挤密砂桩施工工艺

2024-05-10

挤密砂桩施工工艺(通用3篇)

挤密砂桩施工工艺 篇1

由于珠三角北江流域地质的.特殊性,路基下伏的可液化砂层对结构物稳定性影响较大,广贺高速沿线软基分布广泛,同时软基中分布可液化砂层夹层.广贺高速三四段为更好的指导后续施工,在项目整体施工之前,选择了长约1km路段进行了软基处理试验段研究工作.对存在可液化砂层路段,采取挤密砂桩处理方式综合治理砂土液化和软基加固.

作 者:冯建伟 刘靖 陈向红 作者单位:中国公路工程咨询集团有限公司,北京,100089;武汉中咨路桥设计研究院有限公司,湖北,武汉,430050刊 名:中国水运(下半月)英文刊名:CHINA WATER TRANSPORT年,卷(期):9(5)分类号:U416.1关键词:砂软土互层 砂土液化 挤密砂桩

挤密砂桩施工工艺 篇2

关键词:水上挤密砂桩,施工工艺,质量控制

19世纪30年代欧洲人就发明了砂桩加固技术,但由于没有实用的设计计算方法以及先进的施工工艺,大大的阻碍了砂桩的应用及发展。最开始砂桩主要用于处理松散的砂土地基。采用的施工方法为冲孔捣实。后来又发明了水冲振动施工的方法。1936年德国人S.stenenma提出采用振冲处理砂土路基的方法,这样能使砂桩密实。随着振动打桩机的出现以及振动式打拔管施工法的应用,砂桩的应用逐渐得到发展。尤其到了20世纪50年代后期,日本开发出一种较高水平的施工方法,产生了振动式和冲击式的施工方法,并设置了自动记录设施,使施工质量和施工效率得到了大大的提高。并将其用于砂土地基和软土地基的处理上,使处理的深度有了较大幅度的增加。

1 施工工艺

1.1 施工定位

施工定位由船体定位和打桩机械定位两大部分组成。

1)船体定位。船体的定位对工程的质量有直接的影响,它是施工过程中的关键部分。先要在岸上确定一个坐标点,并在坐标点上放置GPS接收机,然后将施工区域的平面图以及船舶的施工空间尺寸以及控制点的实地坐标输入到电脑里面,然后按照船占用的施工空间来划分船位,并将结果显示在电脑屏幕上。这样在移动船位时,要想判断船舶是否准确到位,只需看船舶在经过锚机绞动后是否和划分的船位重合,重合就说明已准确就位。如果屏幕上显示船舶和船位不是重合的,那就说明船舶的位置改变了,应该及时的调整。GPS定位系统可以在复杂的环境下工作,即使是在黑夜、雨天也能对船体进行准确的定位,它的定位精度高达5 cm,具有快、准、稳的性能要求,又适合全天候的施工。由于实行了整船定位,所以船内桩的打设质量能得到很好的保证。

2)打桩机械定位。打桩机定位也是定位系统的组成部分。其定位方法为机械定位。所以精度很高能控制在1 cm以内。施工之前首先要结合支柱间的间距和布置的形式在一定的空间范围内将每排的支数和总排数划分出来。再移动打桩机大平台来展开纵向定位,如果定位指针和纵向定位刻度重合在一起就表明已准确的定位。确定定位准确后再移动小车平台实施横向单支定位。按照这样的步骤做完全船的打设支数后,然后开始下一船的定位。沉桩时测量人员在电脑显示屏中跟踪观测实际桩位与理论桩位的偏差,通过绞动锚缆控制桩平面位置;采用测斜仪测量桩管垂直度,通过调整压仓水量控制桩管垂直度,以保证沉桩质量符合设计要求和规范规定。由于砂桩船上料斗平面布置情况对其垂直度有较大影响,因此砂桩船施工时可以通过调整压仓水来平衡船体,保证桩管垂直度不大于1.5%的允许偏差。

