徐瑞寶+章途鑫

摘 要：根據(jù)溫州港狀元岙港區(qū)圍墾（第三施工段促淤堤）工程的水文、地質(zhì)及施工環(huán)境等因素，工程堤基采用水上振動(dòng)沉管法沉設(shè)碎石樁進(jìn)行軟基加固，通過(guò)先進(jìn)的施工方法和嚴(yán)格的質(zhì)量控制，達(dá)到了階段性的處理效果。該施工工藝在我國(guó)尚首例，通過(guò)該工程的順利實(shí)施，施工工藝已趨成熟，為今后水上軟基加固處理開(kāi)辟了一條新途徑和類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：軟土地基 水上振動(dòng)沉管法 施工應(yīng)用

1.工程概況

溫州港狀元岙港區(qū)圍墾（第三施工段促淤堤）工程，分北側(cè)潛堤和西側(cè)潛堤，北側(cè)潛堤長(zhǎng)約1350m（樁號(hào)K1+850～K3+200），西側(cè)堤長(zhǎng)約650m（樁號(hào)K3+200～K3+850）。根據(jù)勘察成果及區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)內(nèi)分布約有3～70m厚的第四系松散沉積物，上部約25～40m系海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)粘土，具有厚度大、含水量高、孔隙比大、強(qiáng)度低、靈敏度高、滲透性低等特點(diǎn)，中部為湖海相的粘土，下部基巖。

本工程堤基加固采用碎石樁工藝，加固面積約13.6萬(wàn)m2。碎石樁采用分區(qū)加固，置換率分別為20%及15%，樁徑1m，采用梅花形（等腰三角形）布置，本工程共布置碎石樁30644根。

2.軟土地基碎石樁法的加固原理

碎石樁施工時(shí)，振動(dòng)沉管的強(qiáng)烈振動(dòng)使土粒間的平衡發(fā)生破壞，孔隙水壓力升高，飽和粘土強(qiáng)度降低，待孔隙水壓力消散后，重新形成穩(wěn)定的平衡體系，土的強(qiáng)度得以恢復(fù)并提高。

密實(shí)的碎石樁體替代了與樁同體積的軟弱飽和軟粘土，因碎石樁的強(qiáng)度和抗變形的能力均優(yōu)于原狀土，所形成的復(fù)合地基的承載力比原來(lái)天然地基土高，沉降量比原天然地基土小，從而提高了地基的整體穩(wěn)定性和抗破壞能力。

同時(shí)，碎石樁體成為飽和粘土孔隙水的良好排水通道，縮短了排水距離，孔隙水壓力得到有效緩解，加速土層排水固結(jié)，增強(qiáng)粘土強(qiáng)度，減少由剪切變形引起的沉降。碎石樁加固飽和軟粘土地基起到置換和排水固結(jié)的作用，實(shí)質(zhì)是把天然地基變成由密實(shí)的碎石樁和樁間土組成共同工作的復(fù)合地基。

在深厚的飽和軟粘土中，碎石樁形成懸浮體，與樁間土共同組成厚墊層基礎(chǔ)，起到分散上部荷載的作用，從而達(dá)到提高地基承載力的目的。

3.施工方法

3.1施工工藝

根據(jù)地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)碎石樁的置換深度，本工程碎石樁需穿透1-3淤泥層，根據(jù)施工區(qū)域的水深條件，沉樁采用水上振動(dòng)沉管一次拔管法成樁工藝。

3.2施工設(shè)備

為確保工程按期完工，在船機(jī)設(shè)備配備方面給予保障，加大機(jī)械化施工程度，提高生產(chǎn)效率。配備足夠的施工船舶承擔(dān)施工材料運(yùn)輸；同時(shí)，配備備用發(fā)電機(jī)（船）承擔(dān)水上施工現(xiàn)場(chǎng)的供電，保障工程正常施工。

3.3測(cè)量定位

現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)高精度GPS并設(shè)參考站，采用船載的GPS衛(wèi)星定位為主，常規(guī)定位為輔，確保工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。施工前把每根碎石樁的樁中心坐標(biāo)，輸入控制系統(tǒng)，控制沉樁定位的精準(zhǔn)度。碎石樁船拋錨就位在沉設(shè)碎石樁施工分區(qū)適當(dāng)位置后，測(cè)量人員和施工員指揮碎石樁船移位，達(dá)到理論計(jì)算位置，校核準(zhǔn)確后，收緊錨纜，即開(kāi)始沉管。

