淤泥質土地基振沖碎石樁處理施工工藝分析

韓克文 （東華工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024）

1 工程概況

國內某電站下水庫的攔砂壩壩軸線位于下水庫進出水口上游，距離下水庫一期進出水口的直線距離有1654m，攔砂壩的結構形式為復合土工膜防滲黏土芯墻壩，壩頂絕對標高為1066.0m，大壩上游和下游的壩面坡度都是1:2.2。大壩的最大壩體高度為23.5m，大壩最大軸線長度為548m，壩頂最終完工寬度為6m。

2 主要施工方法

2.1 主要的施工設備

2.1.1 振沖設備

振沖器的選擇和加密對象、加密孔位布置及其他施工技術參數密切相關，在施工環境條件確定的情況下，決定加固效果的決定性因素是振沖器的性能。根據前期試驗的開展情況和獲得的效果、設計文件的要求和地質條件特點，現場施工采用BJ75型振沖器，該設備的主要參數見表1。

BJ75型振沖器的主要施工技術參數 表1

BJ75型振沖器具有性能穩定、可靠度高的特點。在采用振沖碎石樁處理地基的生產實踐過程中，該型號的振沖使用較為廣泛。由于該設備具有施工工效高、速度快且施工質量穩定性高、擊振力大、穿透堅硬土體的能力強的特點，因此采用該設備加固處理后的地基，后期的沉降量和不均勻沉降量都不大，可滿足大壩壩基的承載力和穩定性的要求。

2.1.2 起重吊裝設備的選擇

起重吊裝設備的起吊力和起吊高度必須都能滿足現場施工的需要。振沖碎石樁施工的常用起吊設備有打樁機、汽車吊和扒桿等。根據工程的實際情況合理地選擇起吊設備，本工程選擇25t的汽車吊作為起重吊裝設備。

2.1.3 電氣控制設備的選擇

電氣控制裝置需同時滿足現場施工配電和控制施工技術參數的需要，施工技術參數主要包括：振沖施工的留振時間、鉆孔電流量、加密電流量等。BJ75型振沖器采用的是自動控制加密電流量、振沖留振時間等參數，當施工中的電流量和留振時間都達到規定數值時，控制設備會自動發出提示信號，指導現場的施工。

2.1.4 填料設備的選擇

現場的填料設備選用3.0m的裝載機。

2.2 振沖碎石樁施工方法

2.2.1 振沖樁施工工序

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

測量放線：根據提前畫好的樁位圖，將計劃施工區域的樁位放出來，并做好標記。

場地清理、將施工電源和水源引入施工現場，做好施工的準備工作。

準備工作完成后，將施工設備移至空位，并且將振沖器對準預先確定好的樁位。

振沖成孔施工步驟

①首先將振沖器對準施工樁位，其次開啟設備的壓力水泵，等到振沖器的末端出水口開始噴水以后，然后再開啟振沖器，待振沖器空轉運行穩定以后，再開始成孔施工。施工過程中要控制振沖器的入土速度，振沖器需慢慢的貫入土中，貫入過程中控制好貫入參數，當樁尖達到設計的持力層后停止貫入。

②成孔施工過程中，要求振沖器始終處于懸垂的狀態。因振沖器和導管之間的連接采用的是橡膠減震器，所以如果導管稍微偏斜一點是可以的，但是偏斜量不能太大，以免產生振沖器偏離貫入方向的問題。

③地基的土質情況、振沖器類型和水擊壓力等直接影響設備的成孔速度和成孔能力，一般情況下，淤泥質土壤地層條件的成孔速度比較快。

鉆孔清孔：成孔過程中，如果返出的泥漿較粘稠、孔中遇到狹窄地段或孔中出現縮孔等問題時，需對鉆孔進行清孔處理。清孔的方法是在需要擴孔部位反復上下提拉振沖器或者將振沖器提出孔口，使孔口返出的泥漿變稀，保證振沖孔能夠順直、通暢，進而使填料能夠順利下沉。

振沖料的加密：加密的方法是強迫振沖料制樁的施工工藝流程。制樁過程需連續地進行，填料的加密從孔底部位開始施工，底部完成后逐段向上分段施工，分段過程中要求中間不出現漏振的情況。當加密電流和留振時間達到設計要求以后，再將振沖器緩慢地上升，繼續加密下一段，每段加密的長度要符合試驗的參數要求。