1.2 套管沉桩

因为沉桩是在海上作业,所以作业的实际时间容易受到天气的影响。因此要求设备的抗风浪能力要强,而且施工的进度必须要快,这样才不会对施工的工期和质量产生影响。为了有效提高左右摇摆的稳定性,在打设机械时可以采用门架式的立柱结构。

可以在门架的后座上设置可进行垂直调节的螺杆,这样可以对沉桩过程中的垂直度进行有效的调节,补偿因打桩机械行走引起的船体倾斜。并且还可以对立柱的垂直度进行调节,避免出现质量问题。完成船体的定位以后,要将套管打入土中直到设计的标高处。套管桩端部为活瓣式自动回位桩头,沉桩过程中能自动闭合,拔桩时在管内砂自重的作用下开启,能够有效的阻止淤泥进入管内。沉管一般采用振动的方式将砂桩管打至需要加固地基设定的高程。对于深水大直径砂桩的沉管方式,一般采用大型振动锤振动沉管,其原理是利用振动锤产生的周期激振力,使砂桩管及周边土体处于强迫振动状态,并液化或扰动,管周土体强度显著降低、桩尖处土体挤开,从而使管周土体的摩阻力和桩尖处土体抗力大大减小,桩管在自重和振动力的作用下克服土体阻力逐渐沉入土中。因此施工前应根据工程的地质情况、加固深度等条件选择适当的振动锤型。

1.3 灌砂

灌砂从工艺上可分为“干法灌砂”和“湿法灌砂”两种。由于“湿法灌砂”一般采用泵吸,其工作效率较低,灌砂过程中砂的损失较大,且标贯N<1的地基土中难以形成砂桩,该工艺已逐渐被淘汰。目前砂桩船一般采用“干法灌砂”一次沉管到设计高程后,停振再集中灌砂的工艺。如砂桩上料斗提升时可以保证和拔管同步,也可采取一边拔管一边灌砂的工艺,以提高砂桩施工效率。但必须保证管内砂面高于桩尖6 m以上,从而保证砂桩的密实度。

对于设计桩长较短(15 m~20 m)、灌砂量较小的桩,可以采取一次沉管到设计高程后,停振再集中灌砂的工艺;对于设计桩长较长(一般取大于20 m),灌砂量较大的桩,为保证沉桩质量,宜采取分次灌砂的工艺,灌砂时,先用船上吊车或辅助船舶把砂料从运砂船吊至砂桩船上的集料箱内,再用皮带机运至下料斗,通过过渡漏斗,放入上料斗(2 m3~6 m3),并进行体积计量。当套管沉至设计高程或满足加固深度后,用卷扬机提升上料斗到砂桩管口处下料。为便于下料,在上料斗侧面设置附壁式振捣器,在下料时开启振捣器。振动上料斗,使砂料能顺利进入砂桩管内,根据砂桩实际打设长度和设计要求的每延米灌砂量计算需灌入的总砂量(虚方)。如按设计要求灌砂率进行灌砂后,桩顶高程未能符合设计高程或未能高于砂垫层顶高程,需增加每延米灌砂量,同时以技术核定单的形式确定每延米的灌砂量。

施工前应对计量的料斗或计量系统进行校核,其允许误差为±3%。

1.4 振动拔桩

灌砂后拔管前应检查蝶形桩尖活页牵引钢缆是否已经放松,拔管时在孔底按照设计要求留振10 s,然后拔起50 cm~100 cm,留振20 s使活页充分打开,再边拔边振,并均匀地振动拔管,拔管速度一般为1.5 m/min~2.5 m/min,或按设计要求拔管,以保证桩身的连续性、均匀性和密实度。在拔管过程中,砂桩管每拔2 m,必须检测一次管内砂面高程,以便控制砂桩均匀性和连续性,当砂桩管尖离砂垫层顶面约2 m~3 m时再留振一段时间(约20 s),以保证砂桩顶部的密实度。在砂桩管拔出砂垫层顶面前,必须检测管内砂面高程,并保证砂桩桩顶与砂垫层相连。

