沉管碎石樁工藝在機場軟基處理中的施工質量控制

朱永學，潘志峰，周海忠

（中國航空港建設第八工程總隊，遼寧 沈陽 110015）

機場作為航空事業的載體，正隨著國民經濟的迅速發展和社會的全面進步而迅猛發展。同時，越來越多的機場屬于高填方機場，如何處理好機場建設中大面積、高填方、不均勻的堆填場地是高填方機場地基處理中迫切需要解決的一項課題。

近年來，國內出現振動沉管碎石樁地基處理設計與施工方法，從根本上克服了傳統軟弱地基處理施工方法存在的缺點。

1 工程概況

六盤水月照機場工程為國內4C級支線機場，跑道長2800m，寬45 m，跑道中心線中點標高1 969.32 m，最大垂直填方高度85.14m，坡頂與坡腳最大高差超過150m，全場填方總數3×107m3，是一個典型的高填方機場。場區內廣泛分布泥巖、頁巖、煤層等軟巖；存在滑坡、崩塌、危巖、巖溶、洞穴、膨脹土、軟土等不良地質和特殊巖土；普遍分布第四季松散堆積層，土質不均、力學性質差。006標段軟弱地基場區內分布有黏土、粉質黏土、泥炭質黏土、粉土、有機質土等軟弱底層，其中粘土還具有弱膨脹性。軟弱地基厚度大，含水量大，壓縮性強，承載力低。軟弱地基是導致邊坡失穩的重要因素。

本工程設計采用振動沉管碎石樁，樁直徑為500mm和800mm，樁長10～20 m，樁間距分別為1.5 m和1.3 m，平面上呈等邊三角形布置，采用間隔跳打的方式進行。

2 施工前的準備工作

2.1 查閱資料，弄清碎石樁的原理及特點

2.1.1 加固原理

2.1.1.1 擠密作用

在沉管振動成孔過程中，樁管對樁位原土體產生橫向擠壓作用，將與樁管體積相同的土體擠向樁孔周圍。在樁管成孔和上拔過程中，垂直激振力所產生的能量引起樁管周圍土體的強烈振動，使樁周土體產生豎向擠密，土體在橫向和豎向作用的影響下，得到加固擠密。

2.1.1.2 排水作用

土體在受振動時有增密的趨勢，如果孔隙水不能排除，就會造成孔隙水壓不斷上升，以致產生液化。但碎石樁有良好的滲透性和反濾性，在地基中形成良好的豎向排水減壓通道，可以有效消散并防止超孔隙水壓力的增高和土層的液化。此外，碎石樁也大大縮短了樁間土的固結排水路徑，有利于土體的固結和抗剪強度的提高。

2.1.1.3 預振作用

對于具有液化勢的土體，由于碎石樁施工中的強烈振動，使土體產生較大的動應變，土體得到擠密，密度增加。土體所產生的這種預振，可大大改善地基土的抗液化性能。

2.1.1.4 減震作用

對于可液化地基，經加固后地震剪應力由樁間土和碎石樁共同承擔，碎石樁的剪切模量比同截面樁間土的剪切模量要大很多，因而在地震時，剪應力在樁上集中，從而相應使樁間土的剪應力減小，使地震烈度相應降低。

2.1.2 特點

優點：①施工機具常規，操作工藝簡單。②場地干凈，無污染。振動沉管法施工與振沖施工相比，施工環境整潔，無需考慮泥漿排放和對場地的污染。③造價低。所使用的材料為碎石，可節約水泥、鋼材，就地使用廉價地方材料，可降低工程成本。④使用性廣。⑤施工速度快。

缺點：①振動和噪聲較大，不能在市區內使用；②施工會導致地面變形，對鄰近建筑物有影響。

2.2 方案技術準備

①碎石樁開工前組織相關技術人員審核施工圖紙，熟悉施工工藝及相應規范和技術控制標準。②制定施工安全保證措施，提出應急預案。對施工人員進行專項技術交底，上崗前，對參加施工人員進行技術培訓，合格后方可上崗。③組建作業班組，進行技術交底和安全技術培訓。

