振動沉管碎石樁軟基處理施工技術研究

孔祥奎

摘要：振動沉管碎石樁能夠有效地提高地基的承載力，減少地基的沉降量和不均勻沉降，是處理軟弱地基的一種有效施工技術。本文結合云南省麻昭高速公路D4工區工程案例，介紹了振動沉管碎石樁的加固機理、施工工藝、質量控制措施等。為類似軟弱地基的加固施工提供了有價值的參考。

Abstract： Vibrating sinking pile can effectively improve the bearing capacity of foundation， reduce the settlement and uneven settlement of the foundation， which is an effective construction technique for dealing with weak foundation. In this paper， based on the engineering case of D4 work area of Mazhao Expressway， Yunnan Province， the reinforcement mechanism， construction technology and quality control measures of vibrating sinking pile are introduced， which provides a valuable reference for the reinforcement of similar weak foundation.

關鍵詞：振動沉管碎石樁；軟弱地基；加固

Key words： vibration sinking pile；weak foundation；reinforcement

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0156-02

0 引言

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘等沉積的細粒土，具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪度低等特點。軟弱地基在我國分布十分廣泛，對于高速公路施工要求而言，軟弱地基往往無法滿足穩定性和承載力的要求。近年來，隨著高速公路建設規模的不斷擴展，修建后的公路由于軟弱地基的影響，常常會出現路基的滑移、失穩破壞或過量沉陷等病害。軟弱地基加固處理需要在路基設計、施工中引起注意。現階段，處理軟弱地基的施工技術主要包括砂樁、振動沉管碎石樁、粉噴樁等。

本文通過對云南省麻昭高速公路D4工區軟弱地基的探索，主要介紹了振動沉管碎石樁用于處理軟弱地基的加固原理、施工技術及質量控制要點等。

1 CFG樁概念及工程特征

CFG（Cement Fly-ash Gravel Pile）樁是指水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻適量水泥加水拌合，用各種成樁機械制成的可變強度樁。碎石是其主要骨料，石屑的作用是填充碎石空隙，改善骨料級配的次骨架材料；粉煤灰的作用是細骨料和低標號水泥，有利于樁體后期強度的提高。

在處理軟弱土地基的施工中，采用振動沉管打樁機將沉管打至設計深度，再加入石料，從而形成密實的碎石樁體。如此不僅可以減少地基的沉降量和不均勻沉降，還能夠使地基的承載力得到提高，同時提高軟土路基的穩定性，在軟弱地基處理中得到廣泛應用。

2 麻昭高速公路的項目背景

2.1 工程概況

云南麻昭高速公路D4工區，起點位于K92+500，止于K106+877.12，全長14.37712公里。路基寬度分別為33.5m、24.5m。本標段碎石樁共有13處，用于軟弱地基處理。碎石樁樁徑為0.5m，間距1.5m，單根樁長平均為5-12m，呈正三角形布置，樁頂設有100cm厚透水性較好材料，透水性材料上鋪設碎石墊層和土工格柵。本文將重點介紹昭通南立交區碎石樁軟基處理。

2.2 地形地貌

立交區位于昭通構造斷陷盆地邊緣與高原山地過渡地帶，地質作用以流水侵蝕和構造剝蝕作用為主，地形地貌屬侵蝕、剝蝕緩丘地貌區。立交于一丘間淺溝區展布，地面標高約為1908～1955m，相對高差小于50m，地形較平坦開闊，起伏不大。整個立交區地表溝槽地帶墾為水田，斜坡地帶墾為旱地。該立交為高速公路與昭通市區連接的一個互通，于現既有昭麻二級公路接出，交通便利。

2.3 地層巖性

據地質調繪及鉆探揭露，測區上覆第四系全新統人工填土（Qhme）碎石土、沖洪積（Qhal+pl）軟土、黏土、坡洪積（Qhdl+pl）粉質黏土、殘坡積（Qhel+dl）黏土及上第三系（N）黏土；局部見溶洞充填物（Qhca），下覆基巖為泥盆系中統曲靖組（D2q）白云質灰巖。

3 振動沉管碎石樁加固原理

振沖碎石樁施工原理是振密。擠密地基土，增大地基承載力；降低水壓，增強地基抗液化能力。

3.1 擠密作用

在沉管振動成孔過程中，振動器的振動使松砂在振動荷載作用下顆粒重新排列，體積縮小，變成密砂。一方面，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。另一方面，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振密。如此土體在豎向和橫向的雙重作用下，實現了自身的加固擠密。

3.2 排水作用

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，大大縮短了孔隙水的排滲途徑，有效消散和防止超孔隙水壓力的增高和土層的液化，有利于沉降穩定度的提升和加固。

3.3 預振作用

強烈的振動使土體產生較大的動應變，使飽和液化土層中的土的孔隙體積減少，密實度增加，獲得強烈的預振效果，大大改善地基土的抗液化性能。

4 麻昭高速公路振動沉管碎石樁施工工藝

4.1 準備工作

①處理場地內所有的異物，確保場內無任務障礙物；②測量放線，獲取地面整平后的標高；③布設樁位，按設計間距布設并用竹簽釘出，樁間距偏差小于10cm，在臨近橋臺基樁布設樁位時，預留鉆孔灌注樁施工位置，預留凈距為140cm；④采用DZ-60系列走管式振動沉樁機，內置平底活頁式樁尖；樁管內直徑426mm最大沉樁深度能達12m；錘重≥35kN；激振力≥280kN；配套發電機功率≥120kN；并且每臺機應配有磅秤及小推車；另有電焊機等設備。

