密实地层中碎石桩施工工艺研究

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　　摘 要：碎石桩是指通过向地层中夯（填）入碎石料后在地基中形成的碎石料组成的桩体。在密实地层中沉管时，沉管端口、沉管外侧所受到的阻力大，无法把沉管下沉到设计深度，导致无法施工碎石桩。为解决这一问题，以云南省大理某项目为例，采用了长螺旋钻机引孔后用振动沉管工艺进行施工。当长螺旋钻机引孔穿越密实地层后，采用振动沉管打桩机，按照沉管、填料加密，直至碎石桩设计深度，解决了密实地层条件下无法施工振动沉管碎石桩的难题，提高了地基的承载力。
　　关键词：密实地层;碎石桩;振动沉管;引孔
　　Abstract：A gravel pile is composed of crushed stone which is filled into formation.When bushing is immersed in the dense formation，the resistance of bushing port and bushing outer side is large，and bushing cannot be sunk to the design depth，resulting in the impossibility to construct the gravel pile.In order to solve the problem mentioned above，taking a project in Dali，Yunnan Province as an example，a long auger drilling machine was used to construct the hole before the vibration immersed tube process.After the long auger drilling hole passed through the dense stratum，the vibrating immersed pile driver is used，according to the immersed pipe and the packing encryption，until the design depth of the gravel pile，which solves the problem that the vibrating immersed stone gravel pile can not be constructed under the dense stratum condition，and improves the bearing capacity of the foundation.
　　Key words：dense ground;gravel pile;vibrating immersed tube;lead hole
　　1 概述
　　碎石桩是指通过向地层中夯（填）入碎石料后在地基中形成的由碎石料组成的桩体。不管采用何种施工工艺，只要最终形成的桩体材料时由碎石料组成，都可称之为“碎石桩”。
　　碎石桩加固法从德国工程师1936年发明的振冲法发展而来，最初仅用于砂基的加固，其原理是依靠振冲器的强力振动使饱和的砂土液化、颗粒重新排列、孔隙减小而达到挤密效果的。之后再工程上的广泛应用产生了良好的社会效益和经济效益，使得其抗液化理论研究得到了迅速发展，其在抗液化反面的显著效果也得到了工程实践的验证。
　　到20世纪50年代末至60年代初，振冲法被用于粘性土地基的加固。由于在施工中通过向地层夯填入的碎石等散体的颗粒材料形成的桩体从而出现了“碎石桩”的名称，现代振冲法施工是依靠振冲器前端锥口喷出的高压水注的成孔和偏振块的振动使孔位土体挤向四周的。但由于振冲法施工不仅耗水量大，而且要排放出大量的污泥浆污染工作环境，为了消除污染并适应各种土质的不同要求，近年来又应运产生了各种碎石桩的施工工艺，如用沉管打桩机沉管成孔的振动沉管碎石桩。[1-8]
　　振动沉管碎石桩不耗水，且能避免振冲成孔造成的泥浆污染，所以应用越来越广泛，但在密实地层如砾砂层、稍密以上的砂層中，由于在沉管过程中，端口、管外侧所受到的阻力大，造成无法把沉管下沉到设计深度，使碎石桩桩长无法满足设计要求，从而影响了建筑物的安全、长期运营。[9]
　　现以云南省大理某项目为案例进行密实地层中碎石桩施工工艺研究，供同行参考。
　　2 工程地质概况
　　拟建项目征用地平面形态呈近矩形状，净用地面积4744083m2，采用振动沉管碎石桩，桩径500mm，桩长12.5～14.3m。勘察期间测得场地区各钻孔水位埋深0.40～3.80m。
　　场地岩土层地质情况自上而下如下：
　　（1）耕土：褐黄色，褐灰色，松散，干燥，由砂土混合粘性土组成，含少量钙化螺母、贝壳碎块，含少量植物根系。层厚0.50～1.00m，平均厚度0.56m。
　　（2）粉质黏土：褐黄色、褐灰色，硬塑状态，局部可塑状态，稍湿。稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等，夹薄层黏土。层厚0.50～4.80m，平均厚度1.89m。
　　（3）粉质黏土：深灰色、褐灰色，软塑状态，局部可塑状态，很湿。稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等，局部地段夹少量腐殖质，夹薄层有机质土。层厚0.60～4.30m，平均厚度1.76m。
　　（4）粉土：深灰、浅灰色，稍密状态，局部中密状态，很湿，干强度中等，摇震反应中等，局部含少量腐植残渣、钙化螺母碎屑，层内多处夹薄层状粉砂。层厚0.50～13.40m，平均厚度3.92m。
