振沖碎石樁在地基處理中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

袁彥華

(大同煤礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西大同 037003)

近年來，我省煤礦企業(yè)兼并重組整合工作的不斷進(jìn)行，一批礦井經(jīng)過整合后生產(chǎn)能力提升、管理也要標(biāo)準(zhǔn)化，均需要進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)的改造，新建地面生產(chǎn)系統(tǒng)等工程。而舊有煤礦的地形地質(zhì)可謂是各有千秋，尤其是作為建筑地基經(jīng)常要進(jìn)行地基處理，筆者結(jié)合自身工作實(shí)踐，總結(jié)了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，旨在為今后類似工程設(shè)計(jì)提供一些有益的指導(dǎo)。

1 工程概況

本工程的建設(shè)單位為大同煤礦集團(tuán)公司同朔同盈煤業(yè)有限公司，工程地點(diǎn)位于原平市段家堡鄉(xiāng)西梁村東南方，整合后的工業(yè)廣場內(nèi)主要新建工業(yè)建筑有副井絞車房、主井井口房、篩分樓和輸煤棧橋等。

根據(jù)建設(shè)單位所做的工業(yè)廣場巖土工程勘察報(bào)告中可以看出，場地內(nèi)第①層土土質(zhì)為雜填土，褐黃色、褐灰色，松散、稍濕，是以粉土、碎石、泥巖及砂巖和煤屑為主，結(jié)構(gòu)不均勻，地基承載力特征值僅為90kPa，不能作為建筑物地基。且本層的厚度一般為10m～13m，最深處達(dá)到了22m，需要進(jìn)行地基處理。而第②層土土質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化泥巖，地基承載力特征值也達(dá)到了300kPa，是可以作為建筑物地基的持力層的。

2 方案選擇

地基處理方案初步選擇為樁基，選用人工挖孔灌注樁，以第②層強(qiáng)風(fēng)化泥巖為持力層。但是與建設(shè)單位溝通的過程中發(fā)現(xiàn)，挖孔樁實(shí)現(xiàn)不了，因?yàn)殡s填土這一層成分太復(fù)雜，人工挖孔不能成孔，故而轉(zhuǎn)向選擇采用振沖碎石樁。

3 設(shè)計(jì)依據(jù)

1)GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范;

2)JGJ 79-2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范;

3)GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范;

4)建設(shè)單位提供的巖土工程勘察報(bào)告。

4 振沖碎石樁原理和特點(diǎn)以及適用范圍

1)振沖碎石樁的適用范圍。它適用于處理砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土和雜填土等地基。本工程恰好是較厚的雜填土層。2)振沖碎石樁的原理。振沖碎石樁是通過在地基土層中形成密實(shí)的樁體和樁間的擠密作用，與原地基結(jié)合形成復(fù)合地基，以提高地基承載力、減少沉降和不均勻沉降。3)振沖碎石樁的特點(diǎn)。振沖碎石樁的特點(diǎn)是技術(shù)可靠、機(jī)具設(shè)備簡單、操作技術(shù)易于掌握，可節(jié)省建筑用材、加快施工進(jìn)度、節(jié)約投資。

碎石樁具有良好的透水性，可加速地基固結(jié)，并能很好地提高地基承載力。

作為整合煤礦，應(yīng)本著安全、適用、經(jīng)濟(jì)的原則，盡量地加快工程建設(shè)，縮短建設(shè)工期。作為地基處理更應(yīng)為縮短工期做貢獻(xiàn)，而振沖碎石樁處理地基可以很好地做到這一點(diǎn)，故選擇這種地基處理辦法應(yīng)該是最佳的。

5 振沖碎石樁的設(shè)計(jì)

復(fù)合地基承載力特征值用下式計(jì)算:

其中，fspk為振沖樁復(fù)合地基承載力特征值，本工程為230kPa;fpk為樁體承載力特征值，要求不小于500kPa，本工程取500kPa;fsk為處理后樁間土承載力特征值，考慮振沖施工對土的擠密作用，本工程取fsk=100kPa;m為樁土面積置換率。