3.4碎石樁成樁試驗(yàn)

正式施工開(kāi)始前，在位于潛堤軸線外側(cè)40～55m范圍選取150m2作為成樁試驗(yàn)區(qū)，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)選取40根碎石樁進(jìn)行成樁試驗(yàn)。成樁試驗(yàn)后召開(kāi)專家會(huì)議，確定合理的碎石填充量（充盈系數(shù)）、套管升降幅度和速度、套管往復(fù)擠壓振動(dòng)次數(shù)、振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間等施工參數(shù)，保證樁身連續(xù)性和密度均勻。

3.5沉管及停錘

松鋼套管吊鉤，壓錘，套管停止下沉后開(kāi)啟振動(dòng)錘，在振動(dòng)錘的激振力作用下，把下端設(shè)有活瓣鋼樁靴的鋼套管打入到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高后，沉管時(shí)要保證鋼套管垂直，樁管水平偏位要滿足設(shè)計(jì)允許偏差值。

碎石樁沉管停錘以設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高控制為準(zhǔn)，沉管時(shí)注意觀測(cè)套管下沉速度，當(dāng)套管下沉速度突然減緩乃至停止下沉，表明套管已進(jìn)入粉質(zhì)粘土層，繼續(xù)振動(dòng)60s碎石樁管下沉量在30cm以內(nèi)即停錘，已滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求。3.6灌碎石

根據(jù)碎石樁實(shí)際的入土長(zhǎng)度計(jì)算需要灌碎石的理論量，而后乘以平均充盈系數(shù)1.28（充盈系數(shù)是通過(guò)碎石樁成樁試驗(yàn)成果確定）得出需要灌碎石的實(shí)際用量。用吊車把碎石料吊至碎石樁船上的集料箱內(nèi)，再用皮帶機(jī)運(yùn)至計(jì)量料斗內(nèi)，提升計(jì)量料斗，開(kāi)啟閥門灌至鋼套管中，一次性加滿碎石料。若一次性加滿料仍不能滿足實(shí)際用量，則應(yīng)二次加料。

如出現(xiàn)上料斗的碎石料不易進(jìn)入鋼套管內(nèi)時(shí)，我們?cè)谒槭瘶洞嵘隙穫?cè)面設(shè)置附著式振搗器，在下料時(shí)開(kāi)啟振搗器，振動(dòng)上料斗，使碎石料能順利進(jìn)入套管內(nèi)。

3.7撥管

根據(jù)成樁試驗(yàn)拔管速率控制在1.8m/min左右，上部提升適當(dāng)放慢。振動(dòng)器自拔管開(kāi)始即打開(kāi)，一直到套管提離泥面，以保證碎石樁的密實(shí)度及碎石樁與砂被墊層的連通，然后再將套管往上拔出砂被墊層頂面。

4.施工質(zhì)量控制

4.1原材料質(zhì)量控制

碎石樁碎石料采用未風(fēng)化的干凈礫石或扎制碎石，粒徑宜為2cm～10cm，粒料級(jí)配不應(yīng)采用單級(jí)，含泥量不大于5%，且不得含黏土塊。

4.2對(duì)碎石樁位置的控制

沉樁施工主要采用GPS定位，在樁位滿足設(shè)計(jì)要求后再下樁，確保樁位的準(zhǔn)確性。下沉套管時(shí)，套管在水面處的平面位置偏差不超過(guò)±10 0 m m，樁頂標(biāo)高不超過(guò)±10 0 m m，套管垂直度不超過(guò)±1.5%，成樁直徑不小于設(shè)計(jì)樁徑的5%，并不宜大于設(shè)計(jì)樁徑的10%。成樁后將按照0.25%的檢測(cè)密度對(duì)完成沉設(shè)的碎石樁進(jìn)行復(fù)核檢測(cè)。

4.3對(duì)碎石樁的樁長(zhǎng)的控制

碎石樁施工沉管時(shí)，注意控制套管的入土深度。確保套管能夠達(dá)到設(shè)計(jì)深度。根據(jù)船上的檢測(cè)儀器，記錄碎石樁底高程。

4.4對(duì)碎石樁密實(shí)度的控制

通過(guò)控制碎石樁輸碎石管的拔管速度，控制碎石樁振動(dòng)器的振動(dòng)，控制好碎石灌入速度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際總碎石灌入量，來(lái)保證碎石樁的密實(shí)度。具體數(shù)據(jù)通過(guò)試樁的數(shù)據(jù)確定。

