劉淵博

振沖碎石樁及振沖砂樁在地基加固中應(yīng)用

劉淵博

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司 四川成都 610073）

振沖碎石樁及振沖砂樁施工工藝簡(jiǎn)單，具有擠密、排水、置換等作用、工程效果較佳，適用于疏松砂性土或軟弱粘性土，能夠有效提高地基承載力、土體的抗剪強(qiáng)度及抗滑穩(wěn)定性，減少變形、增強(qiáng)抗液化性。本文結(jié)合實(shí)際工程案例分析了振沖碎石樁及振沖砂樁在地基加固中的具體應(yīng)用，以期進(jìn)一步推廣該技術(shù)在水利施工中的應(yīng)用。

振沖碎石樁；振沖砂樁；地基加固；靜載壓板試驗(yàn)

1 引言

某水利樞紐工程所處的地層巖性較為簡(jiǎn)單，主要為第四系沖積層、燕山四期花崗巖，其壩址河床為第四系沖積砂、砂礫卵石，厚度為17m左右，自上到下分為2-2、2-3、2-4，2-2層為松散的粉細(xì)砂；2-3層介于松散與稍密之間，其含有礫石中粗砂；2-4層為砂礫卵石層，介于中密-密實(shí)之間。

監(jiān)測(cè)人員對(duì)該壩址河床2-2～2-4層進(jìn)行觀察測(cè)量、試驗(yàn)后，得出重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)分層統(tǒng)計(jì)成果（見(jiàn)表1）及主要力學(xué)指標(biāo)（見(jiàn)表2）。該水利樞紐工程的右河汊閘壩、消力池及引航道部位基礎(chǔ)都與2-3層有著直接接觸，而2-3層河床地質(zhì)的均勻性差，建基面以下2-3層厚度為4～9m，所以壩基基礎(chǔ)存在不均勻沉降問(wèn)題，在這種情況下，不能夠?qū)?-3層礫砂、礫質(zhì)中粗砂作為天然基礎(chǔ)。要想進(jìn)一步增強(qiáng)地基承載力、減少地基不均勻沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，還需要對(duì)2-3層及2-4層上部進(jìn)行地基加固。在多項(xiàng)方案對(duì)比之后，本工程設(shè)計(jì)采用碎石樁振沖置換及砂樁振沖密實(shí)處理。

表1 重型重力觸探試驗(yàn)分層統(tǒng)計(jì)表

2 振沖樁的布置

為了保障地基加固滿足相關(guān)規(guī)范要求及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，施工隊(duì)在正式施工前，進(jìn)行了振沖試驗(yàn)樁施工并得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些參數(shù)能夠?yàn)檎绞┕ぬ峁┲笇?dǎo)。具體試驗(yàn)樁及施工工程樁布設(shè)參數(shù)如下：本次試驗(yàn)共設(shè)置了四組振沖試驗(yàn)樁，每組十二根，呈等邊三角形布置，其中碎石樁兩組，樁間距為2m；砂樁兩組呈等邊三角形布置，樁間距為3m。在正式施工過(guò)程中，閘壩底板碎石樁呈等邊三角形布置、樁間距為2.5m；消力池的砂樁呈等邊三角形布置，樁間距為3m，其它施工區(qū)域的砂樁也同樣呈等邊三角形布置，樁間距為2.5m。

表2 土層主要力學(xué)指標(biāo)值

為確保工程施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，設(shè)計(jì)單位提出以下設(shè)計(jì)要求：①施工振沖器功率需控制在75kW以內(nèi)，填料的粒徑需介于2～8cm之間；②樁中心的偏差值不得超過(guò)5cm；③振沖孔深必須要完全穿過(guò)2-3層并進(jìn)入2-4層；④樁身在振沖過(guò)程中必須要保持垂直，垂直度與設(shè)計(jì)值的偏差不超過(guò)1.5%；⑤對(duì)于樁頂?shù)乃槭瘔|層，施工人員必須要通過(guò)振動(dòng)進(jìn)行碾壓嚴(yán)實(shí)；⑥本工程閘壩段振沖碎石樁復(fù)合地基的承載力必須要超過(guò)0.3MPa，消力池區(qū)域的復(fù)合地基承載力必須要超過(guò)0.2MPa；⑦就振沖樁樁間土重Ⅱ型動(dòng)力觸探平均擊數(shù)而言，不同區(qū)域也有所差異，例如閘壩段基礎(chǔ)部分必須要超過(guò)12擊，消力池、上游引航道部分振沖樁樁間土重Ⅱ型動(dòng)力觸探平均擊數(shù)不小于10擊。

3 施工機(jī)械的選取

在本次工程試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員先后選用了55kW、75kW、125kW振沖器進(jìn)行試振，但是機(jī)械性能導(dǎo)致貫入深度有限，均無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。考慮到本工程施工段需貫穿的地層較厚、貫穿難度大、施工中易發(fā)生抱卡導(dǎo)桿等情況，試驗(yàn)人員在選用穿透能力較強(qiáng)的HD225型150kW液壓式振沖器進(jìn)行試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備能夠滿足設(shè)計(jì)的貫穿深度要求。在確定選用150kW液壓式振沖器后，施工人員又根據(jù)施工要求，配備了汽車吊、裝載機(jī)、離心式水泵、泥漿泵、潛水泵等設(shè)備，施工機(jī)械的具體配置見(jiàn)表3，HD225型150kW振沖機(jī)組施工技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4。

表3 施工機(jī)械配置

表4 HD225型150kW振沖機(jī)組技術(shù)參數(shù)

