孔祥奎

摘要：振動(dòng)沉管碎石樁能夠有效地提高地基的承載力，減少地基的沉降量和不均勻沉降，是處理軟弱地基的一種有效施工技術(shù)。本文結(jié)合云南省麻昭高速公路D4工區(qū)工程案例，介紹了振動(dòng)沉管碎石樁的加固機(jī)理、施工工藝、質(zhì)量控制措施等。為類似軟弱地基的加固施工提供了有價(jià)值的參考。

Abstract： Vibrating sinking pile can effectively improve the bearing capacity of foundation， reduce the settlement and uneven settlement of the foundation， which is an effective construction technique for dealing with weak foundation. In this paper， based on the engineering case of D4 work area of Mazhao Expressway， Yunnan Province， the reinforcement mechanism， construction technology and quality control measures of vibrating sinking pile are introduced， which provides a valuable reference for the reinforcement of similar weak foundation.

關(guān)鍵詞：振動(dòng)沉管碎石樁；軟弱地基；加固

Key words： vibration sinking pile；weak foundation；reinforcement

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）11-0156-02

0 引言

軟土是指濱海、湖沼、谷地、河灘等沉積的細(xì)粒土，具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪度低等特點(diǎn)。軟弱地基在我國(guó)分布十分廣泛，對(duì)于高速公路施工要求而言，軟弱地基往往無(wú)法滿足穩(wěn)定性和承載力的要求。近年來(lái)，隨著高速公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，修建后的公路由于軟弱地基的影響，常常會(huì)出現(xiàn)路基的滑移、失穩(wěn)破壞或過(guò)量沉陷等病害。軟弱地基加固處理需要在路基設(shè)計(jì)、施工中引起注意?，F(xiàn)階段，處理軟弱地基的施工技術(shù)主要包括砂樁、振動(dòng)沉管碎石樁、粉噴樁等。

本文通過(guò)對(duì)云南省麻昭高速公路D4工區(qū)軟弱地基的探索，主要介紹了振動(dòng)沉管碎石樁用于處理軟弱地基的加固原理、施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)等。

1 CFG樁概念及工程特征

CFG（Cement Fly-ash Gravel Pile）樁是指水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻適量水泥加水拌合，用各種成樁機(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。碎石是其主要骨料，石屑的作用是填充碎石空隙，改善骨料級(jí)配的次骨架材料；粉煤灰的作用是細(xì)骨料和低標(biāo)號(hào)水泥，有利于樁體后期強(qiáng)度的提高。

在處理軟弱土地基的施工中，采用振動(dòng)沉管打樁機(jī)將沉管打至設(shè)計(jì)深度，再加入石料，從而形成密實(shí)的碎石樁體。如此不僅可以減少地基的沉降量和不均勻沉降，還能夠使地基的承載力得到提高，同時(shí)提高軟土路基的穩(wěn)定性，在軟弱地基處理中得到廣泛應(yīng)用。

2 麻昭高速公路的項(xiàng)目背景

2.1 工程概況

云南麻昭高速公路D4工區(qū)，起點(diǎn)位于K92+500，止于K106+877.12，全長(zhǎng)14.37712公里。路基寬度分別為33.5m、24.5m。本標(biāo)段碎石樁共有13處，用于軟弱地基處理。碎石樁樁徑為0.5m，間距1.5m，單根樁長(zhǎng)平均為5-12m，呈正三角形布置，樁頂設(shè)有100cm厚透水性較好材料，透水性材料上鋪設(shè)碎石墊層和土工格柵。本文將重點(diǎn)介紹昭通南立交區(qū)碎石樁軟基處理。

2.2 地形地貌

立交區(qū)位于昭通構(gòu)造斷陷盆地邊緣與高原山地過(guò)渡地帶，地質(zhì)作用以流水侵蝕和構(gòu)造剝蝕作用為主，地形地貌屬侵蝕、剝蝕緩丘地貌區(qū)。立交于一丘間淺溝區(qū)展布，地面標(biāo)高約為1908～1955m，相對(duì)高差小于50m，地形較平坦開(kāi)闊，起伏不大。整個(gè)立交區(qū)地表溝槽地帶墾為水田，斜坡地帶墾為旱地。該立交為高速公路與昭通市區(qū)連接的一個(gè)互通，于現(xiàn)既有昭麻二級(jí)公路接出，交通便利。

2.3 地層巖性

據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭露，測(cè)區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)人工填土（Qhme）碎石土、沖洪積（Qhal+pl）軟土、黏土、坡洪積（Qhdl+pl）粉質(zhì)黏土、殘坡積（Qhel+dl）黏土及上第三系（N）黏土；局部見(jiàn)溶洞充填物（Qhca），下覆基巖為泥盆系中統(tǒng)曲靖組（D2q）白云質(zhì)灰?guī)r。

