振冲碎石桩复合地基（精选9篇）
振冲碎石桩复合地基 篇1
摘要：概括了现阶段碎石桩复合地基承载力计算的常用方法, 并指出了现有承载力计算方法的不足之处。
关键词：单桩,复合地基,承载力
我国地域辽阔, 土类繁多, 其中松、软土类就占有相当大的比例。其成因类型有海岸沉积、浅海沉积、湖泊沉积、河滩沉积或残积, 以及近期人工吹填、堆填的土。这些土多是我们在建筑地基中遇到的含水量高、孔隙率大的泥炭、淤泥、淤泥质土或极松散的砂类土、素填土、杂填土, 甚至还含有生活垃圾。这些土的强度低、压缩性大、抗震性极差。在含有这类土的地基上建造建筑物时, 常常发生各种工程事故。以往在选址时多避开这种不利的建筑场地。随着人类建筑事业的发展, 建筑占地迅猛增长, 我国虽然领域辽阔, 但日常生息活动的领域里, 土地资源却很紧张, 必须充分合理地运用。再加上使用上或其他种种原因, 常使我们不得不在不良的地基上建造各种建筑物。此时就必须发挥人的主动创造性, 运用科学技术改造自然, 改造不良地基, 将其转变为我们所需要的良好地基。
(一) 单桩承载力
振冲碎石桩属于散体材料桩, 荷载作用下碎石桩桩体发生破坏时, 桩周土则进入塑性状态, 或极限平衡状态, 故可由桩间土的侧向极限约束应力, 按三轴压缩试样的极限受力情况, 亦即轴对称平面应变极限状态计算单桩的极限承载力。目前国内外估算碎石桩的单桩极限承载力的方法有若干种, 如有侧向极限应力法、整体剪切破坏法、球穴扩张法等, 以下介绍几种目前常用的计算方法。
1. Hughes-Withes计算式
Hughes和Withes (1974) 建议按下式计算单桩的极限承载力q fp
式中:
p'0、u 0——原土的起始有效压力和孔隙水压力;
cu——桩间土不排水抗剪强度;
ϕp——桩体材料内摩擦角。
一般认为p'0+u0=2cu
求桩的承载力设计值时, 安全系数取值范围2~3。
2. Wong计算式
Wong (1975) 提出单桩容许承载力qap计算式如下:
(1) 小沉降时的计算式
(2) 中等沉降的计算式
(3) 较大沉降的计算式
式中:Kp——桩体的侧压力系数;
Ks——桩体的侧压力系数;
γs——原土的重度;
l——桩长。
计算注意事项:
(1) 对于cu均质粘土层, 不排水抗剪强度随深度而增大。此时, 对第一种小沉降情况, 可用桩顶以下1.5m深处的cu值;对第三种大沉降情况, 可用整个桩长范围内的平均值;对中等沉降情况, 取前两种情况的平均值。对成层土, 承载力由最软弱的土层控制。此时, 对第一种情况, 若最软弱土层的埋深小于桩间距, 则取该层的cu值进行计算, 若埋深大于桩间距, 则取从桩顶至该层范围内的平均值;对第三种情况, 可用整个桩长范围内的平均值, 对第二种情况, 取一、三两种情况的平均值。
(2) 关于σs对第一种情况, σs=1.5cu;对第二种情况, σs=.225cu;对第三种情况, σs=3cu。
(3) 关于, 其中ϕs为原土的内摩擦角, ϕs约为00~100, =4.1~0.1Ks。
(4) 关于KpKp为桩体内的水平应力与竖直应力之比。对第一种情况, ;对第三种情况, Kp= (1-sin2ϕp) / (1+sin2ϕp) ;对第二种情况, 取一、二两种情况的平均值。设ϕp=400, 以上三种情况Kp值分别为0.217, 0.316和0.415。
3. 被动土压力法
该法为了考虑桩周土的自重应力 (γZ) 的被动土压力作为桩周土的极限侧向应力, 由此求得桩极限承载力的表达式为
式中:γ——桩周土的重度;
Z——桩鼓胀的深度;
Kps——桩周被动土压力系数;
Kpp——桩体被动土压力系数;
方永凯、郑培成 (1983) 假设碎石桩在极限荷载作用下, 桩周土被动破坏, 荷载影响深度为2倍桩径, 得到碎石桩单桩极限承载力计算式
4. Brauns计算式
根据鼓出破坏形式, J.Brauns (1978) 提出单根桩极限承载力计算, 如图所示。
J.Brauns假设单桩的破坏属空间轴对称问题, 桩周土是被动破坏。如碎石桩的内摩擦角为ϕp, 当桩顶应力0P达到极限时, 考虑BB’AA’内的土体发生被动破坏, 即土块ABC在桩的侧向力Pr0的作用下沿BA面滑出, 亦即出现鼓胀破坏的情况。J.Brauns在推导公式时作了三个假设条件:
(1) 桩的破坏段长度h=2r0tanδp (式中r0为桩的半径, δp=45+ϕp1/2) ;
(2) 桩间土摩擦力τm=0, 土体中的环向应力P0=0;
(3) 不计地基土和桩的自重等。
上图中fR——桩间土面上的应力;
fn——Cu的作用面积 (m2) ;
fm——pr0的作用面积 (m2)
Pp——桩顶压力 (k Pa) ;
Ps——桩间土面上的应力 (k Pa) ;
δ——BA面与水平面的夹角 (°) ;
Cu——地基土不排水抗剪强度 (k Pa) 。
要得到Pp需先求出pr0
从上式用试算法解出δ后, 再代入, 从而可确定单桩极限承载力Pp。
(二) 复合地基承载力
1. Wong (1975) 提出按下式计算复合地基的容许承载力Rsp
龚晓南在Wong的基础上考虑群桩效应对桩体强度的影响、制桩过程对桩间土强度的影响和桩、土强度的发挥度提出复合地基承载力为
Psf为天然地基极限承载力, K1为桩体极限承载力修正系数, K2为桩间土极限承载力修正系数, λ1和λ2分别为桩体和桩间土极限强度发挥度。陈念军 (1998) 提出, 如果以桩体承载力达到其承载力特征值时的复合地基承载力作为复合地基承载力特征值, 则fsp, k=mfp, k+ζs (1-m) fs, k, ζs一般取0.75~0.80;无载荷试验资料时fsp, k=[ζs+m (n-ζs) ]fs, k计算;对变形要求不高时可采用桩间土达到其承载力特征值时的复合地基承载力作为复合地基承载力特征值, 这时fsp, k=ζpmfp, k+ (1-m) fs, k, ζp一般取1.10~1.20;无载荷试验资料时用fsp, k=[1+m (nζp-1) ]fs, k计算。