4 施工工藝

振沖碎石樁及振沖砂樁施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程圖

具體施工工藝如下：在施工前，施工人員需要做好準(zhǔn)備工作，將施工場(chǎng)所清理干凈，并設(shè)置好水電。將施工機(jī)械運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)所，起吊振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位、噴水口對(duì)準(zhǔn)樁孔，偏差必須要控制在5cm以內(nèi)。在正式施工時(shí)，需先打開(kāi)壓力水泵，待振沖器末端的出水口噴水后，再開(kāi)啟振沖器，等到振沖器正常運(yùn)行時(shí)后再開(kāi)始鉆孔，先慢慢地將振沖器伸進(jìn)去，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后開(kāi)始振沖，速度需控制在3～4m/min以內(nèi)，孔底振沖時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免破壞下臥層的穩(wěn)定性。其次，在造孔過(guò)程中，必須要將振沖器控制在懸垂?fàn)顟B(tài)，以免振沖器偏離設(shè)計(jì)方向，將樁孔偏差值降到最低。另外，施工人員需要根據(jù)施工場(chǎng)地的地基土質(zhì)、振沖器類型及水沖壓力等因素來(lái)決定并嚴(yán)格控制造孔速度，本工程的造孔速度需要控制在2m/min以內(nèi)。施工人員在選用強(qiáng)迫填料加密制樁工藝時(shí)，必須要確保制樁連續(xù)施工，以確保制樁質(zhì)量。填料加密需逐段從孔底向上，在達(dá)到設(shè)定的加密油壓及留振時(shí)間后，需上提振沖器再開(kāi)始下一段，每段的加密長(zhǎng)度必須要滿足設(shè)計(jì)要求，重復(fù)該步驟工作，直至符合設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為止，完成之后需關(guān)閉振沖器及水源。

5 振沖樁與其他加固方法的對(duì)比

在地基加固中，除了振沖碎石樁及振沖砂樁之外，還有許多加固方法，例如碾壓及夯實(shí)法、換填墊層法、排水固結(jié)法等等，下面簡(jiǎn)單介紹這些加固方法，以進(jìn)行對(duì)比區(qū)分。①碾壓及夯實(shí)法，適用于砂石、粉土地粘性的土質(zhì)。主要是利用機(jī)械碾壓夯擊來(lái)壓實(shí)地基表層，或者通過(guò)較強(qiáng)的夯擊力，來(lái)使得地基土變固結(jié)密實(shí)。②換填墊層法，適用于暗溝、沼澤地等軟弱土質(zhì)地基。在施工過(guò)程中，需先挖出地表下一定厚度的軟土層，再填入砂石、碎石及其它強(qiáng)度大的土質(zhì)，最后通過(guò)夯實(shí)以提高土層的高密實(shí)度，提高地基的強(qiáng)度、減少地基的變形量。③排水固結(jié)法，適用于一些飽和軟弱的土層。該方法主要是利用地基排水固結(jié)的特點(diǎn)，將土體中的孔隙水排出，提高沉降速度，使地基強(qiáng)度盡快滿足設(shè)計(jì)要求，最終提高地基的穩(wěn)定性。④攪拌法，適用于飽和的黃土、粘性土以及飽和松散砂土等地基。該方法主要以水泥、石灰為施工材料，利用水泥石灰的水解及水化作用，用深層攪拌機(jī)械來(lái)拌和軟土與地基深部，這樣能夠使軟土硬結(jié)，提高地基的硬度及承載力，最終達(dá)到加固的目的。⑤加筋法，適用于軟弱地基、砂土地基及高填土工程地基。將強(qiáng)度大的土工合成材料、鋼板及鋼筋等加筋材料埋設(shè)在地基土中，這樣能夠有效避免地基出現(xiàn)斷裂，提高地基的強(qiáng)度及承載力，使其滿足工程施工要求。

根據(jù)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，各類地基的加固處理方法都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，各類加固方法的適用范圍也有所不同。以砂土地基為例，振沖碎石樁及振沖砂樁在可靠性、工程造價(jià)及施工效率等方面都具有較大優(yōu)勢(shì)。振沖樁主要是通過(guò)振動(dòng)、沖擊等方式來(lái)進(jìn)行加固，使軟弱地基與自然土形成復(fù)合地基，以此來(lái)提高地基的承載力及穩(wěn)定性，該施工技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展較為成熟，可以適用于擠密松散砂土、素填土、雜填土等地基，具有施工效率高、工程造價(jià)低、施工適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是最為高效經(jīng)濟(jì)的一種地基加固處理方法。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，振沖碎石樁及振沖砂樁是一種適用范圍較為廣泛的地基加固方法，該加固方法在本工程案例中的應(yīng)用取得了顯著效果。在右河汊閘壩及船閘上游引航道基礎(chǔ)的粗砂層中選用該加固方法，有效地降低了地基的沉降變形量，地基承載力得到大幅度提高，上文詳細(xì)介紹了該工程的試驗(yàn)結(jié)果、施工機(jī)械的選用、設(shè)計(jì)參數(shù)、振沖樁的布置、施工工藝等情況，從中可以看出，該施工方法不僅操作簡(jiǎn)單，而且能夠有效節(jié)約施工成本，具有較佳的經(jīng)濟(jì)效益及施工效果。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB-50007-2002）[S].北京：建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]王會(huì)蘭.振沖碎石樁施工技術(shù)在基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù)，2016，3：9～10.

[3]唐建中，王也宜.振沖碎石樁處理液化地基的設(shè)計(jì)與施工[J].建筑科學(xué)，2004，20（3）：42～45.

[4]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）[S].北京：建筑工業(yè)出版社，2014.

TU990.3

A

1004-7344（2016）27-0127-02

2016-9-8

劉淵博（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事水利水電工程工作。