振冲碎石桩在水利工程中的应用

1 工程概况

该工程沿线河岸地貌特征为珠江一级阶地, 属冲积平原地貌单元, 沿岸线地层主要由第四系冲积层、残积层及白垩系红砂层等构成。根据地质勘察报告, 土层地质结构主要是粉细砂、淤泥、粉质粘土、风化粉砂岩等。土层分布不均匀, 力学性质差异明显, 属于高压缩性、高灵敏度的土层。因此, 为了满足地基承载力的要求, 该工程利用碎石桩以改善地基承载能力, 碎石桩底部高程为-7.0 0 m, 面部高程为-0.8 0 m, 顶层面填3 0 c m小碎石垫层, 碎石桩段纵向长度范围为3 0 7.2 m。碎石桩平面布置为4排, 排距为1.5 m, 行距亦为1.5 m, 沿线均匀布置, 总计为2 0 0 2行8 0 8根5009.61m, 共计2868.3m3.

2 振冲碎石桩的原理

振冲碎石桩是一种经济有效的地基土体加固措施, 它以潜水电机带动偏心块, 使振冲器产生高频振动, 同时通过振冲器尖端喷嘴喷射出高压水流, 在边振边冲的联合作用下, 将振冲器沉到土中的设计深度。经清孔后, 从地面向孔中分段填人适量碎石, 每段填料均在振动作用下被振挤密实, 达到设计所要求的密实度后提升振冲器。如此重复填料和振密, 在土体中由下而上制作成一根大直径密实的碎石桩体, 加固后的碎石桩与土体共同作用, 从而达到加固土体的目的。本工程设计要求碎石桩成桩后承载力fk≥1 8 0 kpa, 即单桩设计承载力为1 1 4.5 k N, 沉降量与沉降差均应满足现有关规范要求。

3 试桩要求

(1) 在施工前, 根据现场的实际情况, 选择具有代表性范围外成桩工艺和成桩挤密试验。

(2) 试桩的成桩挤密和成桩工艺试验, 目的是为了调查各种机械参数, 为大面积施工提供各种数据, 保证工程质量。

(3) 试验项目包括成桩时间、深度、压入碎石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机的工作电流等, 以确定桩体在密实状态下的各项指标, 以此作为设置碎石桩的控制指标。

(4) 试桩数为12根, 按3m×3m或4m×4 m布置, 并对试桩进行标准贯入试验和承载力测试, 以检验施工设备和方法是否符合要求。

(5) 主要试验内容桩间土的标准贯入试验复合地基载荷试验单桩承载力试验。

4 施工工艺

该工程碎石桩的施工顺序采用“由里向外”或“一边推向另一边”的方式, 因为这种方式有利于挤走部分软土。如果“由外向里”制桩, 中心区的桩很难做好。对抗剪强度很低的软粘土地基, 为减少制桩时对原土的扰动, 宜用间隔跳打的方式施工。碎石桩施工流程如下:水上开挖清基→填注施工平台→测量放样→振冲法成孔→清渣、填料、振密、桩头处理→桩顶碎石垫层铺筑压实→桩后垫土工布→中粗砂回填振实。

(1) 将3 0 k W振冲器对准桩位, 开水开电。检查水压、电压和振冲器的空载电流值是否正常。

(2) 启动施工车或吊机的卷扬机, 使振冲器以1~2 m/m i n速度在土层中徐徐下沉。振冲器在下沉过程中的电流值不得超过电机的额定值。如有超过, 就减速下沉, 或者暂停下沉, 或者向上提升一段距离, 借助高压水冲松土层后再继续下沉。在开孔过程中, 记录振冲器经各深度的电流值和时间。电流值的变化定性地反映出土的强度变化。

(3) 当振冲器达到设计加固深度以上30~50cm时, 开始将振冲器往上提, 直至孔口提升速率可增至5~6 m/m i n。

(4) 重复步骤 (2) 、 (3) 1~2次。如果孔口有泥块堵住, 就把它挖去。最后, 将振冲器停留在设计加固深度以上 (20~50) cm处, 借循环水使孔内泥浆变稀, 这一步骤叫清孔。清孔时间 (1~2) min, 然后将振冲器提出孔口, 准备加填料。