2.3 施工現場準備

①測量放樣：根據現場平面形狀和設計參數繪出布樁圖，依布樁圖放出施工區域大樣，在每個區域按設計樁距進行樁位放樣。②查明清除障礙物：清除大塊石、樹根等雜物。③平整場地：地面土質較差，承載力較低，應鋪設碎石墊層，以滿足機械行走要求。④檢查主機各部的連接，各部系統工作是否正常，做好必要的調整和緊固工作，排除異常情況。⑤接通電源和水路，進行機械試運轉。備足所需材料。

2.4 技術要求

樁身密實度檢查：采用動力觸探進行隨機檢驗，檢驗數量為樁孔總數的2%，且不少于3根。樁體密實度必須大于中密狀態（N63.5≥10）。

復合地基承載力檢查：采用單樁平板荷載試驗，檢驗數量為樁總數2‰，且不少于3根。符合地基承載力不得小于150 kPa的要求.

2.5 碎石樁施工允許誤差

碎石樁施工允許誤差應符合表1規定。

表1 碎石樁施工允許誤差

2.6 人員配置

人員配置如下：①現場負責人1名，負責現場總體指揮與調度工作；②實驗人員2名，負責施工過程中試驗檢測；③測量人員3名，負責測量放樣，高程測量；④技術人員1名，負責現場檢查、指導試樁的各種技術工作、確保按樁方案進行；⑤安全員1名，負責施工過程各種安全、文明檢查與指導工作，確保高空、地下及工作場面無障礙物和危險隱患，保證樁機施工環境安全、文明；⑥專職記錄員5名，負責施工中需要詳細記錄的各種技術參數，確保其真實、準確。

2.7 原材料要求

碎石樁施工碎石為外購硬質碎石料，應潔凈、干燥并具有足夠的強度和耐磨耗性，其顆粒形狀應具有棱角，不得摻有軟質和其他雜質。施工中采用的碎石含泥量小于5%，Φ500樁徑碎石樁碎石粒徑不宜大于5 cm，Φ800樁徑碎石樁碎石粒徑不宜大于10 cm.

2.8 機械設備的要求

沉管碎石樁施工采用DZ系列振動沉管樁機，采用活瓣式樁尖，樁管直徑分別為480 mm、788 mm，成樁直徑分別為500 mm、800 mm，樁間距分別為1.5 m、1.3 m，樁管長度為設計樁長加3 m.

2.9 施工記錄的要求

碎石樁施工作業隊要認真登記碎石樁施工記錄，按樁號實事求是地登記管樁灌入深度。項目部安排人員對碎石樁施工記錄進行檢查與復合，發現弄虛作假將對作業隊進行處罰。

近年來，隨著政策的出臺和制度的完善，大同市農業科技推廣取得了長足的發展。在優化農業生產格局，提升農業經濟發展水平，帶動區域經濟發展等方面具有顯著的作用。就整體而言，其發展趨勢表現在以下幾個方面。

2.10 施工工藝

2.1 0.1 施工放樣

根據路基寬度和設計參數繪出布樁圖。依布樁圖放出施工區域大樣，在每區域按設計間距進行樁位放樣。

2.1 0.2 對位

根據設計，確定加固機體的位置，樁機井架上必須設置標尺。樁機就位時必須調平、穩定，確保在施工過程中不發生位移、傾斜。用水平尺來測量碎石樁機的水平，用垂球測定樁機井架的垂直，使井架球保持垂直，以確定成樁的垂直度。

