密實地層中碎石樁施工工藝研究

2019-10-21 14:17:41蘇寶郭樹偉沈遠志

科技風 2019年19期

蘇寶郭樹偉沈遠志

摘要：碎石樁是指通過向地層中夯（填）入碎石料后在地基中形成的碎石料組成的樁體。在密實地層中沉管時，沉管端口、沉管外側所受到的阻力大，無法把沉管下沉到設計深度，導致無法施工碎石樁。為解決這一問題，以云南省大理某項目為例，采用了長螺旋鉆機引孔后用振動沉管工藝進行施工。當長螺旋鉆機引孔穿越密實地層后，采用振動沉管打樁機，按照沉管、填料加密，直至碎石樁設計深度，解決了密實地層條件下無法施工振動沉管碎石樁的難題，提高了地基的承載力。

關鍵詞：密實地層;碎石樁;振動沉管;引孔

Abstract：A gravel pile is composed of crushed stone which is filled into formation.When bushing is immersed in the dense formation，the resistance of bushing port and bushing outer side is large，and bushing cannot be sunk to the design depth，resulting in the impossibility to construct the gravel pile.In order to solve the problem mentioned above，taking a project in Dali，Yunnan Province as an example，a long auger drilling machine was used to construct the hole before the vibration immersed tube process.After the long auger drilling hole passed through the dense stratum，the vibrating immersed pile driver is used，according to the immersed pipe and the packing encryption，until the design depth of the gravel pile，which solves the problem that the vibrating immersed stone gravel pile can not be constructed under the dense stratum condition，and improves the bearing capacity of the foundation.

Key words：dense ground;gravel pile;vibrating immersed tube;lead hole

1 概述

碎石樁是指通過向地層中夯（填）入碎石料后在地基中形成的由碎石料組成的樁體。不管采用何種施工工藝，只要最終形成的樁體材料時由碎石料組成，都可稱之為“碎石樁”。

碎石樁加固法從德國工程師1936年發(fā)明的振沖法發(fā)展而來，最初僅用于砂基的加固，其原理是依靠振沖器的強力振動使飽和的砂土液化、顆粒重新排列、孔隙減小而達到擠密效果的。之后再工程上的廣泛應用產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，使得其抗液化理論研究得到了迅速發(fā)展，其在抗液化反面的顯著效果也得到了工程實踐的驗證。

到20世紀50年代末至60年代初，振沖法被用于粘性土地基的加固。由于在施工中通過向地層夯填入的碎石等散體的顆粒材料形成的樁體從而出現(xiàn)了“碎石樁”的名稱，現(xiàn)代振沖法施工是依靠振沖器前端錐口噴出的高壓水注的成孔和偏振塊的振動使孔位土體擠向四周的。但由于振沖法施工不僅耗水量大，而且要排放出大量的污泥漿污染工作環(huán)境，為了消除污染并適應各種土質(zhì)的不同要求，近年來又應運產(chǎn)生了各種碎石樁的施工工藝，如用沉管打樁機沉管成孔的振動沉管碎石樁。[1-8]

振動沉管碎石樁不耗水，且能避免振沖成孔造成的泥漿污染，所以應用越來越廣泛，但在密實地層如礫砂層、稍密以上的砂層中，由于在沉管過程中，端口、管外側所受到的阻力大，造成無法把沉管下沉到設計深度，使碎石樁樁長無法滿足設計要求，從而影響了建筑物的安全、長期運營。[9]

現(xiàn)以云南省大理某項目為案例進行密實地層中碎石樁施工工藝研究，供同行參考。

2 工程地質(zhì)概況

擬建項目征用地平面形態(tài)呈近矩形狀，凈用地面積4744083m2，采用振動沉管碎石樁，樁徑500mm，樁長12.5～14.3m。勘察期間測得場地區(qū)各鉆孔水位埋深0.40～3.80m。

場地巖土層地質(zhì)情況自上而下如下：

（1）耕土：褐黃色，褐灰色，松散，干燥，由砂土混合粘性土組成，含少量鈣化螺母、貝殼碎塊，含少量植物根系。層厚0.50～1.00m，平均厚度0.56m。

（2）粉質(zhì)黏土：褐黃色、褐灰色，硬塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)，稍濕。稍有光澤，無搖振反應，干強度及韌性中等，夾薄層黏土。層厚0.50～4.80m，平均厚度1.89m。

（3）粉質(zhì)黏土：深灰色、褐灰色，軟塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)，很濕。稍有光澤，無搖振反應，干強度及韌性中等，局部地段夾少量腐殖質(zhì)，夾薄層有機質(zhì)土。層厚0.60～4.30m，平均厚度1.76m。

（4）粉土：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，很濕，干強度中等，搖震反應中等，局部含少量腐植殘渣、鈣化螺母碎屑，層內(nèi)多處夾薄層狀粉砂。層厚0.50～13.40m，平均厚度3.92m。

（5）粉質(zhì)黏土：深灰、淺灰色，可塑狀態(tài)，濕，稍有光澤，無搖振反應，干強度及韌性中等，偶見螺母碎屑，夾薄層黏土。層厚0.90～11.00m，平均厚度3.61m。