3 振動(dòng)沉管碎石樁加固原理

振沖碎石樁施工原理是振密。擠密地基土，增大地基承載力；降低水壓，增強(qiáng)地基抗液化能力。

3.1 擠密作用

在沉管振動(dòng)成孔過(guò)程中，振動(dòng)器的振動(dòng)使松砂在振動(dòng)荷載作用下顆粒重新排列，體積縮小，變成密砂。一方面，樁管對(duì)樁位原土體產(chǎn)生橫向擠壓作用，將與樁管體積相同的土體擠向樁孔周圍。另一方面，在樁管成孔和上拔過(guò)程中，垂直激振力所產(chǎn)生的能量引起樁管周圍土體的強(qiáng)烈振動(dòng)，使樁周土體產(chǎn)生豎向振密。如此土體在豎向和橫向的雙重作用下，實(shí)現(xiàn)了自身的加固擠密。

3.2 排水作用

碎石樁有良好的滲透性和反濾性，在地基中形成良好的豎向排水減壓通道，大大縮短了孔隙水的排滲途徑，有效消散和防止超孔隙水壓力的增高和土層的液化，有利于沉降穩(wěn)定度的提升和加固。

3.3 預(yù)振作用

強(qiáng)烈的振動(dòng)使土體產(chǎn)生較大的動(dòng)應(yīng)變，使飽和液化土層中的土的孔隙體積減少，密實(shí)度增加，獲得強(qiáng)烈的預(yù)振效果，大大改善地基土的抗液化性能。

4 麻昭高速公路振動(dòng)沉管碎石樁施工工藝

4.1 準(zhǔn)備工作

①處理場(chǎng)地內(nèi)所有的異物，確保場(chǎng)內(nèi)無(wú)任務(wù)障礙物；②測(cè)量放線，獲取地面整平后的標(biāo)高；③布設(shè)樁位，按設(shè)計(jì)間距布設(shè)并用竹簽釘出，樁間距偏差小于10cm，在臨近橋臺(tái)基樁布設(shè)樁位時(shí)，預(yù)留鉆孔灌注樁施工位置，預(yù)留凈距為140cm；④采用DZ-60系列走管式振動(dòng)沉樁機(jī)，內(nèi)置平底活頁(yè)式樁尖；樁管內(nèi)直徑426mm最大沉樁深度能達(dá)12m；錘重≥35kN；激振力≥280kN；配套發(fā)電機(jī)功率≥120kN；并且每臺(tái)機(jī)應(yīng)配有磅秤及小推車；另有電焊機(jī)等設(shè)備。

4.2 施工工藝

①施工順序從外里，相鄰樁間隔跳打；②邊振動(dòng)邊沉入土層至10m深處，每下沉0.5m留振30秒；③少提升樁管，使樁尖打開(kāi)；④停振，根據(jù)單樁設(shè)計(jì)碎石用量確定投料的數(shù)量及次數(shù)，加料至裝滿為止（用標(biāo)定好的小推車）；⑤啟動(dòng)拔管，拔管前留振1分鐘，以后邊拔管，提升速度一般為0.5-1.5米/分，拔管1米留振1分；⑥確定第一次投料的成樁長(zhǎng)度，進(jìn)行多次反插至樁管內(nèi)碎石全部投出；⑦拔管停振，二次投料；⑧啟動(dòng)拔管，邊振動(dòng)邊拔管，并視需要多次反插，至管內(nèi)碎石全部投出，反插深度小于樁管的一半；⑨提升樁管高于地面，停振，三次投料至地表，啟動(dòng)反插，并及時(shí)進(jìn)行孔口補(bǔ)料至單樁設(shè)計(jì)用料全部投完；⑩移動(dòng)樁架至另一孔位，重新作業(yè)；？輥？輯？訛在經(jīng)檢驗(yàn)合格的段落鋪40cm碎石墊層，和30cm碎石土，分層壓實(shí)；？輥？輰？訛碎石上鋪二層土工格柵。

5 質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1 技術(shù)管理措施

各階段施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，并據(jù)此畫出布樁圖，確保施工的各個(gè)環(huán)節(jié)都符合相關(guān)規(guī)范白綜合。

5.2 材料控制措施

①嚴(yán)格把好供貨商資質(zhì)關(guān)，保證供貨商生產(chǎn)的材料質(zhì)量好且穩(wěn)定。所有入場(chǎng)的材料都必須具有相關(guān)的合格證，從正常途徑入場(chǎng)，確保每項(xiàng)材料的質(zhì)量都符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。②選用的碎石要求其具有強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好、質(zhì)地堅(jiān)硬、不易風(fēng)化、級(jí)配良好的特點(diǎn)。碎石料含泥量≯10%，最大粒徑≯50mm。保證料場(chǎng)供應(yīng)質(zhì)量，每1000m3石料都要做一次上述各項(xiàng)指標(biāo)的抽樣檢測(cè)。③現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人收料，不合格的材料拒收并清理出場(chǎng)。④為避免出現(xiàn)人為因素造成的失誤，應(yīng)標(biāo)識(shí)好現(xiàn)場(chǎng)的材料，比如用紅牌標(biāo)識(shí)不能使用待清理出去的材料等，一目了然。