2. 基于Brauns理论的改进计算式
盛崇文曾将Brauns理论推广到复合地基以及各种群桩情况。对满堂加固碎石桩情况, 他推导得桩的极限垂直应力
式中中根据力的平衡原理, 满堂加固情况复合地基的极限承载力为
上式中可取σs= (2~3) Cu, 具体取值视建筑物的容许变形而定, 容许变形小, 取低值, 否则取高值。
3. 郭蔚东—钱鸿缙计算式
郭蔚东—钱鸿绪 (1989) 提出下式
计算复合地基的允许承载力。式中dp为深度因素, dp=2~4, f为桩侧允许摩阻力, K为经验系数, [Rs]为 (2~4) 倍桩径处的桩间土或天然土的允许承载力。其dpf值由下式估算:淤泥质黏土dpf=0.378[R s]+28.7, 饱和黄土, 一般软黏土
此外, 盛崇文、方永凯等 (1983) 推荐用桩或土的载荷试验资料、置换率及按经验估计桩土应力比来推算复合地基承载力, 林孔锚 (1983) 、张定等用圆弧滑动法计算复合地基极限承载力。郭尉东、钱鸿绪 (1990) 用塑性能量法和广义Brauns法求解柔性碎石桩复合地基发生鼓胀破坏、整体剪切破坏及相应破坏形式的复合地基承载力。
4. 规范方法
《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002) 建议:振冲桩复合地基承载力值应通过现场复合地基载荷试验确定, 初步设计也可以用单桩和处理后桩间土承载力值按下式估算:
式中:
fspk——振冲复合地基承载力特征值 (k Pa) ;
fpk——桩体承载力特征值 (k Pa) ;
fsk——处理后桩间土承载力特征值 (k Pa) ;
m——桩土面积置换率。
(三) 复合地基承载力计算存在的问题
虽然碎石桩复合地基承载力计算理论较为成熟, 但是, 仍然还有不少问题值得进一步研究。如何确定单桩和桩间土的承载力, 以及如何合理估算桩和桩间土的荷载分担是计算复合地基承载力的关键所在, 但这些问题目前的研究尚都不十分明确。另外, 对复合地基中荷载传递规律的研究也相对较少, 严重影响了复合地基承载力计算的研究。
参考文献
[1]徐至钧, 叶观宝, 高彦斌.振冲法和砂石桩法加固地基[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[2]何广讷.振冲碎石桩复合地基[M].北京:人民交通出版社, 2001.
[3]郑大同.地基极限承载力的计算[M].北京:中国建筑工业出版社, 1980.
[4]赵明华, 杨明辉, 卫军.散体材料复合地基承载力计算研究[J].华中科技大学学报, 2006, 34 (3) :91-93.
[5]H.B.Poorooshasb, G.G.Meyerhofb.Analysis of Behavior of Stone Columns and Lime Columns.Computers and Geotechnics, 1997, 20 (1) 47-70.
振冲碎石桩复合地基 篇2
工程名称 填写单位工程名称。
天气情况 填写施工作业期间的天气情况。
旁站监理的部位或工序 填写某部位水泥粉煤灰碎石桩复合地基工程。开始/结束时间 填写旁站监理过程的开始时间和结束时间。施工情况 主要填写内容如下： 施工作业内容及施工方法或工艺。2 施工人员配备情况。3 施工机具设备配备情况。4 原材料选用、检验、保管情况。5 施工技术环境、作业环境、周边环境。6 旁站工作的主要工作量。7 试块的制作情况。
水泥粉煤灰碎石桩复合地基施工旁站质量控制要点： 水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据现场条件选用下列施工工艺：
1）长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土。
2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于粘性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地。
3）振动沉管灌注成桩，适用于粉土、粘性土及素填土地基。施工前应按设计要求进行室内配合比试验。长螺旋钻孔直径宜取350～600mm，混合料坍落度宜为160mm～200mm；振动沉管钻孔直径宜取350mm～370mm，混合料坍落度宜为30mm～50mm，振动沉管灌注成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。
3、施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m，水泥粉煤灰碎石桩施工应符合下列要求：
1）成孔时宜先慢后快，并及时检查、纠正钻杆偏差。成桩过程应连续进行。2）长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩施工在钻至设计深度后，应掌握提拔钻杆时间，混合料泵送量应与拔管速度相配合，遇到饱和砂土或饱和粉土层，不得停泵待料； 压灌应一次连续灌注完成，压灌成桩时，钻具底端出料口不得高于钻孔内桩料的液面。
3）沉管灌注成桩施工拔管速度应按匀速控制，拔管速度应控制在1.2m/min～1.5m/min左右，遇淤泥或淤泥质土层，拔管速度应适当放慢。沉管拔出地面确认成桩桩顶标高后，用粒状材料或湿粘性土封顶。
4）拔管应在钻杆芯管充满混合料后开始，严禁先拔管后泵料。桩施工垂直度偏差不应大于1%；桩位偏差：对满堂布桩基础，不应大于0.4倍桩径；对条形基础，不应大于0.25倍桩径，对单排布桩，不应大于60mm。褥垫层铺设宜采用静力压实法。基底桩间土含水量较小时，也可采用动力夯实法。夯填度不得大于0.9。冬季施工时，混合料入孔温度不得低于5℃，对桩头和桩间土应采取保温措施。7 施工质量检测应符合下列要求：
