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        振動沉管碎石樁在軟基加固中的應(yīng)用

        2020-12-01 05:21:00許少雄
        四川建材 2020年11期
        關(guān)鍵詞:振動施工設(shè)計

        許少雄

        (中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司,福建 廈門 361006)

        0 前 言

        在軟基加固中,振動沉管碎石樁是一種比較成熟的施工方法。該方法施工工藝簡單、造價較低、施工速度快。能對樁間土進行有效加固,起到置換弱土的效果,更好地加速排水固結(jié)消除液化,提高承載力并減少施工后地基固結(jié)沉降,是目前軟基加固里較常用的一種處理方法。

        1 作用原理

        1)豎向排水通道。由于軟基中的軟黏土和淤泥含水量高、滲透性差、壓縮性高,其孔隙中含有大量的水分較難排出,可以選擇通過振動沉管碎石樁施工,為黏土和淤泥提供便捷的排水通道,進而縮短排水距離,另一方面也能有效加快超孔隙水壓力的消散,從而加速地基土的固結(jié)。

        2)振密作用。振動沉管時,樁管的振動在土體中傳播,引起土體周圍的振動,在振動作用下土體結(jié)構(gòu)被破壞,增大孔隙水壓力,重新排列土顆粒,進而讓土體由較松散狀態(tài)變?yōu)檩^密實狀態(tài)。

        3)置換作用。振動沉管碎石樁施工過程中,將樁管四周部分軟土擠出,置換為強度更高的碎石樁樁體,成樁以后就形成了樁與樁間土的復(fù)合地基,以此提高軟土地基性能。

        2 工程概況

        廈門第二東通道跨海橋梁預(yù)制場工程坐落在福建省廈門市翔安隧道翔安側(cè)風塔北側(cè),占地約10萬m2。主要建設(shè)內(nèi)容包括:墩臺預(yù)制場、陸域前期的地基處理與墩臺預(yù)制、存儲、出運區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)筏板及其PHC樁基、進場道路等。其中除預(yù)制、橫移、堆放臺座以外的其他區(qū)域采用φ500沉管碎石樁進行地基加固處理,碎石樁總方量為7.43萬m3。

        3 地質(zhì)水文情況

        3.1 地質(zhì)條件

        1)根據(jù)地質(zhì)勘察資料場地地層自上而下為:①雜填土:淺灰色,灰黃色,成分主要以石英砂為主,局部含貝殼屑等;②粉質(zhì)黏土:灰褐色,可塑,成分以黏性土為主,無搖振反應(yīng),切面光滑;③淤泥:深灰色,流塑,成份以粉黏粒為主,無搖振反應(yīng),切面光滑,夾少量貝殼屑;④淤泥質(zhì)黏土:灰黑色,軟塑-可塑,土質(zhì)較均勻,刀切面光滑,局部含少量砂及貝殼屑;⑤中砂:灰黑色,稍密,飽和,顆粒主要成份以石英、長石等為主;⑥礫砂:灰色,灰白色,中密,飽和,顆粒主要成份以石英、長石等為主,見貝殼碎屑;⑦強風化巖脈(砂土狀):灰黃色、灰白色。原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞,巖質(zhì)軟,遇水易軟化,巖芯多呈砂土狀,手捏易碎。

        2)地質(zhì)構(gòu)造及不良地質(zhì)現(xiàn)象:勘察過程中未發(fā)現(xiàn)有斷裂構(gòu)造本場地和臨近處未發(fā)現(xiàn)有不良地質(zhì)現(xiàn)象存在。

        3.2 水文情況

        本地區(qū)降水主要集中在4~9月,占全年總降水量的76%。年平均降水量為1 188.4 mm。年最大降水量為1 998.8 mm(1990年)。年最小降水量為783.5 mm(1957年)。日最大降水量為39.7 mm(1973年4月23日)。

        4 設(shè)計要求

        4.1 碎石樁設(shè)計參數(shù)

        1)振動沉管碎石樁處理范圍及單根長度(7~15 m)。

        2)碎石樁直徑50 cm,樁位按照等邊三角形布置,樁中心距180 cm(處理區(qū)域表層回填砂土厚度超過6 m),樁中心距160 cm(處理區(qū)域表層回填砂土厚度<6 m)。

        3)振動沉管碎石樁施工到現(xiàn)有場地頂面,樁頂平均高程+5.00 m,碎石樁樁體穿透淤泥層和淤泥質(zhì)黏土,底面進入承載力150 kPa的中砂或粉質(zhì)黏土持力層。

        4)充盈系數(shù)K=1.25(中砂、粉質(zhì)黏土)~1.29(淤泥質(zhì)黏土、素填土)~1.32(淤泥)。

        4.2 設(shè)計施工工藝參數(shù)

        1)振沉鋼管外徑≥35 cm,樁管壁厚≥6 mm;沉管樁靴為帶活瓣樁尖,要求加工精細、啟閉靈活,變形小、剛度大、重復(fù)使用次數(shù)多;鋼管上部宜采用可拆卸管段組裝,沉管各節(jié)管段需要設(shè)置明顯的刻度標志。