重復以上步驟，從下到上加密，直到設計要求樁頂標高加密完成。

加密完成后，關閉振沖器和壓力水，整個成樁過程完成。振沖碎石樁工序示意圖，見圖2。

圖2 振沖樁施工工序示意圖

2.2.2 振沖碎石樁施工質量控制標準和施工技術要求

①成孔和清孔過程

a.施工過程中，要求振沖器的噴水嘴中心軸線和鉆孔的孔徑圓形偏差小于5cm；

b.振沖成孔完成以后，成孔的中心點和施工圖紙的中心偏差要小于10cm；

c.成樁的樁頂中心點與圖紙定位的中心點偏差小于樁孔直徑的0.25倍。

d.振沖器在貫入土中的整個過程均要保持垂直，偏斜度不得超過規范要求。

e.每孔段振沖器貫入1m～2m左右，詳細地記錄一次造孔電流、造孔水壓力和造孔成孔時間，直到貫入到設計要求的深度，整個貫入過程均要記錄清楚。

f.成孔完成以后，對孔進行1～2遍的清孔作業。

②填料作業和加密施工

填料方法的選擇：填料選用強迫填料法施工，該方法的原理主要是利用振沖器的自重和振沖器的振動力，將樁孔上部的填料送到樁孔的下面部分，層層向下送料，直至填料不再下層。

樁孔加密的技術措施如下

a.先控制制樁的電壓是380V左右，要求電壓的波動范圍控制在±20V以內，否則不允許施工。

b.樁孔的加密電流為90A。

c.振搗器的留振時間控制在10s～12s。

d.造孔的水壓力控制在0.4MPa～0.6MPa，加密的水壓力控制在0.3MPa～0.5MPa。

e.每次的加密段長度控制在30cm～50cm。

f.加密電流和留振時間采用電氣自動控制系統予以控制。

g.加密施工從孔底部分開始進行，從下向上逐段加密，整個加密過程要求中間段不能有漏振現象，直至加密到設計的孔頂高程。

2.3 振沖碎石樁施工的質量保證和質量通病預防、糾偏措施

振沖碎石樁施工過程中要做好施工質量控制，施工的質量控制點主要：鉆孔的深度、樁位的偏差、填料量的控制等。施工過程中要隨機抽檢樁體的密實度和樁間土的加密效果。

2.3.1 樁位偏差的質量控制措施

樁位的偏差要達到規范要求，首先就要求造孔過程中控制好孔位的偏差。根據以往的施工經驗，造孔施工過程孔位發生偏移的原因和采取的糾偏措施如下：

①因土質情況不均勻的原因，引起造孔過程中鉆頭向土質較軟的一側滑移。

糾偏措施：振沖器造孔先從土質較硬的一側開始進行，產生的偏移量大小根據現場實際施工情況確定；同時，也可以采用在土質較軟的一側倒入填料，防止樁位向土質較軟的一側移動。

