振動沉管碎石樁在軟基加固中的應用

許少雄

(中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361006)

0 前 言

在軟基加固中，振動沉管碎石樁是一種比較成熟的施工方法。該方法施工工藝簡單、造價較低、施工速度快。能對樁間土進行有效加固，起到置換弱土的效果，更好地加速排水固結消除液化，提高承載力并減少施工后地基固結沉降，是目前軟基加固里較常用的一種處理方法。

1 作用原理

1)豎向排水通道。由于軟基中的軟黏土和淤泥含水量高、滲透性差、壓縮性高，其孔隙中含有大量的水分較難排出，可以選擇通過振動沉管碎石樁施工，為黏土和淤泥提供便捷的排水通道，進而縮短排水距離，另一方面也能有效加快超孔隙水壓力的消散，從而加速地基土的固結。

2)振密作用。振動沉管時，樁管的振動在土體中傳播，引起土體周圍的振動，在振動作用下土體結構被破壞，增大孔隙水壓力，重新排列土顆粒，進而讓土體由較松散狀態變為較密實狀態。

3)置換作用。振動沉管碎石樁施工過程中，將樁管四周部分軟土擠出，置換為強度更高的碎石樁樁體，成樁以后就形成了樁與樁間土的復合地基，以此提高軟土地基性能。

2 工程概況

廈門第二東通道跨海橋梁預制場工程坐落在福建省廈門市翔安隧道翔安側風塔北側，占地約10萬m2。主要建設內容包括：墩臺預制場、陸域前期的地基處理與墩臺預制、存儲、出運區的鋼筋混凝土結構筏板及其PHC樁基、進場道路等。其中除預制、橫移、堆放臺座以外的其他區域采用φ500沉管碎石樁進行地基加固處理，碎石樁總方量為7.43萬m3。

3 地質水文情況

3.1 地質條件

1)根據地質勘察資料場地地層自上而下為：①雜填土：淺灰色，灰黃色，成分主要以石英砂為主，局部含貝殼屑等；②粉質黏土：灰褐色，可塑，成分以黏性土為主，無搖振反應，切面光滑；③淤泥：深灰色，流塑，成份以粉黏粒為主，無搖振反應，切面光滑，夾少量貝殼屑；④淤泥質黏土：灰黑色，軟塑-可塑，土質較均勻，刀切面光滑，局部含少量砂及貝殼屑；⑤中砂：灰黑色，稍密，飽和，顆粒主要成份以石英、長石等為主；⑥礫砂：灰色，灰白色，中密，飽和，顆粒主要成份以石英、長石等為主，見貝殼碎屑；⑦強風化巖脈(砂土狀)：灰黃色、灰白色。原巖結構大部分破壞，巖質軟，遇水易軟化，巖芯多呈砂土狀，手捏易碎。

2)地質構造及不良地質現象：勘察過程中未發現有斷裂構造本場地和臨近處未發現有不良地質現象存在。

3.2 水文情況

本地區降水主要集中在4～9月，占全年總降水量的76%。年平均降水量為1 188.4 mm。年最大降水量為1 998.8 mm(1990年)。年最小降水量為783.5 mm(1957年)。日最大降水量為39.7 mm(1973年4月23日)。

4 設計要求

4.1 碎石樁設計參數

1)振動沉管碎石樁處理范圍及單根長度(7～15 m)。

2)碎石樁直徑50 cm，樁位按照等邊三角形布置，樁中心距180 cm(處理區域表層回填砂土厚度超過6 m)，樁中心距160 cm(處理區域表層回填砂土厚度<6 m)。

3)振動沉管碎石樁施工到現有場地頂面，樁頂平均高程+5.00 m，碎石樁樁體穿透淤泥層和淤泥質黏土，底面進入承載力150 kPa的中砂或粉質黏土持力層。

4)充盈系數K=1.25(中砂、粉質黏土)～1.29(淤泥質黏土、素填土)～1.32(淤泥)。

4.2 設計施工工藝參數

1)振沉鋼管外徑≥35 cm，樁管壁厚≥6 mm；沉管樁靴為帶活瓣樁尖，要求加工精細、啟閉靈活，變形小、剛度大、重復使用次數多；鋼管上部宜采用可拆卸管段組裝，沉管各節管段需要設置明顯的刻度標志。