（6）粉砂：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，飽和。石英-長石質(zhì)，均粒，夾薄層粉土。層厚0.50～4.80m，平均厚度1.72m。

（7）礫砂：淺灰、深灰色，稍密～中密狀態(tài)，飽和，成分以砂巖、灰?guī)r、石英為主，不規(guī)則排列，圓～亞圓形，含約5%卵石，大量粗粒、細粒充填，局部夾薄層狀粉砂。層厚0.60～9.20m，平均厚度2.28m。

（8）粉土：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，很濕，干強度中等，搖震反應中等，局部含少量腐植殘渣、鈣化螺母碎屑，層內(nèi)多處夾薄層狀粉砂。層厚0.60～11.90m，平均厚度3.78m。

（9）粉質(zhì)黏土：淺灰色，可塑狀態(tài)，濕，稍有光澤，無搖振反應，干強度及韌性中等，偶見螺母碎屑，夾薄層粉土。層厚0.80～13.50m，平均厚度4.36m。

（10）粉砂：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，飽和。石英-長石質(zhì)，均粒，夾薄層粉土。層厚0.50～3.70m，平均厚度1.45m。

（11）礫砂：淺灰、深灰色，稍密～中密狀態(tài)，飽和，成分以砂巖、灰?guī)r、石英為主，不規(guī)則排列，圓～亞圓形，含約5%卵石，大量粗粒、細粒充填，局部夾薄層狀粉砂。層厚0.50～4.00m，平均厚度1.80m。

（12）粉土：深灰、淺灰色，稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，很濕，干強度中等，搖震反應中等，局部含少量腐植殘渣、鈣化螺母碎屑，層內(nèi)多處夾薄層狀粉砂。層厚0.90～13.00m，平均厚度3.69m。

（13）粉質(zhì)黏土：淺灰色，深灰色，可塑狀態(tài)，濕，稍有光澤，無搖振反應，干強度及韌性中等，偶見螺母碎屑，夾薄層黏土。厚度0.90～13.40m，平均厚度5.15m。

從土層的地質(zhì)情況可以發(fā)現(xiàn)，碎石樁要穿越平均厚度為172m的稍密狀態(tài)的粉砂和2.28m的稍密～中密狀態(tài)的礫砂。

3 施工中的困難

該工程在樁基施工前需采用振動沉管碎石樁消除場地液化地層，設計碎石樁樁徑500mm，樁長14.5m，在現(xiàn)狀標高上需施工15～17m，于2018年10月25日進場施工，共進場2臺振動沉管打樁機，設備型號DJ-120KS，截止11月4日，共計施工碎石樁51根，均施工到約9～10m位置出現(xiàn)振動不下去情況，施工樁長并未達到消除地基液化的作用，根據(jù)勘察報告及設計圖紙分析原因如下：根據(jù)勘察報告可知，該場地地層復雜，粉土、粉質(zhì)黏土與砂層交替分布，地下水位埋深淺，土層基本處于飽和狀態(tài)，根據(jù)實驗報告及標貫實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，粉土及粉質(zhì)黏土不排水抗剪強度均大于20kPa，且粉砂、礫砂層為密實狀態(tài)，含約5%卵石，大量粗粒、細粒充填，導致振動不下去。

4 采取的措施

起初計劃采用加大振動沉管機的激振力的方法來解決上述問題，在實施中發(fā)現(xiàn)即使采用激振力更高的振動沉管機，在該土層依然無法貫穿。為解決這一難題，采用了長螺旋鉆機引孔后振動沉管工藝進行施工，該工藝的步驟為先利用長螺旋鉆機引孔，后采用振動沉管打樁機振動施工。根據(jù)該項目的地層條件，引孔直徑取80cm，由于該項目地下水埋深淺，引孔前應下護筒，護筒直徑應比孔徑大20cm。[10]同時，在引孔過程中，應監(jiān)控孔的斜率，宜每鉆進1m測一次孔斜率，從而保證引孔的質(zhì)量。當長螺旋鉆機引孔穿越硬可塑砂層后，采用振動沉管打樁機，按照施工一般步驟進行清孔、填料加密，直至設計處理深度。

5 結語

（1）云南省大理某項目地基處理采用長螺旋鉆機引孔后振動沉管工藝進行施工，克服了硬可塑砂層無法下振的難題，處理后提高了地基的承載力。

（2）對于硬可塑砂石地層中的碎石樁施工，可采用長螺旋鉆機造孔后引孔振沖工藝進行施工，該工藝的步驟為先利用長螺旋鉆機引孔，后采用振動沉管打樁機振沖施工。

（3）在地下水位較淺時，引孔前應下護筒，護筒直徑應比孔徑大20cm，埋入深度根據(jù)地質(zhì)條件和地下水位高低確定。

（4）在引孔過程中，應監(jiān)控孔的斜率，宜每鉆進1m測一次孔斜率。

參考文獻：

[1]龔曉南.地基處理手冊（第三版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]李玉成.變荷載條件下考慮土體非線性的碎石樁復合地基固結研究[J].河南科學，2018，36（2）：204-209.

[3]劉強，阮懷寧.CFG樁與強夯碎石樁復合地基主要影響因素分析[J].河南科學，2017，35（4）：611-617.

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