1.5 检测记录

首先打桩之前对潮位、水深进行记录,对立柱和套管进行垂直度检测并作好记录。打桩快完成时再对立柱和套管的垂直度进行检测。施工完成时通过潮位和水深对打桩深度进行复核,以确定质量是否符合要求。

1.6 移位

经过单支循环施工使整船完成以后,就可以操纵四个定位锚机向下一个船位移动,当与下一个设定船位重合时便可以进行下一个循环作业。

2 施工质量控制

由于挤密砂桩施工工艺复杂,施工中的各项施工数据记录多,决定了挤密砂桩施工必须采用自动化控制,以保证施工质量。

2.1 桩位控制

1)施工前应对测量定位系统进行比测,确保系统满足使用要求。2)沉桩前应进行试打,以便根据水流、风向、风速、船型等外部条件确定下桩参数,确保桩位准确。

2.2 桩身垂直度控制

下桩前,应调整砂桩管的抱桩器;必要时,调整船舶的压舱水以确保船体水平,从而满足桩管的垂直度要求。

2.3 桩尖高程控制

1)沉管所用的振动锤应根据桩径、桩长及地质情况进行计算,选择合适的锤型,保证沉管的顺利进行。2)砂桩管沉设过程中必须确保桩管底部的活页关闭,以免淤泥进入桩管,影响砂桩桩尖高程。3)砂桩管在沉设过程中,基本处于密封状态,为消除浮力作用,便于沉桩,可在砂桩管适当位置设置小孔,确保桩尖顺利进入设计高程。4)沉桩过程中,当桩尖接近设计桩底高程时,在振动作用下桩管下沉速度突然减缓乃至停止下沉,表明桩管已进入设计桩尖土层,从停止下沉起,留振20 s即可停锤。当设计桩尖土层顶面高程出现变化,即桩底高程与设计高程有出入时,从桩管停止下沉起,按设计要求留振时间或按60 s进行留振,其下沉量小于300 mm/min时,即可停锤。5)灌砂前,应检查砂桩管底是否进泥。可采用从桩管顶口下放测绳的方法进行检测。当确认桩管底部无泥时,方可灌砂;若管内有淤泥,必须就地拔起砂桩管,排除故障,修复活页后重新施工。

2.4 灌砂量控制

1)砂桩施工前应进行试打,并根据设计要求的每延米用砂量进行调整,确定适应现场砂桩施工的每延米用砂量。2)砂桩管振沉结束后,根据桩尖与桩顶高程确认砂桩桩长,按试打确定的每延米进行灌砂。在计算灌砂量时,为保证砂桩的有效高度,灌砂量考虑一定的富余。3)严格控制灌砂量的计量精度,确保砂桩用砂量满足设计要求。

2.5 桩管速度控制

桩管沉至设计高程或满足加固深度后,按确定的用砂量进行灌砂。砂量到位后,桩管起拔前,必须先振动20 s,再以2 m/min的速度均匀提升。当起拔至桩顶高程时,暂缓提升,再留振20 s,确保桩顶处砂桩密实后,然后再往上提升。

2.6 桩顶高程控制

砂桩顶高程必须保证砂桩与砂垫层相连通或在泥面上一定高度,对于有砂垫层时,一般不得低于砂垫层顶面。

3 结语

目前的施工水平已可以施工成桩直径1.6 m~2 m,施工最大深度达近60 m,最大置换率近70%。目前国内挤密砂桩较多的运用在陆上工程,水下施工实例相对较少。因而对水下挤密砂桩施工技术研究是十分必要的。

参考文献

挤密砂桩施工工艺 篇3

福建省沿海大通道(S201线)穿经金井地区的A1合同段,该段地质条件差,纵横向地质变化较大,拟建公路路基范围左侧为原有海堤,右侧为养虾池50m排淡渠。工程地质主要表现为,地震时多为中等到严重液化的砂层,淤泥夹砂淤层,残积砂质粘性土等。根据《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89及全国地震烈度区划图确定的烈度,金井地区地震基本烈度为Ⅷ度;本路段地基中砂土的地震液化,直接影响到路堤边坡的稳定,路堤抗震设计主要以满足边坡稳定为主,并按地震基本烈度Ⅷ度设计,需要进行防止砂土液化处理。