2.1 0.3 成孔、振動、提升、反插

①用振動成樁機將樁管邊、振動邊沉入土層，每下沉0.5 m留振30 s直至設計深度，稍向上提樁管，使樁管下端的活瓣樁尖打開，樁管及樁尖外壁的真空破壞，減少起拔摩阻力。②停止振動，立即往管內裝入碎石。在拔管前先留振1 min，使樁管內碎石密實。邊振動邊勻速拔管，拔管速度控制為1～2m/min.根據單樁設計碎石用量確定第1次投料的成樁長度，拔管過程中進行多次反插，至管內碎石全部投出。提升和反插速度必須均勻，反插由深到淺。每根樁反插次數視情況而定，每次3～5遍，每根樁不得少于12遍。反插深度應小于樁管長度，每提升2 m反插1次。當套管提升至樁頂部時，進行孔口投料至地表，啟動反插并及時進行孔口補料至該樁碎石料全部投完為止。在孔口加壓，保證孔口石料的密實。加料時應停機加料，每次加料不宜過多，以每次不超過0.8 m為宜，并注意提升速度，防止因提升過高而出現斷樁或縮頸現象，應每提升4 m投料1次。施工過程中應及時挖出樁管帶出的泥土，孔口泥土不得掉入孔內。

2.11 碎石樁的質量檢測

見表2.

表2 原地面碎石樁檢測

圖1 沉管碎石樁施工工藝流程圖

2.12 質量保證措施

①施工時嚴格按圖紙和施工規范進行施工；②嚴格控制原材料質量及填料的含泥量；③現場試驗時，要認真、及時地填寫實驗過程中的各類數據，以保證試樁試驗階段成果的真實性、可靠性；④嚴格報表制度，對隱蔽工程檢查項目必須及時報監理工程師檢查。

2.13 安全保證與防護措施

2.1 3.1 安全保證措施

①設立專職安全員并建立24 h旁站制度，及時糾正和消除施工中出現的不安全苗頭；②對施工人員定期進行安全教育和安全知識考核；③工地設立明顯的安全警示牌和安全注意事項宣傳欄；④各類機械設備操作人員必須持證上崗，無證人員或非本機人員不得上機操作；⑤場內的電路布置要規范化，電器開關設在防雨、防曬的電氣箱柜內，距離地面不小于1.5 m.

2.1 3.2 施工安全防護措施

①進場人員一律佩戴安全帽及反光背心，不準穿拖鞋，不得赤腳作業；②進入施工現場人員一律佩帶安全上崗證；③所有電力線路和用電設備由持證電工安裝，由專職電工負責日常檢查和維修保養，禁止其他人員私自亂接、亂拉電線；④現場施工用電線路一律采用絕緣導線，移動式線路使用膠皮電纜，使用時提前認真檢查，確保電纜無裸露現象；⑤現場所用柴油發電機在使用前要按規定進行檢查、試運轉；⑥樁機四周設置圍避遮擋措施，防止無關人員進入；⑦夜間施工時配備充足的照明燈具，確保施工現場有足夠的照明，為夜間施工生產和車輛行駛創造良好條件。

2.14 環境保護措施

①在機械化施工過程中，要盡量減少噪音、廢棄物、廢水及塵埃等污染，運轉中塵埃過大時要及時灑水；②對場地的表層腐殖土進行清理，砍伐的荊棘叢林等廢料要運至指定的地點進行廢棄；③清理施工機械、設備及機械的廢水、廢油等有害物質以及生活污水，不得直接排放于河流、池塘或其他水域中，也不得傾瀉于飲用水源附近的土地上，以防污染水源和土壤。

2.15 沉管碎石樁施工工藝流程圖

見圖1.

3 結束語

沉管碎石樁工藝自應用以來，已在國內多個大型機場建設工程中成功使用。由于其相對于傳統施工方法具有明顯的優點，因此，在高填方軟基結構處理中必將會廣泛地使用。作為施工人員必須認真學習研究沉管碎石樁工藝的相關理論和案例，有針對性地做好不同地質情況軟基處理質量控制工作，不斷完善沉管碎石樁工藝。