        2)施工機具就位、沉管對中和管靴閉合后,控制振動力30~70 kN、防止過分擾動土體,振動沉管至設(shè)計樁底高程,下沉過程中控制垂直度偏差≤1.5%。

        3)填料為未風化、質(zhì)地堅硬的潔凈碎石,碎石粒徑宜為20~50 mm,含泥量不超過5%。禁止采用單一級配,首次加料時向管內(nèi)一次性加滿碎石。

        4)邊振動邊緩慢提升鋼管,拔管速度控制在1.0~1.5 m/min,每拔0.5 m高停拔振動20~30 s;或者每次提升1 m高度,留振時間30~60 s,將樁管壓下反插0.4~0.5 m深度后再拔。

        5)按照試樁確定碎石填量、提升高度和速度、留振時間和擠壓次數(shù)以及反插深度、電機工作電流等參數(shù),重復(fù)進行振動提管和反插;施工中可根據(jù)電流曲線和貫入曲線判斷土層變化,振密電流和留振時間等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)采用自動系統(tǒng)控制,出現(xiàn)異常情況時,應(yīng)及時采取相應(yīng)措施。

        5 施工工藝及施工質(zhì)量控制

        5.1 沉管碎石樁施工工藝

        1)先通過圖紙確定施工區(qū)域及坐標控制點,按測量放線的軸線作為定位控制系統(tǒng)。按施工圖布設(shè)樁位,并用竹簽釘入土中作為標記。

        2)組裝調(diào)試施工機具,保證施工設(shè)備的正常運轉(zhuǎn),調(diào)整機架的垂直度。

        3)施工機具就位、沉管對中和管靴閉合后,調(diào)整垂直度≤1.5%,啟動振動電機,放松鋼纜,使其垂直徐徐沉管,沉入至設(shè)計樁底高程。

        4)振沖填料:在沉管過程中,當沉管到設(shè)計樁體深度時,用裝載機向管內(nèi)加灌碎石,為加快施工進度,可在沉管過程中用料斗進行空中加料。

        5)拔管反插:當管內(nèi)加灌滿碎石后,方可振動拔管,邊拔管邊反插加以密實樁體,反復(fù)加固作業(yè)至孔口,且其拔管速度≤1~1.5 m/min。

        6)制樁結(jié)束:制樁加固至孔口時,再對地表面層較松散的樁體作反壓密實。

        7)移位:樁管吊離地面,開啟移位卷揚機,移至下一樁點。

        5.2 施工質(zhì)量控制

        1)振動點位置的確定——依據(jù)設(shè)計布點圖用經(jīng)緯儀測量放出樁位,用涂紅竹簽作標記。經(jīng)復(fù)檢驗收,振沖點偏差≤2 cm,成孔中心點偏差≤1/6孔徑,且≤15 cm。

        2)成樁深度控制:在沉管導(dǎo)向架上按1、2……20 m用紅漆標上標記,用以核對樁管入土深度,記錄誤差≤10 cm。

        3)成樁密實電流值:在控制電箱鍵盤上設(shè)有3只電流表,在開始前記錄空載電流值,成樁時記錄密實電流值。

        4)分層分段高度:當樁管下沉至設(shè)計底標高后提升樁管作密實樁體施工,分層分段返壓密實,保證樁體的整體密實。

        5)保證每根樁的施工質(zhì)量。若樁管下沉?xí)r遇到孤石,應(yīng)及時通知負責施工的工程師監(jiān)理并移位補樁。

        7)樁基施工中應(yīng)遵循“按圖施工”和“邊觀察、邊分析”的方法,如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場地質(zhì)情況與設(shè)計不符或原設(shè)計的處理方法因故不能施工時,應(yīng)及時上報。

        8)現(xiàn)場應(yīng)及時在樁位圖上描繪已施工的樁位,作好施工記錄,積累資料,隨時準備項目部、監(jiān)理、業(yè)主的抽查。

        5.3 試驗檢測

        通過上述施工后,根據(jù)設(shè)計要求碎石樁成樁后30天后,采用重型動力觸探檢測樁身密實度與樁長,要求貫入量100 mm時,錘擊數(shù)應(yīng)>5擊,碎石樁體承載力特征值≥240 kPa。通過承載力檢測及標準貫入試驗,結(jié)果如表1~2所示,由此可見,在軟基加固中振動沉管碎石樁具有良好的處理效果。

        表1 標準貫入試驗

        表2 復(fù)合地基承載力試驗

        6 結(jié)束語

        振動沉管碎石樁在軟基加固處理中的應(yīng)用,一方面可有效控制地基沉降,提高地基承載力;另一方面表現(xiàn)為投入設(shè)備簡單,有利于現(xiàn)場文明施工、造價適宜、能按時完成進度、施工質(zhì)量便于控制的優(yōu)點。

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