　　（5）粉质黏土：深灰、浅灰色，可塑状态，湿，稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等，偶见螺母碎屑，夹薄层黏土。层厚0.90～11.00m，平均厚度3.61m。 　　（6）粉砂：深灰、浅灰色，稍密状态，饱和。石英-长石质，均粒，夹薄层粉土。层厚0.50～4.80m，平均厚度1.72m。
　　（7）砾砂：浅灰、深灰色，稍密～中密状态，饱和，成分以砂岩、灰岩、石英为主，不规则排列，圆～亚圆形，含约5%卵石，大量粗粒、细粒充填，局部夹薄层状粉砂。层厚0.60～9.20m，平均厚度2.28m。
　　（8）粉土：深灰、浅灰色，稍密状态，局部中密状态，很湿，干强度中等，摇震反应中等，局部含少量腐植残渣、钙化螺母碎屑，层内多处夹薄层状粉砂。层厚0.60～11.90m，平均厚度3.78m。
　　（9）粉质黏土：浅灰色，可塑状态，湿，稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等，偶见螺母碎屑，夹薄层粉土。层厚0.80～13.50m，平均厚度4.36m。
　　（10）粉砂：深灰、浅灰色，稍密状态，饱和。石英-长石质，均粒，夹薄层粉土。层厚0.50～3.70m，平均厚度1.45m。
　　（11）砾砂：浅灰、深灰色，稍密～中密状态，饱和，成分以砂岩、灰岩、石英为主，不规则排列，圆～亚圆形，含约5%卵石，大量粗粒、细粒充填，局部夹薄层状粉砂。层厚0.50～4.00m，平均厚度1.80m。
　　（12）粉土：深灰、浅灰色，稍密状态，局部中密状态，很湿，干强度中等，摇震反应中等，局部含少量腐植残渣、钙化螺母碎屑，层内多处夹薄层状粉砂。层厚0.90～13.00m，平均厚度3.69m。
　　（13）粉质黏土：浅灰色，深灰色，可塑状态，湿，稍有光泽，无摇振反应，干强度及韧性中等，偶见螺母碎屑，夹薄层黏土。厚度0.90～13.40m，平均厚度5.15m。
　　从土层的地质情况可以发现，碎石桩要穿越平均厚度为172m的稍密状态的粉砂和2.28m的稍密～中密状态的砾砂。
　　3 施工中的困难
　　该工程在桩基施工前需采用振动沉管碎石桩消除场地液化地层，设计碎石桩桩径500mm，桩长14.5m，在现状标高上需施工15～17m，于2018年10月25日进场施工，共进场2台振动沉管打桩机，设备型号DJ-120KS，截止11月4日，共计施工碎石桩51根，均施工到约9～10m位置出现振动不下去情况，施工桩长并未达到消除地基液化的作用，根据勘察报告及设计图纸分析原因如下：根据勘察报告可知，该场地地层复杂，粉土、粉质黏土与砂层交替分布，地下水位埋深浅，土层基本处于饱和状态，根据实验报告及标贯实验数据统计，粉土及粉质黏土不排水抗剪强度均大于20kPa，且粉砂、砾砂层为密实状态，含约5%卵石，大量粗粒、细粒充填，导致振动不下去。
　　4 采取的措施
　　起初计划采用加大振动沉管机的激振力的方法来解决上述问题，在实施中发现即使采用激振力更高的振动沉管机，在该土层依然无法贯穿。为解决这一难题，采用了长螺旋钻机引孔后振动沉管工艺进行施工，该工艺的步骤为先利用长螺旋钻机引孔，后采用振动沉管打桩机振动施工。根据该项目的地层条件，引孔直径取80cm，由于该项目地下水埋深浅，引孔前应下护筒，护筒直径应比孔径大20cm。[10]同时，在引孔过程中，应监控孔的斜率，宜每钻进1m测一次孔斜率，從而保证引孔的质量。当长螺旋钻机引孔穿越硬可塑砂层后，采用振动沉管打桩机，按照施工一般步骤进行清孔、填料加密，直至设计处理深度。
　　5 结语
　　（1）云南省大理某项目地基处理采用长螺旋钻机引孔后振动沉管工艺进行施工，克服了硬可塑砂层无法下振的难题，处理后提高了地基的承载力。
　　（2）对于硬可塑砂石地层中的碎石桩施工，可采用长螺旋钻机造孔后引孔振冲工艺进行施工，该工艺的步骤为先利用长螺旋钻机引孔，后采用振动沉管打桩机振冲施工。
　　（3）在地下水位较浅时，引孔前应下护筒，护筒直径应比孔径大20cm，埋入深度根据地质条件和地下水位高低确定。
　　（4）在引孔过程中，应监控孔的斜率，宜每钻进1m测一次孔斜率。
　　参考文献：
　　[1]龚晓南.地基处理手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.
　　[2]李玉成.变荷载条件下考虑土体非线性的碎石桩复合地基固结研究[J].河南科学，2018，36（2）：204-209.
　　[3]刘强，阮怀宁.CFG桩与强夯碎石桩复合地基主要影响因素分析[J].河南科学，2017，35（4）：611-617.
　　[4]赵如意，蒋关鲁，刘先锋.沉管挤密碎石桩加固液化土地基的振动台试验研究[J].铁道科学与工程学报，2006，3：41-46.
　　[5]李玉桥，闫路明，刁志明.振冲碎石桩在砂卵砾石地基中的应用[J].建筑技术，2018，4：183-185.
　　[6]王幼行，古成新.干法内击沉管碎石桩施工技术[J].水利技术监督，2015，28（5）：329-331.
　　[7]袁玉卿，张得嵩，刘文利.碎石桩复合地基控制粉砂土拼接路基沉降研究[J].河南大学学报（自然科学版），2018，48（1）：98-106.
　　[8]潘亨永，李秋萍.惠州东江水利枢纽工程闸坝振冲碎石桩复合地基载荷试验分析[J].资源环境与工程，2016，30（3）：339-343.
　　[9]刘景政，杨素春，钟冬波.地基处理与实例分析[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.
　　[10]赵军.冲击钻机造孔穿越深复杂地层振冲工艺[J].水利水电技术，2011，12（48）：39-41.
　　作者简介：苏宝（1978-），男，汉族，山东济宁人，地质工程硕士，工程师，从事市政工程、地下工程设计与施工的生产管理和科研工作;郭树伟（1981-），男，本科，一级建造师;沈远志（1983-），男，本科，工程师。
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