4.2 施工工藝

①施工順序從外里，相鄰樁間隔跳打；②邊振動邊沉入土層至10m深處，每下沉0.5m留振30秒；③少提升樁管，使樁尖打開；④停振，根據單樁設計碎石用量確定投料的數量及次數，加料至裝滿為止（用標定好的小推車）；⑤啟動拔管，拔管前留振1分鐘，以后邊拔管，提升速度一般為0.5-1.5米/分，拔管1米留振1分；⑥確定第一次投料的成樁長度，進行多次反插至樁管內碎石全部投出；⑦拔管停振，二次投料；⑧啟動拔管，邊振動邊拔管，并視需要多次反插，至管內碎石全部投出，反插深度小于樁管的一半；⑨提升樁管高于地面，停振，三次投料至地表，啟動反插，并及時進行孔口補料至單樁設計用料全部投完；⑩移動樁架至另一孔位，重新作業；？輥？輯？訛在經檢驗合格的段落鋪40cm碎石墊層，和30cm碎石土，分層壓實；？輥？輰？訛碎石上鋪二層土工格柵。

5 質量控制要點

5.1 技術管理措施

各階段施工圖紙設計應進行復核，并據此畫出布樁圖，確保施工的各個環節都符合相關規范白綜合。

5.2 材料控制措施

①嚴格把好供貨商資質關，保證供貨商生產的材料質量好且穩定。所有入場的材料都必須具有相關的合格證，從正常途徑入場，確保每項材料的質量都符合相關規范標準。②選用的碎石要求其具有強度高、水穩定性好、質地堅硬、不易風化、級配良好的特點。碎石料含泥量≯10%，最大粒徑≯50mm。保證料場供應質量，每1000m3石料都要做一次上述各項指標的抽樣檢測。③現場設專人收料，不合格的材料拒收并清理出場。④為避免出現人為因素造成的失誤，應標識好現場的材料，比如用紅牌標識不能使用待清理出去的材料等，一目了然。

5.3 機械保證措施

選擇性能良好的液壓碎石樁機，且在施工過程中注意觀察其動態，確保其一直處于正常的工作狀態，一旦發現其存在異常問題，應及時采取有效的維修和管理措施。

5.4 施工工藝控制

①施工時按照規定的順序進行，整個段落采用跳打形式，并由里向外進行。②根據成樁試驗確定的技術參數進行施工，并將其變化記錄在案。③控制碎石樁的振動頻率，留振時間、反插深度、樁管提升高度和速度、確保樁身的連續性。④碎石樁成樁質量控制采用加固電流法或綜合指標法來控制碎石樁加固質量。⑤樁長控制：成樁樁長要注意兩點，一是樁尖為圓錐形，樁尖處的深度應比設計深度深一個樁尖長度，二是碎石樁樁頭部分的密實度難以保證，成樁頂部也要高出設計樁0.5m。⑥成孔時的質量控制：樁管應沿導向架，并始終保持同導桿平行，樁管發生偏斜須及時扶正。

6 質量檢驗

①基本要求：碎石樁施工前，必須進行試樁試驗，若試驗過程中發現異常，應通過調整各參數使其恢復正常。施工時必須嚴格依照相關規范標準進行操作，并將操作過程記錄在案，施工完畢必須進行檢測，以檢驗處理效果。②檢測方法：質量檢驗應在施工完成2周后進行，檢驗采用兩種以上的方法，如單樁及復核地基荷載試驗，動力觸探試驗等；按照《公路軟土地基路堤設計與施工技術規范》，檢驗點數不少于總樁數的5%，用隨機抽樣的方法確定應檢驗的樁，對碎石樁結合動力觸探的試驗，要求在每震擊貫入深度10cm的情況下，每震擊錘擊數大于5擊（荷載63.5kg）。單樁靜載試驗中其承載力不低于280kPa，復合地基靜載試驗試驗中承載力不低于190kPa，如占檢驗總數10%的樁未能達到設計要求，應及時通知設計人員，復合地基承載力檢測前應用碎石換填檢測點附近30cm厚樁間土在放置承壓板檢測。

7 結語

①振動沉管碎石樁質量的好壞主要決定于：1）原材料，碎石由巖石或礫石軋制而成，應潔凈、干燥，并具有足夠的強度和耐靡性，其顆粒形狀應具有棱角，不得摻有軟質石和其它雜質，粒徑為20-50mm，含泥量不大于10%。2）投料方法：要盡量做到“多吃少餐”，反插次數要足夠，一般土質每1m反插一次，軟弱層應增加反插次數7次左右；3）電流值：在施工過程中要嚴格控制電流，使其大于密實試驗樁的電流值。對以上三點的控制是整個監控中的重點，總之，監控到位，工藝方法合適，是保證成樁質量和樁間土密實的關鍵。②振動沉管碎石樁是有效處理軟基的方法之一，能夠有效提高地基的承載力，確保軟土路基的穩定性，有速度快，效果好，點多面長的特點，正是由于此特點，使得碎石樁施工監控面加大，因此，在碎石樁施工前應做好詳細的施工組織計劃，定人定機，實行24小時旁站，制定獎罰措施，積極開展勞動競賽，使碎石樁施工全過程始終處于受控狀態。

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