1）成桩过程应抽样做混合料试块，每台机械一天应做一组（3块）试块（边长为150mm的立方体），标准养护，测定其立方体抗压强度。
2）施工质量检验主要应检查施工记录、混合料坍落度、桩数、桩位偏差、褥垫层厚度、夯填度和桩体试块抗压强度等。旁站情况 主要填写内容如下： 检查施工人员配备是否满足施工要求。现场技术、安全等负责人员是否到位。2 检查施工机具设备配备是否满足施工要求，运转是否正常。3 检查原材料选用、检验、保管是否符合规范要求。检查施工方法或工艺是否与施工组织设计或施工方案一致。是否按设计要求进行了配比试验。检查施工技术环境、作业环境、周边环境对施工质量的影响情况。对原材料、桩径、桩位偏差、桩长、褥垫层夯实度等的检查结果（写出抽查数据）。
发现问题
如有不合格填写不合格内容，违反相关规范的应写明规范号及条款，未发现问题填写“无”。
处理意见
振冲碎石桩复合地基 篇3
王健
秦皇岛港股份有限公司 河北 秦皇岛 066000
摘 要：为确定海上碎石桩复合地基在沉箱施工过程中预留沉降量，对碎石桩复合地基加固机理及沉降计算方法进行了研究分析，并将最终沉降量的计算结果与原型观测值进行比较，较准确的计算出沉箱预留沉降量。
关键词：碎石桩复合地基；沉箱；预留沉降
1 碎石桩复合地基加固机理
振冲碎石桩法是指采用振冲器成孔后，填充碎石、卵石或矿渣等硬质材料并振动密实形成桩体的一种地基加固方法。其加固机理以置换作用为主，即利用机械设备将原软弱土竖向置换成强度较高的硬质材料。由于碎石桩体较桩周土强度高、模量大，在刚性基础作用下，复合地基应力按模量的大小进行重新分配，在桩上形成应力集中。作用二是挤密效应，即桩周土在施工过程中由于施工机械的挤振产生位移，提高原软弱土密度，减小空隙比从而提高原状土的强度。作用三是排水减压，由于碎石桩桩体的碎石之间存在大空隙，成为良好的排水通道，原地基土排水通道长度缩短、数量增加，从而加速了原软弱地基土的固结，提高了复合地基承载力。作用四是垫层作用，由于碎石桩复合地基加固区的存在，建筑物的附加应力得到扩散，从而减少了下卧层的沉降。
2 碎石桩复合地基沉降计算分析
由于该重力式沉箱码头下地基压缩层深厚，地基在附加应力和自重应力作用下被压缩，由此产生了建筑物的沉降。目前，实际工程中碎石桩复合地基沉降计算主要分成复合地基加固区沉降S1和下卧层沉降S2两部分计算，则复合地基沉降量
S=S1+S2
碎石桩复合地基加固区土层沉降计算方法较多，目前国内外一般采用复合模量法、应力修正法和桩身压缩量法来计算。
2.1 复合模量法
复合模量法是将加固区增强体和基体两部分视为均匀材料的整体，采用复合模量来评价复合土体的压缩性，并采用分层总和法计算加固区沉降。
Esp=[1+m（n-1）]Es
式中Esp——复合模量；Es——桩间土压缩模量；m——面积置换率，m=d2/de2其中d为桩身平均直径，de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；n——桩土应力比。
2.2 应力修正法
由于碎石桩的存在，作用在桩间土上的荷载密度比作用在复合地基上的平均荷载密度小，采用应力修正法计算沉降时，忽略碎石桩的存在而只考虑桩间土的荷载作用，桩间土荷载作用大小根据碎石桩和桩间土的压缩模量大小进行分配。然后按照桩间土分担的荷载和压缩模量，根据分层总和法计算加固区土层的沉降。
碎石桩复合地基桩间土分担的荷载ps为
式中p——碎石桩复合地基平均荷载；μs——应力修正系数。
2.3 桩身压缩量法
桩身压缩量法是通过计算桩体的压缩变形量来计算加固区土层地基沉降，桩体压缩变形量则是根据作用在碎石桩体上的荷载与桩身压缩模量计算得来的。假设碎石桩底端刺入下卧层的变形量为Δ，则相应加固区土层的沉降S1为
S1=Sp+Δ
式中Sp——桩身压缩沉降量。
碎石桩复合地基碎石桩分担的荷载pp为
式中μp——碎石桩应力集中系数。
假设桩侧摩阻力平均分布，桩底桩承载力密度为Pb0，则桩身压缩沉降量为
3 工程实例分析
本工程拟在场区内建设重力式沉箱码头，设计地基极限承载力特征值为120 kPa。根据工程地质勘察资料显示该区域地形平缓，由岸边向深水域微倾。场区内土层结构自上而下分为①1流泥、①2淤泥、②粉砂、③粉质粘土、⑤1强风化板岩、⑤2中风化板岩，各地层物理力学性质。
3.1 加固方案
由于淤泥质粉质粘土以上地层地基容许承载力不满足设计要求，经各方讨论后，采用振冲碎石桩作为竖向增强体加固粉质粘土以上土层。碎石桩设计桩径为1.2m、采用正三角形布置，桩体中心距离为1.7m。碎石桩施工前清除表层淤泥并用碎石均匀抛洒压面，碎石桩穿透淤泥、淤泥质粉质粘土，进入持力层④层粉质粘土1m。成桩后顶面设置不小于1.0m。的碎石垫层，然后分级抛填10～100kg块石基床至设计标高。
3.2 原型试验
由于海上碎石桩法加固的海底软弱地基水深较深，不适合进行复合地基载荷板试验，经各方讨论论证后采用现有条件进行原型试验，试验过程采用基床抛石、现有沉箱、沉箱内抛石及沉箱安放压载块等方法模拟分级加载状况。沉箱安装完成后进行沉降观测，根据沉箱原型观测沉降量确定沉箱的预留沉降。
3.3 计算参数
根据现场试验，确定各计算主要参数为：p=120kPa，d=1.7m，H=12.0，n=3.5，B=10.0m，其它土层计算参数详见表1。采用分层总和法计算沉箱最终沉降量，按不同计算方法计算的沉降量与原型观测实测值进行比较，最终沉降量见表2。
4 结论
本文探讨了海上碎石桩复合地基的加固机理和复合地基沉降的计算方法，较准确的计算出碎石桩复合地基的沉降量，为沉箱施工预留沉降起到了一定的指导作用。
由于外部荷载、碎石桩施工质量、潮位等各种因素的影响，原型观测和计算得出的最终沉降量很难准确得出沉箱的最终沉降量，所以在沉箱预留沉降过程中应遵循宁高勿低的原则，并加强观测，随时根据测量数据调整预留值。
参考文献：
[1]龚晓南.复合地基工理论与工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2002，1-6.
