吉春明

1 振沖加固法的特點(diǎn)

振沖法又稱振動(dòng)水沖法,是以起重機(jī)吊起振沖器,產(chǎn)生高頻振動(dòng)的同時(shí)啟動(dòng)水泵,通過(guò)噴嘴噴射高壓水流,在邊振邊沖的共同作用下,將振動(dòng)器沉到土中的預(yù)定深度,經(jīng)清孔后,從地面向孔內(nèi)逐段填入碎石,使其在振動(dòng)作用下被擠密實(shí),在地基中形成一個(gè)大直徑的密實(shí)樁體與原地基構(gòu)成復(fù)合地基,是一種快速、經(jīng)濟(jì)有效的地基加固方法;由于其獨(dú)特的工藝特點(diǎn),振沖法不僅可以提高地基承載力、增強(qiáng)穩(wěn)定性、減少沉降量,同時(shí)在密實(shí)度較差的砂性土層使用時(shí),還可顯著地增強(qiáng)其抗震性能,消除液化。

但是振沖碎石樁還有一個(gè)作用容易忽略,就是土層置換的作用,尤其是在處理下臥層時(shí),其上的硬殼層如換填,太浪費(fèi);若采用深層攪拌法,施工困難。此時(shí)采用振沖法能起到加強(qiáng)下臥層承載力及彈性模量的作用。

2 振沖法加固的效果研究

2.1 工程原始條件

某工程地基土主要由上更新統(tǒng)沖、湖積成因的粉質(zhì)黏土、黏土等組成?？睖y(cè)深度范圍內(nèi)的地基土層及基礎(chǔ)埋深示意圖見(jiàn)圖1。

2.2 加固目的

根據(jù)廠址區(qū)地基土的埋藏條件、巖土特性和建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)主廠房、煙囪等荷載較大,且對(duì)沉降要求嚴(yán)格的建(構(gòu))筑物須進(jìn)行地基處理。其主要目的是對(duì)地基⑤號(hào)土層進(jìn)行加固處理,以提高地基承載力及減少沉降。

本工程⑤號(hào)土層較深,不宜換填,上部④號(hào)土層性狀很好但I(xiàn)p＜25,根據(jù)文獻(xiàn)[1]11.1.2水泥攪拌樁施工困難不宜采用,經(jīng)分析比較,確定采用大功率振沖碎石樁淺層加固的復(fù)合地基處理方案,此方案既可加固層⑤,又不破壞層④的性狀,適合本工程實(shí)際情況。

2.3 施工方案

主廠房基礎(chǔ)埋深為-4.50 m(相對(duì)于主廠房±0.00 m),因此,碎石振沖樁的試驗(yàn)層面標(biāo)高為-4.50 m。試樁機(jī)具的振沖器的功率為75 kW。

基樁設(shè)計(jì)參數(shù)如下:振沖碎石樁的樁徑為1 000 mm,Ⅰ試樁區(qū)樁距為2 000 mm,Ⅱ試樁區(qū)樁距為1 800 mm,均按正方形布樁,樁端深入層⑥黏土與粉質(zhì)黏土互層1.50 m,并在振沖碎石樁的試驗(yàn)層面標(biāo)高上預(yù)留約1.50 m高的振密效果不佳的樁頭,在做載荷試驗(yàn)前挖除。

2.4 施工工藝和施工參數(shù)的控制

實(shí)際施工中,樁位定位偏差在30 mm～50 mm內(nèi),振沖器就位偏差在60 mm～80 mm內(nèi),造孔深度偏差在+200 mm內(nèi);樁體材料采用含泥量不大于5%的新鮮碎石,粒徑為40 mm～150 mm;采用連續(xù)投料法,每次投料孔內(nèi)高度不超過(guò) 600 mm,加密段長(zhǎng)400 mm～500 mm內(nèi),一般為 400 mm;按 1次/m記錄振沖器造孔的水壓、時(shí)間、電流和振密電流、加密水壓、留振時(shí)間、填料量。

振沖樁施工順序按直線逐點(diǎn)逐行進(jìn)行。

施工參數(shù)的分析:1)填料量:單樁投料量為10.9 m3,平均每米填料量在1.03 m3～1.07 m3范圍內(nèi)。2)振密電流:95 A;留振時(shí)間:15 s;密段長(zhǎng):400 mm～500 mm,振密水壓0.4 MPa。3)造孔水壓0.6 MPa,造成孔時(shí)間大于5 min/m。4)成樁時(shí)間:平均為90.2 min,其中造孔時(shí)間為60 min,清孔時(shí)間為3 min,加密時(shí)間為27 min。5)實(shí)測(cè)樁徑:樁徑在800 mm～910 mm范圍內(nèi)。試樁結(jié)束后,對(duì)6根樁進(jìn)行了人工局部開(kāi)挖,實(shí)測(cè)1 m范圍內(nèi)樁徑為810 mm～926 mm。對(duì)照試樁區(qū)地層剖面圖分析,這是樁體在層④中的樁徑,估計(jì)進(jìn)入層⑤后的樁徑大于層④內(nèi)的,能達(dá)到1.0 m。