2 方案的确定

S201为福建省沿海的公路交通主干线,是我省又一条经济大动脉,工期要求十分紧迫,必须保证整条线路的贯通计划按期完工。结合软基分布范围并考虑到各种处理方案的比较,经会审论证,决定采用振动式挤密砂桩配合土工布进行固结处理。

3 基本原理

3.1 振动沉管挤密砂桩的加固机理

振动沉管挤密砂桩是指用振动的方法在软弱地基中成孔后,再将砂料挤压入已成的孔中,由砂料构成大直径的密实桩体。根据国内目前的主要设计理论,振动沉管挤密砂桩主要通过以下四个作用起到处理可液化砂土和软弱土层的效果:

(1)挤密振密作用:通过下沉桩管时对周围土体产生横向挤压作用(有效挤密约为3~4倍的桩径),沉、拔桩管对周围土体的振密作用(有效振密范围可达桩径的6倍),改善了地基土物理力学性能,减少了孔隙比,增大了地基土的密实度,地基抗液化性能得到改善。

(2)排水降压作用:填充的砂料作为反滤性好的粗颗粒料,在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道,有效地消散和防止超孔隙水压力的增高,防止砂土产生液化,加快地基的排水固结。

(3)砂基预震效应:振动沉管过程中,振动锤的强烈振动,使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震,可以增强砂土抗液化的能力。

(4) 置换作用:密实的砂桩在软弱粘性土中取代了软弱粘性土,形成散体桩竖向增强体复合地基,使地基承载力有所提高,地基沉降也减小。

3.2 采用土工布提高地基承载力

土工布既可以提高地基的承载力,同时还可以改善基床的毛细排水,对保持基床的排水畅通、预防地下水上升对路基的侵害起到保护作用。此外,铺设土工布可以改善施工条件,加快施工进度和降低工程造价,此工法对我国地质条件有着广泛的应用前景。

(1)无土工布情况(见图1(a))P=N

(2)有土工布情况(见图1(b))

P= Q + 2P1sinθ+(β·Nq·B)/r

式中:P1—土工布拉力;

Nq—土工布承载力系数;

B—基础宽度;

θ—土工布斜拉角;

β—基础的形状系数;

r—假想圆半径。

4 技术指标和施工工艺

4.1 振动沉管挤密砂桩

孔径:50cm,对填料夯击后桩径有扩大的倾向。桩深:由于地质条件变化,不同区段一般桩深为基床下4~14m。桩距:沿线路中线向两侧呈等边三角形分布,桩心距200cm,具体形式见图1、图2。采用渗水率较高的中、粗砂,含泥量不大于5%。

其施工工艺为:

(1)施工准备

①正式开工前应进行现场勘察,选择合适的进场道路,同时逐一检查进场设备。

②对施工人员上岗前进行基本知识的培训,确保施工质量和施工人员的安全。

③施工场地的腐植土必须清除,为防止机械泡水,路基须填砂至1.3m标高时,再进行桩孔定位和桩机定位。

(2)在地面上将套管的位置确定好,然后由上部送料斗投入套管内一定量的砂(约1m桩长的砂)。

(3)开动振动机,将套管打入土中,如遇坚硬的土层,可辅以喷气或射水助沉。

(4)将套管打到预定的设计深度,振密砂料,振动拔管,补灌入砂料。

(5)将套管拉到一定的高度,套管内的砂即被压缩空气(或在自重作用下)排砂于土中;桩管拔起后核定砂的排出情况。

(6)再将套管打入规定的深度。并加以振动,使排到桩底的砂振密,并挤压周围的土体,形成一段密实的桩体。

(7)重复以上(4)~(6)的打桩工艺多次,一直打到地面,即成为砂桩。

其施工顺序:从左到右施打挤密砂桩。

4.2 砂垫层

采用透水性好、洁净、级配良好的中、粗砂,含泥量<5%。并将其中植物、杂物除尽。

4.3 高强编织土工布

(1)路堤内填砂平整至相应设计高程时铺设幅宽4m的纳米材料改性的高强编织土工布(延伸率≤10%时:纵向抗拉强度要求≥80kN/m,横向抗拉强度要求≥50kN/m,破断延伸率≤16%)。