[2]盛崇文.碎石桩复合地基的沉降计算[J].土木工程学报，1986，1：72-80.
振冲碎石桩复合地基 篇4
1.1 工程概况
本工程为内蒙古自治区鄂尔多斯市某热电厂三期扩建项目, 2×150 MW空冷抽凝式汽轮发电机组, 配2×480 t/h循环硫化床锅炉, 属坑口电站。根据业主意见, 为加快工程进度, 主厂房等主要建 (构) 筑物和部分附属建 (构) 筑物基础采用振冲碎石桩复合地基。
1.2 地形地貌
场地原始地貌类型主要为河漫滩、阶地, 地貌成因为古河床冲、洪积形成, 由于热电厂修建时对场地进行整平, 厂址区现已看不出地貌原始状态特征, 目前厂址地形较为平坦, 地势总体趋势表现为西南高, 东北低。
1.3 地层结构
拟建厂址出露地层主要有:第四系人工填土 (Q
1.4 地震效应
厂址区场地土类型为中软场地土;建筑场地类别为Ⅱ类。对建筑属抗震不利地段。根据GB 50011-2001建筑抗震设计规范和GB 50223-2004建筑工程抗震设防分类标准有关规定, 综合分析认为:本工程可不考虑地震液化的影响。
2振冲碎石桩设计
2.1 振冲桩简介
振冲法地基处理是利用振冲器的水平振动, 对松散土层进行加固处理的一种方法, 按照不同土类, 可分为振冲置换和振冲挤密[1]。
振冲置换是利用振冲器在高压水流下边振边冲, 在软弱黏性土地基中成孔, 在制桩过程, 填料在振冲器水平向振动力作用下, 挤向孔壁的软土中, 从而使桩体直径扩大。
振冲挤密是在振冲器重复水平振动和侧向挤压作用下, 地基产生周期性剪力, 土体内的孔隙水压力迅速增大, 砂土的结构逐渐破坏而发生液化, 砂颗粒重新排列, 孔隙减小, 这样, 土体由松变密。
2.2 设计概况
设计执行规范为DL/T 5101-1999火力发电厂振冲法地基处理技术规程, 本工程为振冲挤密法。设计布桩方式为正三角形, 两种桩间距类型, 一种桩间距为1.5 m, 桩径1 m, 处理后的地基承载力特征值不小于350 kPa;另一种桩间距为1.8 m, 桩径1 m, 处理后的地基承载力特征值不小于330 kPa。施工参数控制按原体试验报告执行。
2.3 设计问题
2.3.1 护桩问题
本工程业主对护桩排数问题提出过质疑, DL/T 5101-1999火力发电厂振冲法地基处理技术规程、JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范中对护桩数量规定为“宜在基础外缘扩大1排～2排桩”, 而DL/T 5024-2005电力工程地基处理技术规程中对护桩数量规定为“当为消除地基土液化时, 宜在基础外缘扩大2排～3排桩;为其他目的时, 宜在基础外缘扩大1排～2排桩”。
解释:该条文为建议性条文, 且未布置两排桩的区域是因为上部的荷载较小, 故选择扩大一排桩, 不违反规范要求。而烟囱基础由于结构的特殊性, 采用2排～3排护桩的方案。
2.3.2 终孔条件
本工程试桩报告中相关参数不严谨, 其终孔的条件为“振冲至设计深度或进入强风化砂岩50 cm左右, 此时不再进尺而电流值明显增大至80 A～90 A左右, 即可终孔”, 这与现场实际情况不符。
解决方法:根据现场实际情况将终孔条件更改为“电流为40 A～60 A, 且振冲器不再进尺为最终控制条件, 不以入岩深度及入岩电流作为主要依据”。
2.3.3 褥垫层材料
设计要求褥垫层材料“换填400 mm的碎石垫层, 垫层压实系数λc应大于0.93。垫层碎石的最大粒径不宜大于50 mm, 且应级配良好”。根据当地实际情况, 碎石质量不高, 设计同意换用卵石。
设计要求垫层压实系数不小于0.93, 由于碎石或卵石无法作压实系数试验, 进而无法控制压实质量, 经现场考察, 决定采用级配砂卵石进行换填, 并按压实系数0.93进行控制。
3振冲碎石桩施工
3.1 施工工艺
3.1.1 施工前准备
清理平整好施工场地, 平整堆料场并进石料, 接通电源、水源, 制作泥浆沉淀池, 建立测量控制网, 并布置好桩点。会审施工图纸, 报审施工方案, 申请开工。将所有桩进行顺序编号并出桩编号图, 准备好施工记录表。
3.1.2 造孔
吊车、装载机发动完毕后, 吊起振冲器, 先检查水源、电源是否满足施工要求, 然后启动振冲器, 先预振3 min～5 min进行预热, 然后对准桩位, 振冲器下端离地面20 cm左右打开水源并开始制孔, 供水水压须保证0.4 MPa～0.6 MPa。
记录员开始记录施工记录表, 填写施工部位、序号、桩号、日期、记录人造孔及制桩各参数、入土深度等, 要求数据准确, 完全按照电流表及电压表数值记录。
吊车司机控制振冲器下沉速度, 保证以1 m/min～1.8 m/min的速度下沉造孔, 要求保持振冲器始终处于垂直状态。
在桩长基本达到设计长度时, 记录员必须进行控制, 终孔条件为振冲器不再进尺, 上部钢缆在保持松软的状态时, 振冲器跳动不小于12 s, 可以认为终孔然后进行三次冲孔。
3.1.3 清孔
造孔时返出的泥浆较稠、孔中有狭窄或缩孔地段时应进行清孔。清孔可将振冲器提出孔口或在需要扩孔地段上下提拉振冲器, 使孔口返出泥浆变稀, 保证振冲孔顺直通畅以利填料沉落。
3.1.4 填料、加密
清孔完毕后记录员指挥装载机司机进行填料, 要求装载机司机注意分拣石料冻块, 将冻块拣出统一堆放, 并在记录员许可后往桩内填料, 加密段不超过1 m, 并由吊车司机控制振冲器进行振密。