2.5 荷載試驗(yàn)

本次試驗(yàn)含單樁復(fù)合地基、單樁和樁間土靜載荷試驗(yàn)各6組(樁間距2.0 m×2.0 m的試驗(yàn)Ⅰ區(qū)及樁間距1.8 m×1.8 m的試驗(yàn)Ⅱ區(qū)各3組),18組試驗(yàn)均嚴(yán)格按照文獻(xiàn)[1]附錄A“復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)”的要求進(jìn)行。

2.5.1 荷載試驗(yàn)前期準(zhǔn)備

試驗(yàn)加載方式采用慢速維持荷載法,壓重平臺(tái)反力裝置(復(fù)合地基荷載試驗(yàn)總堆載量為4 000 kN,單樁載荷試驗(yàn)總堆載量為1 500 kN,樁間土載荷試驗(yàn)總堆載量為800 kN)。安裝過(guò)程中采用水平尺校驗(yàn)主、次梁的水平狀況,保證了荷載沿壓板中心軸向傳遞。單樁復(fù)合地基加載級(jí)差300 kN,最大加載量控制在3 300 kN內(nèi);單樁加載級(jí)差80 kN～100 kN,最大加載量控制在800 kN內(nèi);樁間土加載級(jí)差40 kN,最大加載量控制在360 kN內(nèi)。首級(jí)加載加倍。

2.5.2 荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總

1)復(fù)合地基承載力特征值及變形模量見(jiàn)表1。

表1 復(fù)合地基承載力特征值及變形模量計(jì)算匯總表

表1中的變形模量是按靜載荷試驗(yàn)的成果計(jì)算得到的,是壓板影響深度范圍內(nèi)的復(fù)合地基的變形模量,由于本次試驗(yàn)的壓板尺寸為2 m×2 m和1.8 m×1.8 m,經(jīng)計(jì)算它們的壓縮層厚度分別為 3.6 m和 3.3 m,其最大影響深度僅3.6 m,因此,表 1中的變形模量是層④和厚度約2.5 m的層⑤的綜合值,不在影響深度范圍的層⑤,它雖經(jīng)振沖法加固,承載力和變形模量有所提高,但變形模量達(dá)不到表中的值。

2)碎石樁和樁間土承載力特征值及變形模量見(jiàn)表2。

表2 碎石樁和樁間土承載力特征值及變形模量計(jì)算匯總表

從表2中可見(jiàn),盡管樁間距不同,但單樁的變形模量及樁間土的變形模量基本一致。

3)樁土應(yīng)力比較結(jié)果見(jiàn)圖2,圖3。

Ⅰ區(qū)樁土應(yīng)力比在1.16～2.41之間;Ⅱ區(qū)樁土應(yīng)力比在1.56～2.42之間。分析上述圖表可見(jiàn),隨荷載的增加,樁土應(yīng)力比逐步增大,樁承擔(dān)了更多的壓力,樁逐步發(fā)揮作用。在Ⅰ區(qū),對(duì)應(yīng)極限荷載時(shí)的樁土應(yīng)力比約2.38;在Ⅱ區(qū),對(duì)應(yīng)極限荷載時(shí)的樁土應(yīng)力比約2.19,表明樁間土的性質(zhì)較好,同時(shí)也說(shuō)明樁的承載力仍有發(fā)揮的余力。

3 結(jié)語(yǔ)

1)擬建場(chǎng)地采用振沖碎石樁施工是可行的。2)試驗(yàn)Ⅰ區(qū)(樁間距2.0 m×2.0 m):單樁復(fù)合地基承載力特征值采用315 kPa,對(duì)應(yīng)的變形模量為27.5 MPa,單樁承載力特征值為640 kPa,樁間土承載力特征值為320 kPa。3)試驗(yàn)Ⅱ區(qū)(樁間距1.8 m×1.8 m):單樁復(fù)合地基承載力特征值建議采用為330 kPa,對(duì)應(yīng)的變形模量為30.2 MPa,單樁承載力特征值為646 kPa,樁間土承載力特征值為320 kPa。4)樁土應(yīng)力比試驗(yàn)表明荷載較大時(shí),樁體可承擔(dān)更大的荷載,有利于減小沉降。5)施工后地基土的承載力特征值及彈性模量均有顯著提高,根據(jù)后期檢測(cè)結(jié)果主廠房及煙囪地區(qū)的沉降均滿足要求,達(dá)到了預(yù)想的加固效果。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 李鵬遠(yuǎn),趙永久.振沖碎石樁在軟土擋墻地基處理中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(14):107-108.