(2)施工要点:在铺设高强编织土工布时,要求沿横断面方向铺设,纵向搭接宽度5Ocm,为减少编织土工布受力变形,在铺设过程中沿横断面方向对高强编织土工布进行预张拉,预张拉延伸率按2%控制 (预张力约为15kN/m),张拉方法一般采用土工布一端填砂回折锚固,通常另一端用钢管将土工布卷起,通过挖掘机械勾住张拉或用法兰螺栓与后部打入木桩连接张紧固定,土工布应摊铺平整、张紧不得出现松弛现象,并每隔10cm绑扎一次,土工布铺完成后,应及时填土碾压,首先在土工布两侧填土,将土工布固定,再向中间推进,碾压的顺序是先两侧后中间,严禁车辆直接与土工格栅接触。

5 施工质量控制手段

(1)正式开工前必须进行工艺性成桩试验,确定合适的拔管速率、留振时间与反插深度等现场的施工参数,对现场施工人员进行技术交底,保证施工质量。

(2)必须严格控制砂料质量及灌砂量,并要求在孔内灌满水后再填中粗砂。砂料采用渗水率较高的中、粗砂,砂的含泥量必须小于5%。试验室对砂料进行抽样检查,向工程部提供试验报告,保证砂料质量,现场由施工员目测控制。成桩后灌砂量必须符合设计用量要求,灌砂量的理论计算如下:

C =λLπd2/4

式中:C—理论灌砂量;

λ—压缩系数,即砂料由松散达到中密状态时的压缩系数,根据试桩结果取值;

L—设计桩长;

d—成桩直径。

成桩结束后实测灌砂量达不到设计要求时,必须进行复打或补桩。

(3)每一斗砂料投入套管后一般可成桩3~5m,切忌采用装砂料时才留震的操作方法。这种操作方法容易造成桩身密实度不均的现象(震动时间长的部位密实度大)。

(4)可边下套管边投料。为缩短打桩时间,可在下套管的同时投入砂料,但套管下沉过程中只宜投入3~5m桩长的砂料,而且套管下沉至设计深度后应停震20s以上,以保证桩底的震动时间。

(5)在拔管过程中,桩管内应至少保持2m以上高度的砂,或不低于桩长标高2m,桩管内砂料高度不足2m时及时补充,保证砂头便于检查,以防中断,形成断桩、缩颈。

(6)穿淤泥夹层时要严格控制拔管速度和高度,必要时可采用短停拔(0.1~0.3m)长留振(5~8s)的措施,严防缩颈和断桩。

(7)施工过程中,不宜一次回插深度过大。回插使套管内的砂料向四周挤压,管内砂料减小,当回插深度过大时,再次拨管时容易造成管底高度大于管内砂料高度,从而导致出现断桩的现象。

(8)套管提升过程中的回插操作不仅能产生向下的挤压力,进而提高砂桩的密实度,还可以增加砂桩形成过程中的震动时间,从而达到提高砂桩的密实度效果。但反复回插将造成施工成本增加、施工效率下降。因此,必须严格根据试桩结果确定回插的具体参数来操作,并应派专人现场监督执行情况。