振密控制方式为振冲器不再下降, 并且电流增大至约60 A～80 A即可认为达到振密电流, 振冲器在达到振密电流后由记录员进行记录并控制留振10 s～12 s, 然后记录员指挥吊车司机上提振冲器, 并由装载机司机进行填料, 不断往复直至成桩。
3.2 施工注意事项
3.2.1 质量控制要点
吊车司机必须服从记录员的指挥, 包括制孔、成孔、振密等各项工序, 装载机司机必须服从记录员的指挥, 在记录员许可后方可给桩加石料。记录员必须严格按照施工参数进行控制各项工序, 主要控制参数包括:终孔条件、振密电流、留振时间、加密段长度等。
3.2.2 无施工记录桩
桩基大面积施工完毕后, 对汇总的桩号逐根核查并重新定位, 安排挖掘机挖出确定是属于哪种情况, 如果是未施工的, 则立即安排施工该桩;如果已经施工的, 则补上该桩的施工记录 (后补的施工记录参照相邻的桩施工记录) 。
3.2.3 未打到底的桩
这部分桩基可能是由于底下有原建筑物基础或者树根等形成障碍, 导致振冲器无法进尺。对于这种桩, 在每日的桩数报表备注中注明无法打到底, 并进行汇总。桩大面积施工完后用挖掘机开挖, 挖至地面3 m～4 m后再进行成孔, 如能正常成孔, 用土分层回填后按正常桩施工;如不能正常成孔则在桩基施工完毕、土方开挖完成后, 对汇总的桩号逐根核查, 确定好桩位后进行补桩或者申报设计单位, 由设计单位提出处理方案。
4振冲碎石桩试验检测
4.1 原位试验
原位试验一般在地质勘测完成后的初设阶段进行, 由设计单位出具试桩任务书, 明确试验机具、试验施工参数、试验地点及工期、检测方法及项目等, 由勘测单位进行现场试桩。试桩完毕后出具试桩报告, 对按试桩任务书所述的方法进行施工后的实测数据进行分析、整理, 对桩体材料、施工主要设备、施工工艺及参数、振冲碎石桩复合地基承载力特征值、复合地基压缩模量及施工质量检测方法提出合理建议, 供设计单位在施工图设计阶段采用。
4.2 桩基检测
质量检测点的位置选取应具有代表性和平面分布的均匀性, 在建 (构) 筑物基础的重要部位及施工出现异常情况的地段均应布置检测点。桩体检验采用动力触探方法, 桩基质量采用单桩复合地基载荷试验进行检测, 桩间土采用钻探、标准贯入试验检测桩间土挤密效果。检测完毕后由检测单位出具检测报告, 明确施工的复合地基承载力特征值是否满足设计要求, 提供检测所得的复合地基的变形模量、压缩模量, 并对振冲碎石桩桩体、桩间土及复合地基的密实性、挤密效果作出评价, 作为桩基验收及验槽的依据。
5结语
振冲碎石桩技术比较成熟, 加固费用低于混凝土灌注桩及预制桩, 同时处理效果优于换土垫层法, 处理后对地基承载力提高明显, 因此是一些地区的优先采用方法。通过对振冲碎石桩的设计、施工及检测的了解, 可以更全面地掌握碎石桩的施工技术, 加强施工过程中的进度、质量及费用控制, 更好地进行施工管理。
参考文献
[1]河北省电力勘测设计研究院.火力发电厂振冲法地基处理技术规程[M].北京:中国电力出版社, 1999:34.
[2]华东电力设计院.电力工程地基处理技术规程[M].北京:中国电力出版社, 2005:49.
地基加固振冲碎石桩施工技术工艺 篇5
1 工程概况
新建铁路洛湛线永岑段龙田车站路堤地基加固处理碎石桩加固区位于丘陵河谷地带,段内地层主要为粉质黏土及淤泥质黏土,对路堤的稳定极为不利,经验算其稳定系数不满足规范要求。因此,采用振冲碎石桩技术来加固地基,提高地基承载力。碎石桩加固区分布比较分散,周围多为农田,施工平面布置分2个加固区(D2K355+182至+200,D2K355+220至+260)。碎石桩施工用骨料为机制碎石,由采石厂提供,施工用水主要采用山河水,施工用电主要采用从附近的高压线T接变压器并架设临时线路,同时预备柴油发电机应急的方式。
2 振冲碎石桩施工技术要求
碎石桩施工前先在加固区上铺30～60 cm碎石垫层,保证吊车站位的稳定性。地基处理碎石桩长度4～6m,桩径Φ80cm,桩间距D=160cm,按梅花型布置,成桩后复合地基承载要求大于180 kPa。主要工程数量:振冲碎石桩1 123根,进尺6 369.26 m,用料3 766.8 m3。
3 振冲碎石桩施工工艺控制(技术参数的确定)
振冲施工过程可以通过填料量、密实电流和留振时间3个参数来控制,振冲碎石桩的质量是以振冲器振动时的工作电流达到规定值为控制标准。因此,在碎石桩施工前必须进行成桩试验(至少实验2根),以掌握对场地的施工经验及施工参数(密实电流、填料量、留振时间参数);碎石桩形成后,必须大于中密状态(N63.5≥10)。
龙田车站碎石桩加固区试验确定的技术参数如下:密实电流控制在50 A;填料量0.4～0.6 m3/m(桩径800 mm);留振时间10 s;桩间距1.6 m;水源压力控制在4 MPa左右,水量200～300 L/min,制桩时水压4 MPa,水量70 L/min;振冲器贯入速度为1.2 m/min;振密后段提升高度为0.5 m。
4 振冲碎石桩施工方法
振冲碎石桩采用“由里向外”或“由一边向另一边”的顺序施工,这种顺序易挤走部分软土,便于制桩。在强度较低的软土地基中施工时,为减少制桩过程对桩间土的扰动,采用间隔振冲的方式施工。
4.1 施工准备