2)施工機具就位、沉管對中和管靴閉合后，控制振動力30～70 kN、防止過分擾動土體，振動沉管至設計樁底高程，下沉過程中控制垂直度偏差≤1.5%。

3)填料為未風化、質地堅硬的潔凈碎石，碎石粒徑宜為20～50 mm，含泥量不超過5%。禁止采用單一級配，首次加料時向管內一次性加滿碎石。

4)邊振動邊緩慢提升鋼管，拔管速度控制在1.0～1.5 m/min，每拔0.5 m高停拔振動20～30 s；或者每次提升1 m高度，留振時間30～60 s，將樁管壓下反插0.4～0.5 m深度后再拔。

5)按照試樁確定碎石填量、提升高度和速度、留振時間和擠壓次數以及反插深度、電機工作電流等參數，重復進行振動提管和反插；施工中可根據電流曲線和貫入曲線判斷土層變化，振密電流和留振時間等關鍵技術參數采用自動系統控制，出現異常情況時，應及時采取相應措施。

5 施工工藝及施工質量控制

5.1 沉管碎石樁施工工藝

1)先通過圖紙確定施工區域及坐標控制點，按測量放線的軸線作為定位控制系統。按施工圖布設樁位，并用竹簽釘入土中作為標記。

2)組裝調試施工機具，保證施工設備的正常運轉，調整機架的垂直度。

3)施工機具就位、沉管對中和管靴閉合后，調整垂直度≤1.5%，啟動振動電機，放松鋼纜，使其垂直徐徐沉管，沉入至設計樁底高程。

4)振沖填料：在沉管過程中，當沉管到設計樁體深度時，用裝載機向管內加灌碎石，為加快施工進度，可在沉管過程中用料斗進行空中加料。

5)拔管反插：當管內加灌滿碎石后，方可振動拔管，邊拔管邊反插加以密實樁體，反復加固作業至孔口，且其拔管速度≤1～1.5 m/min。

6)制樁結束：制樁加固至孔口時，再對地表面層較松散的樁體作反壓密實。

7)移位：樁管吊離地面，開啟移位卷揚機，移至下一樁點。

5.2 施工質量控制

1)振動點位置的確定——依據設計布點圖用經緯儀測量放出樁位，用涂紅竹簽作標記。經復檢驗收，振沖點偏差≤2 cm，成孔中心點偏差≤1/6孔徑，且≤15 cm。

2)成樁深度控制：在沉管導向架上按1、2……20 m用紅漆標上標記，用以核對樁管入土深度，記錄誤差≤10 cm。

3)成樁密實電流值：在控制電箱鍵盤上設有3只電流表，在開始前記錄空載電流值，成樁時記錄密實電流值。

4)分層分段高度：當樁管下沉至設計底標高后提升樁管作密實樁體施工，分層分段返壓密實，保證樁體的整體密實。

5)保證每根樁的施工質量。若樁管下沉時遇到孤石，應及時通知負責施工的工程師監理并移位補樁。

7)樁基施工中應遵循“按圖施工”和“邊觀察、邊分析”的方法，如發現現場地質情況與設計不符或原設計的處理方法因故不能施工時，應及時上報。

8)現場應及時在樁位圖上描繪已施工的樁位，作好施工記錄，積累資料，隨時準備項目部、監理、業主的抽查。

5.3 試驗檢測

通過上述施工后，根據設計要求碎石樁成樁后30天后，采用重型動力觸探檢測樁身密實度與樁長，要求貫入量100 mm時，錘擊數應>5擊，碎石樁體承載力特征值≥240 kPa。通過承載力檢測及標準貫入試驗，結果如表1～2所示，由此可見，在軟基加固中振動沉管碎石樁具有良好的處理效果。

表1 標準貫入試驗

表2 復合地基承載力試驗

6 結束語

振動沉管碎石樁在軟基加固處理中的應用，一方面可有效控制地基沉降，提高地基承載力；另一方面表現為投入設備簡單，有利于現場文明施工、造價適宜、能按時完成進度、施工質量便于控制的優點。

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