樁間距根據(jù)下式計(jì)算:

其中，d為樁身直徑，本工程為1.0m;de為等效影響圓直徑，對于正方形布樁de=1.13s，s為樁間距。

本工程中，振沖碎石樁樁徑暫按1000mm取值，按正方形布樁設(shè)計(jì)。

將各類數(shù)據(jù)代入下式中:

經(jīng)計(jì)算:s=1.55m，

根據(jù)規(guī)范中樁間距為1.5m～3.0m，樁間距s取1.50m。

經(jīng)驗(yàn)算:正方形布樁、樁徑1000mm、樁間距1.50m，fpk=500kPa，fsk=100kPa 時(shí)，m=0.3481。fspk=239.223kPa＞230kPa，滿足要求。

6 振沖碎石樁的布樁設(shè)計(jì)以及技術(shù)要求

6.1 布樁設(shè)計(jì)

因工業(yè)場地內(nèi)各個(gè)工業(yè)建筑的占地面積均比較小，且為保證建筑整體性、防止地基的不均勻沉降，基礎(chǔ)形式均選用筏板基礎(chǔ)。所以布樁選擇了正方形布樁。

樁直徑為1.0m;樁間距為1.50m;基礎(chǔ)外設(shè)護(hù)樁2排;樁長保證進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖層不小于0.5m。

樁頂和基礎(chǔ)之間鋪設(shè)一層厚300mm的級配砂石或碎石褥墊層，級配砂石一般粒徑3cm～7cm，最大粒徑不大于10cm。干容重控制大于 2.0 g/cm3。

樁頭預(yù)留有1.0m保護(hù)樁段，在基礎(chǔ)施工前挖掉。

6.2 技術(shù)要求

機(jī)具要求:采用75kW振沖器，密實(shí)電流控制在50 A～55A，水壓為200kPa～600kPa。水量為200 L/min～400 L/min，造孔速度為0.5m/min ～2.0m/min，每次填料深度不大于0.50m，成樁樁徑應(yīng)不小于1000mm。

樁體材料要求:采用含泥量不超過5%的碎石、卵石，顆粒一般粒徑4cm～12cm，最大粒徑不大于15cm。

7 施工中可能出現(xiàn)的問題及處理措施

1)樁制孔時(shí)土質(zhì)軟弱。可采用“先做護(hù)壁，再成樁”的施工方法:即在振沖成孔達(dá)到軟弱層時(shí)，加適量填料進(jìn)行初步擠振，將填料擠到軟弱層周圍，以加固孔壁。2)制孔時(shí)土層中有堅(jiān)硬層。可在堅(jiān)硬層中采用振沖器往復(fù)上下多次進(jìn)行擴(kuò)孔，使孔徑增大以便于填料。3)樁體密度不夠。應(yīng)延長留振時(shí)間，增加反插次數(shù)，增大填料量。4)樁位偏移過大。應(yīng)采用振沖器對準(zhǔn)振位，控制初始下沉速度，保持振沖器懸重狀態(tài)下沉。5)施工前應(yīng)對操作人員進(jìn)行一定的技能培訓(xùn)，讓其掌握好施工工序，避免出現(xiàn)大的誤差。

8 振沖碎石樁的質(zhì)量檢測

施工完畢2周～3周對復(fù)合地基進(jìn)行檢測。檢測項(xiàng)目包括:1)單樁載荷試驗(yàn);2)重型動(dòng)力觸探;3)標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探等。

竣工驗(yàn)收時(shí)，采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)進(jìn)行承載力檢測，檢驗(yàn)數(shù)量不少于總樁數(shù)的0.5%，且每個(gè)單體工程不得少于三點(diǎn)。

9 結(jié)語

地基是建筑工程中的根本，地基處理好了對上部工程的施工起到?jīng)Q定性的作用。在本工程的地基處理中均運(yùn)用了振沖碎石樁，在相似的工程中可供借鑒。

[1]董長竹.振沖碎石樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)和施工及檢測[J].山西建筑，2010，36(24):135-136.