了解现场施工环境,布设给水及排污系统,施工前平整场地,确保道路通畅。熟悉施工图纸和施工工艺,熟悉试桩试验的情况和成果,掌握试桩时的工艺,下达施工参数。测量放样布桩及对桩,先测设主要控制轴线,按主要轴线布桩,以小木桩或铁钎标定桩位并进行复核,要求桩位偏差不大于3 cm,并进行编号,做好记录。
4.2 施工机具
(1)振冲机具设备:采用型号ZCQ-30、转速1 450r/min、功率30 kW的振冲器;起重机、8t吊车各1台;排污泵1台、清水泵3台及供排水管道。
(2)控制设备:控制电源操作台,150 A电流表,500 V电压表。
(3)加料设备:装载机、机动翻斗车各1台(辆)。
4.3 材料要求
填料选用坚硬、不受侵蚀影响、级配良好的碎石,粒径为20～40mm,含泥量不宜大于5%,不得含有杂质、土块和已风化的石子。
4.4 施工顺序(流程)
(1)对位。吊车将振动器缓慢、稳妥地垂直吊起,然后对准桩位缓慢下降振冲器至离地面30 m以内,使喷水口对准桩孔位置,偏差小于50 mm。
(2)造孔。打开水源和电源,检查水压(4～5 MPa,水量200～300 L/min)、电压(380V)、成孔电流(50A)。随后启动清水泵供水,待振冲器下端射水口出水的水压、水量达到工艺要求时,方启动振冲器,拉紧防纽绳索。待振冲器内的偏心块达到额定转速时,下沉振冲器贯入土层进行造孔。造孔过程中,吊机卷扬绳的下放速度不宜过快,以0.5～2 m/min为宜,并始终保持振冲器处于悬挂状态,以免造成斜孔。当造孔达到设计深度时,上提振冲器。造孔过程中及时记录各深度的水压、造孔电流等的变化及相应的时间。
(3)清孔。当造孔达到设计深度时,将振冲器提出孔口,然后再次下沉振冲器,往复2～3次,使孔口泥浆变稀,进行清孔。清除孔内泥土的目的是保证填料畅通,减少桩体含泥量。
(4)振冲密实。采用连续填料法进行施工。清孔后将振冲器提离孔底30～50 cm,由装载机向孔内连续填入碎石料,依靠振冲器的水平振动力不仅将孔内的石料振密,还不断地将填料挤入孔壁土中,使孔径扩大。一旦桩周土的约束力与振冲器的振力相等,桩径就不再扩大。此时,振冲器电机的电流值迅速增大。当电流达到规定值时,控制系统会及时发出信号。这时,桩仍继续加密,当达到留振时间,时间继电器又自动发出信号,标志该次的填料加密过程完成。这一过程即为加密过程。
(5)单桩成桩。再次提升振冲器30～50 cm,重复上述填料加密过程,如此反复进行,直至地表成桩。
5 质量控制
(1)现场材料员一定要严把质量关,杜绝不合格材料进入施工现场。
(2)密实电流和留振时间采用自动控制系统控制。
(3)填料时不宜过猛,应采用分次连续“少吃多餐”投入,填料量控制在0.6～0.7 m3/m。
(4)在施工过程中,责任人要详细记录每次成孔深度、成孔电流、成孔电压、密实电流、留振时间、填料量等参数,施工中出现问题及时处理,妥善解决。
6 施工中遇到的问题及应对措施
(1)造孔时遇到软土地基,采用“先护壁,后制桩”的施工方法:即在振冲开孔达到第一层软弱层时,加适量填料进行初步挤振,将填料挤到软弱层周围,以加固孔壁,再用同样的方法处理第二层、第三层等。
(2)造孔时,如土层中夹有硬层时,应适当进行扩孔,即在硬层中将振冲器往复上下多次,使孔径增大以便于填料。
(3)造孔时,桩位偏移可能超标,避免该问题出现的方法就是应使振冲器对准振位,控制初始下沉速度,保持振冲器悬重状态下沉。
(4)造孔过程中若遇电流值超过电机的额定电流时,暂停振冲器的下沉,或减速下沉,或上提一段距离,借助高压水冲松土层后再继续下沉造孔。
(5)制桩过程中,若桩体密度不够时,延长留振时间,增加反插次数,增大填料量。
7 质量检测
本工程加固区为饱和黏性土,待孔隙水压力基本消散后间隔28 d进行桩基质量检测。依据《建筑地基基础施工质量验收规范(GB 50202—2002)》要求,对本工程碎石桩分别采用了复合地基静载试验、桩身动力触探试验和桩间土标准贯入试验3项指标进行检测。且按照《建筑地基处理技术规范(JGJ 79—2002)》要求,检验数量应为总桩数的0.5%。本工程共计1 123根桩体,随机选择了8根桩体和4处桩间土分别进行了超重型圆锥动力触探和标准贯入试验,随机选择测点用人工堆载的方法进行复合地基承载力试验(采用预制厂的C20砼预制块,每块50 kg)。检测结果表明,该路堤基底经过振冲碎石桩处理后,复合地基承载力标准值为255 kPa,大于180 kPa,满足设计要求。测试桩间土4～5m处捶击数都在7击以上,5～6m处也在9击以上,桩体检测都在18击以上,桩间土均匀性、密实度均良好,桩身均匀,达到设计要求。实验结果见表1、表2。
8 结语
通过对龙田车站路堤地基加固采用振冲碎石桩的现场施工管理的实践,笔者有如下几点体会。
(1)碎石桩开工前必须设置5根试验桩,对其中的3根试验桩进行标准灌入试验,并对另外2根进行荷载试验。试验桩时,应认真仔细地记录桩的灌入时间和深度、冲水量和水压、压入的碎石量和电流的变化等,以确定桩体在密实状态下的各项指标,以此作为设置碎石桩的控制指标。
(2)振冲碎石桩是一个隐蔽工程,一旦成型将无法更改,施工的每个环节都不能马虎大意,特别是原材料,必须全部是合格品。
(3)振冲碎石桩施工中,填料量、密实电流、留振时间3个指标是控制质量的关键指标。填料量直接反映碎石桩材料用量情况,密实电流反映了桩的密实程度,在满足填料量、密实电流的前提下,应保持一定的留振时间,保证周围软土的挤密作用。
参考文献
[1]JGJ 79—2002,建筑地基处理技术规范[S].
