移動樁機按照施工前所定樁位就位,校正樁管垂直度小于 1.5%,檢查樁管長度及投料口位置,樁管必須高出設計樁長 3～5m,提升樁管離地面 50cm,將樁頭活頁閉合。準備完成后,在樁位處堆尖少量砂,以利于沉管對中;用振動沉樁機邊振邊沉入上層,直至設計深度,如果沒有進入持力層,則繼續沉至進入持力層 50cm為止,留振適當時間。

稍提升樁管使樁尖打開,停止振動,樁管內加足水量,使砂料呈飽和水狀態,開始投料,一次上足或分兩次投料,亦可超量投砂。

啟動拔管,為了使樁管內砂料密實,在拔管前先振動1min,然后邊振動邊均勻緩慢提升樁管,提升速度控制在1.0m/min,每提升 1.0m留振 0.5～1.0min(軟土層內留振0.5min,砂層內留振 1.0min)并反插。

當拔出樁管的 1/2長度時,邊加水邊加剩余的投料,直至裝滿為止;邊振動邊繼續加水,直至樁管提升至孔口。

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灌入砂量的前提下,反插次數不小于 5次,做到沉管每提升 1.0m反插一次,并根據成樁過程進行施工調整。

投完剩余的填料,在施工距樁頭2m范圍內時適當增加反插次數和留振時間,采取超載投砂法,同時也可采用其他夯實類措施增加樁頭密實度(如用管身下壓等方法)。

填料要分批加入,不宜一次加料過量,原則上要“少吃多餐”,每一深度的樁體未達到規定的密實度電流時應繼續加料,繼續振實,嚴格防止“斷樁”和“頸縮杖”的發生;施工過程中應及時記錄,成樁深度、成樁時間、每次砂灌入量、反插次數等;施工進程如發現土層有較大變化,投料量或沉樁速度異常應立即停止并報告監理;施工完畢,平移場地、測量標高,整理施工記錄。

4 質量控制

擠密砂樁施工不當或技術要領把握不住,極易留下質量隱患,嚴重影響處理效果。

(1)若灌砂量不足,砂的含水率不佳或加水量不足,就會引起成樁樁身密實度不足,引起疏松現象。因此要嚴格控制投砂量,樁管內的加水量必須充足。實際灌砂量未達到設計要求時,補充灌砂后復打一次,或在旁邊補樁一根。

(2)沉樁時樁管豎直度不夠,或受鄰樁振沖影響,容易引起已成砂樁傾斜。因此成樁時要經常校正樁管豎直度,相鄰樁距間隔跳躍施工,避免相互間振動影響。

(3)樁底空松或樁底端料少或無料會引起短樁,沉管時遭遇局部硬土層或孤石,處理不當也會造成樁長不夠。如果遇到土層或孤石,處理方法最好是及時停機,在樁位旁邊試打,確定硬土層范圍,然后考慮變更領位樁;拔管前必須灌滿砂料,并留振 1min。

(4)三次投料不合理,反插深度和次數有誤會都會引起砂樁縮徑,必須改變投料量比例,改變反差深度和次數以滿足要求。

(5)斷樁是施工中常見病害,造成的原因有反插深度有誤、塌孔、卡管活頁打不開等。要嚴格按工藝性試樁提供的技術參數及成樁步驟控制拔管高度和拔管進度,否則易出現斷樁,不能保證樁身的連續性。

(6)卡管為成樁中常見現象,要整修活頁,使活頁開啟靈活打開。

5 擠密砂樁質量檢測

5.1 施工允許偏差

施工允許偏差檢驗包括樁徑、樁距、樁長、垂直度以及投料數量(單根砂料貫入量應不小于 0.224m3/m)的要求參照表1。

表 1 施工允許偏差

5.2 樁體施工質量和樁間土加固效果檢驗

(1)檢測方法：標準貫入試驗、瞬時瑞利波法和動力觸探測試。

(2)檢驗目的：檢驗砂樁施工質量(即樁身密實度大小),對比擠密砂樁處治前后樁間土實測標貫擊數和靜力觸探曲線變化情況,以判斷土層強度增長情況。

(3)檢驗頻率：標準貫入試驗、剪切波速按砂樁根數的2%布設測點;靜力觸探測試為 5點后 5000m2,當點施工面積 ＜5000m2時,應不小于 5點,特殊地段適當加密,孔位隨即布置,孔深為設計孔深;樁身密實度重 II型檢測以樁數的5%控制,特殊地段適當加密;瞬時瑞利波法試驗1/40m。

(4)檢測標準：對標貫試驗,樁體實測標準貫入擊數N63.5≥15擊,樁間土實測標貫擊數：黏性土≥8擊,砂性土≥10擊。即認為處理效果達到設計要求：對靜力觸探測試,粉細砂層中實測樁尖阻力≥10MPa,砂土、亞砂土層中實測樁尖阻力≥7MPa,亞黏土、黏土層中實測樁尖阻力1.4MPa,淤泥質黏土層中實測樁尖阻力≥0.9MPa,淤泥層中實測樁尖阻力≥0.7MPa。重 II型動力觸探檢測樁身密實度時,5.0m以內的樁體要求貫入量10cm時,擊數≥6次(0～1.0m不計數)。

(5)檢測時間：成樁后14d進行,成樁時間不足 14d的樁,檢測標準可以乘以 0.8的系數,即 0～5m每 10cm錘擊數≥5擊(0～10m不計數)。

(6)砂樁施工結束 14d并經檢驗合格后,方可以填土。

6 結 語

擠密砂樁是當前公路建設軟基處理行之有效的重要措施之一,它具有施工簡便、快捷、經濟、實用、效果明顯等特點,被廣泛用于橋涵臺背軟基和路基軟基處理。在過去公路建設中取到了關鍵作用,隨著施工工藝的日趨成熟和機械日益更新,相信在未來公路建設中擠密砂樁發揮的作用必定更加突出。

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[1]王建中.灰土擠密樁的施工技術[J].山西建筑,2007,(6).

[2]胡奇 .灰土擠密樁與柱錘沖擴樁聯合處理濕陷性黃土地基[D].合肥工業大學,2007.