振動沉管碎石擠密樁法處理飽和粘性土地基探討

孫戈宇

(山西省第二建筑設計院，山西長治 046000)

1 工程概況

某住宅樓，地上6層，地下1層，長60.0 m，寬13.0 m，磚混結構，基礎為筏板基礎，室內外高差0.45 m，基礎埋深1.8 m，基底接觸壓力為120 kPa。

2 場地地質條件

該場地位于山間盆地內，屬平房拆除區(qū)，地基土自上而下可分為五層:第①層:雜填土，厚1.5 m，fak=80 kPa;第②層:粉質粘土，軟塑，厚3.3m，局部厚 9.0 m，fak=100 kPa;第③層:粉質粘土，局部為粘土，可塑，厚4.0 m，fak=150 kPa;第④層:粉質粘土，可塑，厚4.0 m，fak=160 kPa;第⑤層:粉質粘土，硬塑，最大揭露厚度6.0 m，fak=190 kPa。本場地地下水類型為第四系松散堆積層孔隙潛水，地下水位埋深2.1 m～2.5 m。建筑物持力層為第②層軟塑粉質粘土。本場地不利地質因素為:在場地東部(約占基坑1/3平面范圍)原為一積水池塘，存在淤泥透鏡體;第②層粉質粘土層底埋深由西向東逐漸增大;地基為不均勻地基。

3 地基處理方案設計

根據(jù)場地地質條件及建筑物上部荷載情況，設計單位采用振動沉管碎石擠密樁法進行地基處理。碎石樁采用等邊三角形布置，樁間距1.0 m，樁徑400 mm，樁長根據(jù)地基土情況分別為6 m，7 m，10 m(實際施工中根據(jù)振動管入土情況至較硬土層，電機的工作電流達到一定的數(shù)值為止)。處理范圍大于基礎底面范圍，處理寬度在基礎外緣擴大3排樁。充盈系數(shù)取1.3。樁體材料采用碎石，碎石含泥量不大于5%，最大粒徑不大于50 mm。要求復合地基承載力特征值不小于120 kPa。

4 施工工藝

4.1 施工工具

振動沉管法的主要設備為振動拔樁機、下端裝有活瓣樁靴的樁管和加料設備。

4.2 施工步驟

1)清理平整施工場地，布置樁位。2)移動樁機及導向架，把樁管及樁尖垂直對準樁位(使活瓣樁靴閉合)。3)啟動振動樁錘，將樁管振動沉入土層中到達設計深度，使樁管周圍的土進行擠密。4)從樁管上端的投料漏斗加入碎石，數(shù)量不小于設計要求。5)邊振動邊拔管，每拔起一定長度，停拔繼續(xù)振動若干秒，如此反復進行，直至樁管拔出地面。

4.3 施工順序

采用隔排施工的方法。

4.4 施工質量控制

1)樁身連續(xù)性:用拔管速度及停拔繼續(xù)振動時間控制。一般情況下拔管1 m控制在30 s之內，停拔繼續(xù)振動時間為10 s～20 s。2)樁直徑:用碎石量控制。當實際灌碎石量未達到設計要求時，可在原位再沉下樁管灌碎石復打一次。

5 地基處理效果檢測

地基處理施工結束后(樁齡最長者達26 d)，進行了地基檢測，檢測方法為:載荷試驗:確定復合地基承載力特征值。重型動力觸探試驗:了解樁體完整性及樁體密實情況。標準貫入試驗:了解樁間土處理前后地基土承載力變化情況。載荷試驗:復合地基載荷試驗操作嚴格執(zhí)行JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范附錄A復合地基載荷試驗要點。承壓板直徑采用1.05 m，最大加荷為240 kPa，每級加荷為30 kPa，共進行3組復合地基載荷試驗。各載荷試驗點加荷情況見表1。

表1 各載荷試驗點加荷情況

當荷載加重240 kPa時，沉降急劇增大，且承壓板周圍土體出現(xiàn)明顯的隆起。依據(jù)JGJ 79-2002建筑地基處理技術規(guī)范中有關確定復合地基承載力特征值的規(guī)定，fak=105 kPa。樁體:共抽檢8根樁體，未發(fā)現(xiàn)有斷樁現(xiàn)象。重型動力觸探錘擊數(shù)在0 m～3m處，錘擊數(shù)多為1擊～3擊，普遍較為松軟;3.0 m以下密實度普遍較好，擊數(shù)多為4擊～12擊，且深度增加錘擊數(shù)亦隨之增高。樁間土:各測點樁間土情況大體一致。經(jīng)分析，樁間土承載力特征值處理前后變化見表2。

表2 樁間土承載力特征值處理前后變化表

6 不利因素分析及補救方案

不利因素:樁體0 m～3m，錘擊數(shù)低，為1擊～3擊，普遍松散;樁間土第②層土經(jīng)處理后，承載力反而降低;載荷試驗檢測結果，復合地基承載力特征值為105 kPa，不滿足設計要求。存在上述不利因素的原因:第②層土為飽和軟粘土，樁間土的強度低，側限作用較小，對樁的約束作用差，使樁體碎石不易密實;在成樁過程中，由于振動力和側向擠壓力作用，產生劇烈的擾動，樁間土發(fā)生觸變，使其力學性質變差，承載力降低。地下水位埋深變化較大，這樣混亂的地下水位，與振動打樁過程中擾亂了場地原飽和粘性地基土的原始狀態(tài)有關。一方面，碎石樁樁體起滲透排水作用;另一方面，樁間土層擾動擠壓，孔隙水壓力增高，水分一時又難以排出，造成水位深淺不一。隨著時間推移，孔隙水壓力逐漸向樁體轉移消散，水位將恢復到統(tǒng)一水面。同時飽和粘性土隨之固結，原地基土強度也隨之提高。為了縮短工期及減小建筑物沉降，經(jīng)分析，對第②層土(0 m～3m)內擾動較大的上部約0.3m～0.5 m進行清除，采用片石擠密，上鋪碎石厚300 mm～500 mm，然后采用壓路機進行振動碾壓，直至基礎底面設計標高。

主體施工結束后，沉降觀測4.0 cm～7.0 cm，平均5.5 cm。

7 結語

振動沉管碎石擠密樁處理飽和粘性土地基，由于飽和粘性土含水量高，透水性差(振動沉管很難對樁間土發(fā)揮擠密作用)，土體強度低，對樁的約束作用差，使碎石樁樁體不易密實，且容易對飽和粘性土結構造成破壞，使其強度降低。因此，用振動沉管碎石擠密樁處理飽和粘性土地基，應根據(jù)建筑結構的具體條件區(qū)別對待，最好是通過現(xiàn)場試驗確定各項參數(shù)后再決定是否采用。

［1］ 常士驃，張?zhí)K民.工程地質手冊［M］.第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］ 龔曉南.地基處理手冊［M］.第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［3］ JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規(guī)范［S］.