②振沖器導管上部橫向拉桿的拉繩松緊度不適中或者拉繩的拉力方向不對，引起振沖器的鉆頭發生偏移。

糾偏措施：根據適宜方向調整拉繩的松緊度和拉繩的方向，使拉繩處在合適的位置。

③安裝振沖器和導管時，振沖器和導管的中心不在垂直線上或導管出現彎曲現象。

糾偏措施：調整振沖器與導管的位置，使兩者的中心線處在垂直線上；彎曲的導管采用調直設備，應調直或直接予以更換。

④施工過程中填料不均，填料只從一邊進行，造成填料擠壓振沖器，導致樁位發生偏移現象。

糾偏措施：調整填料的方式，填料從孔的四周均勻地加入，保持填料的均勻。

⑤樁位偏差超過規范或設計的要求。

糾偏措施：重新測量放線找準樁位，按新孔的要求重新造孔、加密、成樁。

2.3.2 樁長施工控制

①振沖器和導管安裝完成以后，為使振沖器操作人員方便控制振沖器的貫入土的深度。采用鋼卷尺量測，在振沖器和導管中做好長度標記，每隔0.5m標記為一段。

②施工過程中要注意場地高程的變化，造孔的深度要根據場地的實際高程控制。

③施工過程中，當地面出現淤積抬高或地面出現下沉情況時，根據地面抬高或下沉情況，振沖器的貫入深度也要做對應的調整，最終要保證成樁長度滿足設計和規范要求。

2.3.3 施工技術參數的過程控制

振沖碎石樁施工的主要技術參數如下：加密段長度、加密電流、加密水壓、留振時間、造孔水壓、填料數量等。

當使用加密電流、加密段長度和留振時間作為振沖碎石樁施工的綜合指標時，填料的數量要受到上述指標的約束。

2.3.4 防止抱卡鉆桿的控制

根據地層情況，振沖碎石樁施工過程中可能會出現抱卡導桿的情況，發生該情況將會對施工工效和施工質量造成影響。根據以往類似工程中的施工經驗，采取如下措施可減少發生抱卡鉆桿的情況，保證振沖器的成樁能夠順利地進行。

①鉆桿采用大直徑高強度的鉆桿；減少鉆桿和振沖器之間連接處的直徑突變；增加振沖設備的自重；增加振沖器的穿透能力。

②施工過程中，要出現抱卡鉆桿的前兆時，立即停止繼續下放振沖器，使振沖器在原深度中先停留下來。加大水壓力先預沖一段時間，然后再繼續慢慢下放振沖器。同時，要求在該段及附近段要反復多次上下提拉振沖器清孔，防止出現卡孔現象，能夠實現穿透該地層。

③施工過程中，由于不可預料的原因而發生振沖器抱卡在孔中時，可以使用大噸位的汽車吊提住振沖器，然后啟動振沖器，將振沖器緩慢的上提，反復多次并上提，直至振沖器提出抱卡位置；若短時間內不能及時提出振沖器，可以先暫停電機的運行，繼續向孔內沖水，沖洗一段時間以后，待束縛振沖器及導管的障礙物應力消除后，再按上面的步驟重新提拔振沖器；當振沖器的電機發生損壞，大噸位的吊車也不能提出振沖器時，可使用另外的振沖器在抱卡鉆孔的周圍鉆孔，或者采用反鏟挖掘機開挖一定深度，減小鉆孔的阻力，再使用反鏟挖掘機或大型裝載機配合大型吊車提拔振沖器。

2.3.5 樁頭密實度的控制

①樁體加密應加密到基礎設計高程1.0m以上，確保樁頂密實度滿足設計和規范要求。

②當加密施工接近樁頂時，可以采取在孔口堆料強打、反復振搗的措施，也可以采取在樁頂部的留振時間，適當延長或增加振搗次數的措施。

3 施工結果分析

攔砂壩振沖碎石樁施工完成后，由專業的實驗檢測單位，進行樁間土標準貫入度實驗、樁體密實度檢測的重型動力觸探試驗、復合地基靜載試驗、樁間土室內土工檢測試驗等試驗。通過試驗檢測資料的綜合分析，得出如下結果：

①樁間土的密實度根據標準貫入度試驗錘擊數進行測定，共檢測10個點，其中5個點的樁間土的密實程度為中等密實；另外5個點的樁間土的密實程度為密實。

②樁體的密實度檢測通過動力觸探試驗測定，根據動力觸探結果判斷樁體密實。

③經試驗測定，振沖碎石樁的復合地基承載力特征值，可以滿足不小于250kPa的設計要求。

④粘聚力和內摩擦角情況：密度為1.89g/cm的振沖碎石樁樁體內摩擦角為40.15°，粘聚力為197.53kPa；密度為1.96g/cm的振沖碎石樁樁體的內摩擦角為40.79，粘聚力為210.27kPa；密度為2.08g°/cm的振沖樁樁體的內摩擦角為41.33，粘聚力為207.62kPa。

⑤根據以往類似工程的試驗結果，當復合土體的等效內摩擦角不小于30°時，復合土體的等效粘聚力不小于7.25kPa。

4 結束語與建議

攔砂壩壩基河床表層為淤泥質土，力學性質較差，地基承載力僅為80kPa。通過振沖碎石樁加固處理，地基承載力達到了250kPa以上，大大地提高了地基承載力，滿足30m級大壩應力要求。通過攔砂壩振沖碎石樁施工的成功經驗，為軟土地基處理積累了經驗和方法。