振沖碎石樁在開山填石料地基中的應用

文/趙路朋 于濤，北京振沖工程股份有限公司

1 引言

隨著經濟的發展和港口建設的蓬勃開展，對土地資源的要求日益迫切，將開山碎石拋填造陸，已成為沿海城市緩解土地資源緊張的重要途徑。目前，很多港口建設碼頭護岸均為開山石料拋填形成的。這類地層的處理就迫在眉睫，振沖碎石樁作為一種既能符合設計的承載力和沉降等要求，又能縮短工期、節省工程費用的處理方法廣泛應用在大面積的地基處理中,但其理論和試驗研究尚處于發展階段，還不夠成熟完善，本文基于工程實踐對該地層的處理進行淺析，并總結了一些結論。

2 工程概述

工程位于長興島西南部，STX（大連）造船廠的南部。由于該施工場區，位于1#高樁碼頭附近成條帶狀，考慮新回填的開山石料固結差，抗滑能力差，地基承載力特征值低，而且層厚較深，決定采用振沖碎石樁進行地基加固處理。

根據地質勘察報告可知，該處理場區位于在建的1#高樁碼頭后方，上部均為新近回填的開山石料，塊徑不均，回填深度較大，各施工段不等，為振沖樁施工提供了難度。1#場區為22個施工段（H、A1-01～A1-21）全長676.6m，該區上部開山回填石料塊徑較大，層厚3～5m，由于原始地層為粉土，開山填石料塊徑較大，其深度可達7.5m左右。粉土層底層標高為-2.0～-7.0m，fsk=150kPa；細砂層底層標高為-7.0m～-10.0m，fsk=140kPa；粉質粘土層底層標高為-10.0m～-18.5m，fsk=150kPa；下面為礫卵石層fsk=240kPa。駁岸后方荷載為35kPa，處理深度為-18.5m，可加固到礫卵石層。2#場區為4.5個施工段全長139m，該區上部開山回填石料塊徑較大，層厚較1#場區深，可達5m左右，其影響深度可達8.5m左右。粉土層底層標高為-3.5～-7.0m，fsk=150kPa；粉質粘土層底層標高為-7.0m～-10.0m，fsk=150kPa；粘土層底層標高為-10.0m～-21.0m，fsk=140kPa。駁岸后方荷載為20kPa，處理深度為-18.0m。

3 工程試驗

根據地質鉆孔所揭露的1#、2#兩個場區地層情況來看，其最表層的開山回填石料層變化很大，深可達9.0m多。由于其塊徑不均勻性很大，各個分段差異性也很大，導致這段地層施工較為困難。

鑒于該場區地層特點和地質報告給出的各項原位測試結果和它的物理力學指標，振沖碎石樁究竟能在大面積的開山石料地基中得到應用？施工組織設計又如何保證其優良的處理效果？為了探其可行性，掌握振沖碎石樁成孔過程中造孔電流和施工順序和成樁過程中的填料量多少和加密段長度。通過2個分段的施工對比，可以發現上面的地層條件是和地質鉆孔所揭露的相吻合的，但在局部粉土層里也含有較大塊石。按正常施工順序施工，其成樁效率是很低的，成樁加密效果也達不到最佳，很容易損壞設備。因此對此類地層做出各項施工參數和施工方法的調整。

4 振沖碎石樁施工參數調整

原設計設計參數為碎石樁采用正三角形布置，平均樁徑為1.1 m，1#樁間距為1.8m，2#樁間距為3.0m。在試驗段施工對比過程中，發現表層振沖施工中塌孔現象很嚴重，這種現象是由于表層的開山回填石料相對較細，較多中等塊石分布周圍，表層下部開山石料固結很差引起的。由于在振沖設備很強的激振力和高壓水流作用下，使孔周圍土體發生水平位移和豎向位移的擠土效應，水平位移主要是擠密作用為主，而豎向位移在粘性土、素填土或粘土中應以地表土的隆起為代表，但由于開山回填石料的固結差以及下部土體固結也很差，導致上部孔口開山回填石料不及振密實就塌了下來，而且，成孔到4.0m以下時，會出現較大面積的塌陷；又由于土中塊石粒差異性很大，下部土層局部也有與地質鉆孔揭露不吻合的地方，一旦在施工到7.0m以下部分如遇到大而厚的塊石，就會導致振沖設備造孔非常困難，上拔時也會被上部塌孔的各種塊石和土體卡住，這樣極易造成設備的損毀，這是其一。其二，當以（圖1示）進行施工，在施工5#根樁時，會出現造孔電流很高，造孔困難?；谶@種現象做如下調整。

面對實際施工中這些問題，應該考慮施工打樁順序，如圖2示施工順序?？梢园l現，在施工第1#樁時，會導致其附近一部分面積塌陷，由于其地勢低，靠近海邊，使其土體水分增多，成孔至5.0m以下時，進行清孔，開山石料為中風化，含泥量大，這樣易形成泥漿護壁，按設計施工參數施工，成樁質量能滿足設計要求。按圖2示順序依次施工，成樁質量不僅能發揮到最佳，而且，在施工至5#樁時，也不會因已施工完2#、3#樁，其擠密作用已經把5#樁周圍的土體擠密使施工5#樁時成孔較為困難的現象。至于塌孔現象，由于開山回填石料固結很差，上部顆粒較為細，是不可避免的，但按圖2示順序施工，塌孔在施工岸側樁點時，顯然塌的量小了很多。至于較深地層局部有大塊石問題，當遇到施工至10.0m以下，施工困難時，定為下面為塊石，由于實際加密成樁樁體為-7.5m至-18.0m（以2#區第A排樁為例）。所以當遇到大塊石時，應當在樁邊復打，以滿足設計要求。由于成樁長度不是很長，但成孔較深，所以要把握及時填料，少吃多餐的原則，控制好加密段，避免施工有斷樁現象。具體設計驗算（2#場區為例）如下：

注：fspk——復合地基承載力特征值（kPa），m——面積置換率

Ra——單樁承載力特征值（kPa）,Ap——樁截面積（m2）

β——樁間土承載力折減系數， fak——樁間土地基承載力特征值（kPa）

計算結果表明，復合地基承載力可滿足設計要求。

5 結論

（1）振沖碎石樁法逐漸發展到在很多復雜地層中的應用，主要是考慮在不同地層、不同條件下，靈活的調整施工方法和施工參數，能明顯提高施工質量和施工功效。

（2）振沖碎石樁法在處理普遍有較厚的開山回填石料地基時，應及時填料，堅持“少吃多餐”的填料原則，避免中間斷樁的現象；

（3）根據現場地質條件，確定合適的打樁施工順序，能較好的改善制樁效率；

（4）振沖碎石樁處理此類地基復合地基承載力特征值遠遠滿足設計值，同時可達到工期短，經濟節約的目的。