(9)沉桩时桩管竖直度不够,或受桩振冲影响,容易引起已成砂桩倾斜。因此成桩时要经常校正桩管竖直度,相邻桩应间隔跳跃施工,避免相互间震动影响。

(10)卡管为成桩中常见现象,要整修活页,使活页开启灵活。

(11) 由于地质变化大,施工中如果出现桩底标高与图中所示存在出入,应及时反馈,原则上要求桩底标高应穿透淤泥夹砂层及液化砂层。

(12) 砂桩施工完后,须进行钻探标贯试验,要求砂土层达中等密实以上,即修证后的标准贯入击数应大于15击,并重新判别砂土液化情况,待确认不会发生液化后,方可正式施工,验证并进行下道工序即路堤填砂、铺设高强编织土工布等施工工艺。

(13)各种地基处理施工过程,特别是有震动施工的工程,应在实施过程中对原有海堤进行密切观测,保证原有海堤的安全和稳定。

6 质量检测情况

6.1 检测内容

施工过程中必须严格执行施工工艺,检查施工记录,施工完毕必须进行检测,以检验处理效果。检验内容包括外观质量、灌砂量和地基抗震加固效果。灌砂量应根据实际用砂量与计算体积之比来检验,每根桩的灌砂量应﹥95%。有关规定见表1。

6.2 地基的抗震加固效果分析

根据《建筑抗震设计规范》(GB50Oll-2001)和《公路工程抗震设计规范》(JTJOO4-89]及设计要求,采用挤密砂桩施工前后的标准贯入试验结果进行砂土液化判别。根据设计,施工两周后进行质量检测。标贯试验的检查数量应不少于桩孔总数的2%,且每个工程不少于5点。处理后砂土层的标准贯入平均击数应满足N63.5﹥15击标准的要求。

如表2所示,在挤密砂桩加固范围内,处理前平均击数为9.4,处理后平均击数为21.0,满足了N63.5﹥15击的设计要求。这反映了经过处理后,砂桩的挤密作用很明显,大幅度提高了地基强度,砂土层达到中等密实以上。

图3是砂土液化判别曲线。曲线反映出在砂桩处理前,地基部分深度土层在地震烈度为Ⅶ度时存在砂土液化的可能性,经过处理后,各个深度土层均可抵抗Ⅷ度地震,由此可见,本路段挤密砂桩的抗震效果非常理想。

6.3 沉降观测

在施工填筑过程中,根据钻探资料在一些比较有代表性的位置需布设一定数量的观测盘。考虑到施工场地泡水浮泥影响,前期沉降盘不易埋设和沉降失真,设计要求在挤密砂桩施工前埋设,施工期间在沉降盘四周用砖块砌成50×50cm围栏,防止路基碾压机械在施工时破坏沉降盘。沉降观测频率为加载期每天一次,停滞期每7d一次。通过观测资料进行整理分析,绘制沉降曲线,可动态地掌握路基沉降情况。根据沉降情况及时调整填土速率。沉降盘布设如图3所示。

7 结论

通过对挤密砂桩处理前后标准贯入试验的结果及挤密砂桩处理后软基沉降监测结果进行分析,结果表明挤密砂桩既能消除砂土液化,又能加固软弱土层;同时从沉降速率与稳定分析得到,由于路基使用高强编织土工布加筋,大大提高了路基承载力,增强了地基土的抗滑稳定性。工程实践表明,振动挤密砂桩配合土工布加固软弱土地基具有施工机械简便、施工效率较高、技术可靠、工程造价较低、加固效果好等优点,具有广泛的应用前景。实际应用时,应根据工程地质概况选择合适的布桩形式、成桩工艺和施工参数,以取得令人满意的加固效果。

摘要:结合工程实际特点,介绍振动式挤密砂桩配合土工布加固软弱地基的施工工艺及要点,并根据得出的一些数据进行分析,总结了挤密砂桩配合土工布在处理软弱地基处理方面的一些效果及特点。

关键词:挤密砂桩,基本原理,工艺,质量检测

参考文献

[1]龚晓南.高速公路软基处理指南.北京:人民交通出版社,2005.

[2]王晓谋,袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术.北京:人民交通出版社,2001.

[3]公路软土地基路堤设计与施工技术规范.JTJ 017-96.北京:人民交通出版社,1997.

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