振冲碎石桩复合地基 篇6
关键词：振冲碎石桩,渔港码头,检测,重Ⅱ型 (DPT) 动力触探,超重型 (DPSH) 动力触探
振冲碎石桩加固地基的原理:它是利用一种能产生水平向振动的管状机械设备在高压水流下边振边冲, 在软弱粘性土地基中成孔, 再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成的散体材料桩体, 桩体和原土层构成复合地基, 以提高地基承载力, 并降低压缩性[1]。
软土在振冲碎石桩施工时受巨大的水平振动力 (大于软土的结构破坏压力) 扰动, 结构强度遭破坏, 孔隙水压急剧升高, 抗剪强度降低;施工完后, 随上部应力的增加, 孔隙水压力经桩体消散, 桩间土孔隙比变小, 土显著压密, 抗剪强度又开始恢复并比原来有所提高。故碎石桩体在软土地基中充当排水通道作用, 使桩间土排水固结, 强度提高, 抵抗桩体侧向变形能力更强, 桩体应力集中更明显, 达到桩、土协调一致, 提高了复合地基强度[2]。
振冲碎石桩主要适用于粘性土、粉土、饱和黄土、人工填料等地基的处理。
1 工程概况
根据工程地质勘察报告, 山东省石岛中心渔港码头工程土层中 (1) 、 (3) 、 (4) 层物理力学指标较差, 在天然状态下, 地基的天然承载力满足不了设计要求, 设计时先进行基槽开挖至-10.5m, 将第 (1) 层淤泥质粉质粘土挖除, 然后采用振冲碎石桩法进行加固处理第 (3) 、 (4) 层。振冲碎石桩数量为3541根, 碎石桩的桩径为上部900mm、下部1050mm, 间距1.5m, 采用等边三角形布置。桩顶标高为-10.5m, 桩底标高至第 (5) 层或第 (7) 层 (-15.50m~-16.50m) , 桩长分为5.5 m、6.0 m、6.5 m。设计碎石粒径采用20mm~80mm, 含泥量不超过10%。
2 工程地质条件
2.1 岩土分布特征
根据工程地质勘察报告, 施工工区海域勘察深度内岩土自上而下可分为8层, 各地层的有关岩土工程性能评述如下:第 (1) 层:灰色~灰黑色淤泥质粉质粘土, 饱和~过饱和, 流塑状态, 成分不均匀, 含有机质, 有腥臭味, 含有较多贝壳碎片, 局部夹有粉砂、粉土薄层, 地基容许承载力fsk=60KPa。第 (2) 层:黄褐色粉细砂, 饱和, 稍密~密实状态, 地基容许承载力fsk=200KPa。第 (3) 层:灰色~灰黑色粉细砂层, 饱和, 松散~稍实状态, 地基容许承载力fsk=100KPa。第 (4) 层:灰色~灰黑色粉质粘土, 饱和, 流塑-软塑状态, 地基容许承载力fsk=70KPa, FVT强度=11.3KPa。第 (5) 层:灰褐色~黄褐色粉细砂层, 饱和, 松散~稍实状态, 地基容许承载力fsk=150KPa。第 (6) 层:深褐~黄褐色粉质粘土, 饱和, 可塑状态, 地基容许承载力fsk=210KPa。第 (7) 层:中粗砂层, 饱和, 稍密~密实, 地基容许承载力fsk=260KPa。第 (8) 层:强风化基岩, 地基容许承载力fsk=1200KPa。
2.2 不良地质现象
第 (3) 层灰色~灰黑色粉细砂强度低、压缩性高且空间分布不连续, 与第 (4) 层高压缩性软弱海相灰色~灰黑色粉质粘土构成的厚度较大的软弱下卧层为影响本工程建设的主要不良地质现象。
3 振冲碎石桩施工施工参数
(1) 成孔电流60A~100A; (2) 成孔水压0.4 M P a~0.6 M P a; (3) 加密电流:8 5 A; (4) 加密水压:0.2MPa~0.4MPa; (5) 加密段长:粉质粘土层≤30cm, 粉细砂层30cm~50cm; (6) 留振时间:15s; (7) 为防止塌孔, 采取跳打法和带料清孔工艺。
4 振冲碎石桩检测
4.1 检测方法
由于第 (4) 层粉质粘土力学性能较差振冲置换对桩间土破坏较大, 孔隙水压力消散较慢, 桩间土强度恢复需一定时间, 所以施工完毕应间隔一段时间检测, 根据《港口工程地基规范》 (JTJ250-98) , 检测间隔时间对粘性土地基可取3~4周[3], 因此设计要求间隔3周, 开始检测。抽查总桩数的3%, 分6次检测, 共需检测107根桩。
振冲碎石桩海上检测是一难点, 首先如采用单桩复合地基载荷试验或多桩复合地基载荷试验荷, 难度大, 危险性大, 费用高, 结果不准确;其次由于海水的阻隔和潮汐影响, 增加检测的不可见性和难度。根据多方征求意见和比较考察, 最后决定对桩体采用重Ⅱ型 (DPT) 和超重 (DPSH) 型动力触探试验相结合的方法检测碎石桩密实度和承载力, 对桩间土采用标准贯入试验 (SPT) 和十字板剪切试验 (FVT) 确定其承载力。
重Ⅱ型 (DPT) 动力触探设备规格:63.5kg的自由脱钩落锤, 落距76cm, 探头直径74mm, 圆锥角60°, 探杆直径4 2 m m;超重 (DPSH) 型动力触探设备规格:120kg的自由脱钩落锤, 落距100cm, 探头直径74mm, 圆锥角60°, 探杆直径50mm。根据铁路《动力触探技术规范》 (TBJ18-87) , 在检测工作过程中直径50mm探杆可以互换120kg和63.5kg重锤进行检测[4], 所以在本工程检测时统一使用直径50mm探杆。为了防止探杆在海水中弯曲和侧向晃动, 先将直径113mm套管下到海底桩顶中心位置, 保证其垂直度, 动探探杆穿过套管到桩顶。