5.3 機(jī)械保證措施

選擇性能良好的液壓碎石樁機(jī)，且在施工過(guò)程中注意觀察其動(dòng)態(tài)，確保其一直處于正常的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)其存在異常問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)采取有效的維修和管理措施。

5.4 施工工藝控制

①施工時(shí)按照規(guī)定的順序進(jìn)行，整個(gè)段落采用跳打形式，并由里向外進(jìn)行。②根據(jù)成樁試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行施工，并將其變化記錄在案。③控制碎石樁的振動(dòng)頻率，留振時(shí)間、反插深度、樁管提升高度和速度、確保樁身的連續(xù)性。④碎石樁成樁質(zhì)量控制采用加固電流法或綜合指標(biāo)法來(lái)控制碎石樁加固質(zhì)量。⑤樁長(zhǎng)控制：成樁樁長(zhǎng)要注意兩點(diǎn)，一是樁尖為圓錐形，樁尖處的深度應(yīng)比設(shè)計(jì)深度深一個(gè)樁尖長(zhǎng)度，二是碎石樁樁頭部分的密實(shí)度難以保證，成樁頂部也要高出設(shè)計(jì)樁0.5m。⑥成孔時(shí)的質(zhì)量控制：樁管應(yīng)沿導(dǎo)向架，并始終保持同導(dǎo)桿平行，樁管發(fā)生偏斜須及時(shí)扶正。

6 質(zhì)量檢驗(yàn)

①基本要求：碎石樁施工前，必須進(jìn)行試樁試驗(yàn)，若試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)通過(guò)調(diào)整各參數(shù)使其恢復(fù)正常。施工時(shí)必須嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，并將操作過(guò)程記錄在案，施工完畢必須進(jìn)行檢測(cè)，以檢驗(yàn)處理效果。②檢測(cè)方法：質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在施工完成2周后進(jìn)行，檢驗(yàn)采用兩種以上的方法，如單樁及復(fù)核地基荷載試驗(yàn)，動(dòng)力觸探試驗(yàn)等；按照《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》，檢驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不少于總樁數(shù)的5%，用隨機(jī)抽樣的方法確定應(yīng)檢驗(yàn)的樁，對(duì)碎石樁結(jié)合動(dòng)力觸探的試驗(yàn)，要求在每震擊貫入深度10cm的情況下，每震擊錘擊數(shù)大于5擊（荷載63.5kg）。單樁靜載試驗(yàn)中其承載力不低于280kPa，復(fù)合地基靜載試驗(yàn)試驗(yàn)中承載力不低于190kPa，如占檢驗(yàn)總數(shù)10%的樁未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)人員，復(fù)合地基承載力檢測(cè)前應(yīng)用碎石換填檢測(cè)點(diǎn)附近30cm厚樁間土在放置承壓板檢測(cè)。

7 結(jié)語(yǔ)

①振動(dòng)沉管碎石樁質(zhì)量的好壞主要決定于：1）原材料，碎石由巖石或礫石軋制而成，應(yīng)潔凈、干燥，并具有足夠的強(qiáng)度和耐靡性，其顆粒形狀應(yīng)具有棱角，不得摻有軟質(zhì)石和其它雜質(zhì)，粒徑為20-50mm，含泥量不大于10%。2）投料方法：要盡量做到“多吃少餐”，反插次數(shù)要足夠，一般土質(zhì)每1m反插一次，軟弱層應(yīng)增加反插次數(shù)7次左右；3）電流值：在施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制電流，使其大于密實(shí)試驗(yàn)樁的電流值。對(duì)以上三點(diǎn)的控制是整個(gè)監(jiān)控中的重點(diǎn)，總之，監(jiān)控到位，工藝方法合適，是保證成樁質(zhì)量和樁間土密實(shí)的關(guān)鍵。②振動(dòng)沉管碎石樁是有效處理軟基的方法之一，能夠有效提高地基的承載力，確保軟土路基的穩(wěn)定性，有速度快，效果好，點(diǎn)多面長(zhǎng)的特點(diǎn)，正是由于此特點(diǎn)，使得碎石樁施工監(jiān)控面加大，因此，在碎石樁施工前應(yīng)做好詳細(xì)的施工組織計(jì)劃，定人定機(jī)，實(shí)行24小時(shí)旁站，制定獎(jiǎng)罰措施，積極開(kāi)展勞動(dòng)競(jìng)賽，使碎石樁施工全過(guò)程始終處于受控狀態(tài)。

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