4.5施工順序和施工速率控制

根據(jù)施工進(jìn)度安排，將采用兩條碎石樁船同時(shí)進(jìn)行施工。碎石樁施工順序從中間開(kāi)始，向兩端或者四周進(jìn)行，施工過(guò)程中，合理控制施工速率。施工中一旦發(fā)生串樁現(xiàn)象，及時(shí)分析原因，及時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，如重新振密、補(bǔ)樁等。

5.碎石樁的質(zhì)量檢測(cè)

軟土地基加固后的復(fù)合地基承載力、變形特性與加固方法和施工質(zhì)量關(guān)系密切，因此施工過(guò)程中和施工后的質(zhì)量檢測(cè)對(duì)工程建設(shè)的成敗至關(guān)重要。2012年3月4日至2013年5月24日分3次對(duì)溫州港狀元岙港區(qū)圍墾（第三施工段促淤堤）工程碎石樁施工區(qū)域進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力觸探試驗(yàn)N63.5（共計(jì) 72 組）。

5.1碎石樁長(zhǎng)檢測(cè)

碎石樁的樁長(zhǎng)關(guān)系到地基處理深度和復(fù)合地基承載力，施工期樁長(zhǎng)檢測(cè)是工程質(zhì)量控制的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)碎石樁施工區(qū)域72組N63.5動(dòng)力觸探現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)連續(xù)貫入法，檢測(cè)樁體長(zhǎng)度，以錐頭貫入時(shí)遇土后的深度即為樁底深度。

5.2碎石樁樁身連續(xù)性、樁身密實(shí)度檢測(cè)

通過(guò)對(duì)碎石樁施工區(qū)域 72 組N63.5 動(dòng)力觸探試驗(yàn)，根據(jù)《港口工程碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JTJ246-2004），受檢碎石樁的N63.5 錘擊數(shù)除個(gè)別為9.5擊，大部分在10擊以上，最大錘擊數(shù)達(dá)到16擊?？梢耘卸ㄊ軝z碎石樁樁身連續(xù)、無(wú)斷樁，平均值大于于 10 擊，樁身密實(shí)。

5.3碎石樁樁間土地基檢測(cè)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，樁間土處理效果的檢測(cè)在潛堤施工階段不執(zhí)行，但在后期圍堤身加高前應(yīng)對(duì)樁間土處理效果的進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)點(diǎn)選在預(yù)埋鋼套管位置。沿第三施工段堤身軸線共布置10個(gè)預(yù)埋鋼套管。檢測(cè)方法采用標(biāo)準(zhǔn)貫入或十字板剪切試驗(yàn)等原位試驗(yàn)方法進(jìn)行，也可采用室內(nèi)土工試驗(yàn)方法進(jìn)行。

6.結(jié)論和建議

溫州港狀元岙港區(qū)圍墾（第三施工段促淤堤）工程，采用水上振動(dòng)沉管法沉設(shè)碎石樁進(jìn)行軟基加固，達(dá)到了階段性的處理效果，該工藝在我國(guó)尚屬首例。通過(guò)該工程的順利實(shí)施，施工工藝已趨成熟，為今后水上軟基加固處理開(kāi)辟了一條新途徑和類似工程施工提供參考。

目前，溫州港狀元岙港區(qū)圍墾工程第三施工段僅完成促淤堤部分（國(guó)家85高程+0.2m），建議在溫州港狀元岙港區(qū)圍墾工程第三施工段圍堤堤身全部完成后，及時(shí)做好樁間土處理效果的檢測(cè)工作，以進(jìn)一步檢驗(yàn)該工程的軟基的處理效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]港口工程碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工規(guī)程.JTJ 246-2004，北京：人民交通出版社，2004.

[2]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).JTS 257-2008，北京：人民交通出版社，2008.

[3]施立軍.溫州港狀元岙港區(qū)圍墾工程碎石樁施工方案，2011，10.

[4]上海港灣工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司.溫州港狀元岙港區(qū)圍墾（第三施工段促淤堤）工程碎石樁檢測(cè)報(bào)告，2013，06.