(5) 往孔内倒巧 (0.15~0.5) m3填料, 将振冲器沉至填料中进行振实。这时, 振冲器不仅使填料振密, 并且使填料挤人孔壁的土中, 从而使桩径扩大。由于填料的不断挤人, 孔壁土的约束力逐渐增大, 一旦约束力与振冲器产生的振力相等, 桩径不再扩大, 这时振冲器电机的电流值迅速增大。当电流达到规定值时, 认为该深度的桩体已经振密。

(6) 复上一步骤, 自下而上地制作桩体, 直至孔口, 这样根桩就做成了。

(7) 关振冲器, 关水, 移位。

(8) 施工中统计原始纪录, 内容包括桩号、地面高、孔底高、制桩长度、填料时间及在成孔过程中出现的异常情况及处理措施等。

5 施工质控制

施工质量控制实质就是对施工中所用水、电、料三者的控制, 施工控制标准的制定都必须靠现场试验确定其具体数值。

振冲施工中水是很重要的。关于水, 要控制的一个是水量, 另一个是水压。水量要充足, 使孔内充满着水, 这样可防止塌孔, 使制桩工作得以顺利进行;反之, 水量亦不宜过多, 过多时易把填料溢出流走。关于水压, 视土质及其强度而定。一般说, 对强度较低的软土, 水压要小些, 对强度较高的土, 水压宜大。成孔过程小, 水压和水量要尽可能大, 当接近设计加固深度时, 要降低水压, 以免破坏桩底以下的土。加料振密过程中, 水压和水量均宜小。

关于电, 主要控制加料振密过程中的密实电流。密实电流规定值根据现场制桩试验定出, 一般为振冲器潜水电动机的空载电流加上 (1 5~2 0) A。在制桩时, 不能把振冲器刚接触填料的一瞬间的电流值作为密实电流。瞬时电流值有时可高达 (1 0 0-1 2 0) A, 但只要把振冲器停住不下降, 电流值立即变小。

关于料, 要注意加填料不宜过猛, 原则上要“少吃多餐”, 即要勤加料, 但每批不宜加得太多。在制作最深处桩体时, 为达到规定密实电流所需的填料远比制作其他部分桩体多, 有时这段桩体的填料量可占整根桩总填料量的1/4~1/3。这是因为开始阶段加的料有相当一部分从孔口向孔底下落过程中被粘留在各深度的孔壁上, 只有少量能落到孔底。另一个原因是如果控制不当, 压力水有可能造成超深, 从而使孔底填料数量剧增。第三个原因是孔底附近遇到了事先不知的局部软弱土层, 这也能使填料数量超过正常用量。

总而言之, 所谓施工质量控制就是要谨慎地掌握好填料量、密实电流和留振时间这3个施工质量要素, 要使每段桩体在这3方面都达到规定值。联系到具体情况, 一定要根据地基土质条件, 抓住主导的要素, 只有这样才能造出高质量的桩体, 施工质量才有保证, 才能得到预期的加固效果。

6 结语

碎石桩施工质量是复合地基成败的关键, 应从以下几个方面控制。

(1) 造孔直径不能太大。如成孔太大, 桩间土难以挤密且浪费材料。 (2) 制桩时控制水压。水压太大, 砂土易流失, 造成密实电流达不到设计要求。 (3) 控制成桩时或制桩时密实电流与成孔时密实电流之相对差值。按规范要求, 在砂土地基中密实电流应为 (40~50) A, 但实际操作中, 经过多次试桩, 发现桩尖密实电流难以达到, 建议采取分段控制。

目前该形式的振冲碎石桩在本工程的地基加固处理中取得了良好的效果, 因此, 笔者认为这种形式的地基加固技术是值得在水利工程中推广应用的。

摘要：本文结合某工程实例探讨了振冲碎石桩在加固地基土体中的施工工艺及质量控制。

关键词：水利工程,振冲碎石桩,软土地基,施工工艺