试验时探头必须对准检测孔中心位置, 保证探杆垂直不产生侧向晃动, 锤击贯入应连续进行, 特别须防止锤击偏心, 偏心不得超过2%, 锤击速率为15~30击。试验按每贯入10cm记录其锤击数, 直至试验结束。试验过程中, 每贯入1m时, 将探杆转动一圈半, 减小侧摩阻力的影响。
用重Ⅱ型动力触探当连续三次N63.5超过50击, 改用超重型 (DPSH) 动力触探, 当超重型 (DPSH) 动力触探击数N120连续三次低于2击 (含2击) 时改用重Ⅱ型动力触探。
每根桩要至少检测至桩底以下500mm, 当检测结果不理想时可以采用十字偏心法调整桩心位置, 每次调整20cm, 重新检测。
4.2 检测数据修正
4.3 检测结果
通过重Ⅱ型 (DPT) 和超重型 (DPSH) 动力触探检测, 桩体以较密实~很密实状态为主, 重Ⅱ型动力触探试验 (DPT) 平均击数在粉细砂层中绝大部分超过12击, 在粉质粘土层中绝大部分超过8击, 复合地基承载力标准值也超过150k Pa, 满足设计要求, 施工质量得到可靠保证。
5 结语
实践证明, 本工程采用的检测方法是适宜的, 通过重Ⅱ型和超重型动力触探检测碎石桩桩体质量, 证明在本工程不排水抗剪强度 (FVT) 为11.3Kpa的粉质粘土中采用振冲碎石桩处理地基是成功的, 码头建成后沉降稳定, 累计沉降50mm, 未发生显著位移, 为振冲碎石桩法在我国海上地基处理领域推广应用提供了参考。
参考文献
[1]龚晓楠.地基与基础处理手册 (第2版) [M].中国建筑工业出版社, 2004, 4.
[2]何广讷.振冲碎石桩复合地基[M].人民交通出版社, 2001.
[3]港口工程地基规范 (JTJ250-98) [S].人民交通出版社, 1999, 6.
振冲碎石桩复合地基 篇7
根据沿海城市多高楼大厦及密集群房等现状和宁波地区工程地质状况,建筑房屋首先要解决的问题就是将地基承载力提高到设计要求,使地基能够安全地承受建筑物的荷载,这就需要作地基处理。地基处理的目的,不仅为了满足长期作用的荷载对地基承载力、稳定性和变形的要求,而且为了提高地基土的密实度和改良土质,增大土的剪切波速和剪切模量,改善土的抗震性能,防止震陷(液化或附加震陷)等灾害。
1 振冲碎石桩法地基处理原理及施工工艺
振冲碎石桩是通过振冲在地基中设置碎石桩加固地基的一种地基处理方法。振冲碎石桩是在砂土及黏性土地基中利用振动和水冲就地振制的碎石桩,是一种快速加固地基土的有效方法。振冲法加固后的地基土能满足承载力和变形的要求及抗液化的要求,制成的碎石桩是一个良好的排水通道,可降低该地区发生地震时的超孔隙水压力。因此,振冲碎石桩复合地基处理方法自引入我国以来,在工业、民用建筑和水利交通工程地基加固方面得以迅速推广,取得了良好的效果。
振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20 kPa的饱和黏性土和饱和黄土地基,应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。采用振冲碎石置换法处理地基,由于制桩过程中的振动、挤压会对桩间土产生扰动,因此在制桩期间,桩间土的强度会有所下降,根据实测资料,一般在成桩28 d后,桩周土强度重新恢复到正常水平。
振冲碎石法施工流程见图1。
2 振冲碎石桩地基处理设计要点
1)桩直径及桩位布置。
桩孔位宜采用等边三角形或正方形布置。桩直径可采用300 mm～800 mm,可根据地基土质情况和成桩设备等因数确定,对饱和黏性土地基宜选用较大直径。
2)桩间距。
桩的间距应通过现场试验确定,在初步设计时,可根据挤密后要求达到的孔隙比按下列公式估算其间距:
等边三角形布置:
正方形布置:
其中,d为桩直径;ζ为修正系数,当考虑振动下沉密实作用时,可取1.1～1.2,否则,取1.0;e0为地基处理前砂土的孔隙比;emax,emin分别为砂土的最大、最小孔隙比;Dr1为地基挤密后要求砂土达到的相对密实度,可取0.75～0.85。
3)桩长。
当松软土厚度不大时,桩宜穿过松软土层;当松软土厚度较大时,对按稳定性控制的工程,桩长不小于最危险滑动面以下2 m的深度;对按变形控制的工程,桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求。另外,试验表明,桩体在受荷过程中,在桩顶4倍桩径范围内将发生侧向膨胀,因此设计深度应大于受荷深度,即不小于4.0 m。
4)复合地基承载力。
fspk=mfpk+(1-m)fsk。
其中,fspk为复合地基承载力特征值,kPa;fpk为桩体承载力特征值,kPa,宜通过单桩载荷试验确定;fsk为处理后桩间土承载力特征值,kPa,按当时经验取值,无经验时,可取天然地基承载力特征值;m为面积置换率。
对小型工程的黏性土地基如无现场荷载试验资料,碎石桩复合地基承载力特征值也可按下式计算:
其中,n为桩土应力比,在无实测资料时,可取2～4,原土强度低时取大值,否则取小值。
5)地基变形验算。
地基变形可采用分层总和法计算,其中加固区的复合土层压缩模量取为:
其中,Es为桩间土压缩模量,宜按当地经验取值,如无经验时,可取天然地基压缩模量。
3 振冲碎石桩地基处理施工要点
1)振冲施工可根据设计荷载的大小、原土强度的高低、设计桩长等条件选用不同功率的振冲器。施工前应在现场进行试验,以确定水压、振密电流和留振时间等各种施工参数。2)升降振冲器的机械可用起重机、自行井架式施工平车或其他合适的设备。施工设备应配有电流、电压和留振时间自动信号仪表。3)振冲施工可按下列步骤进行:a.清理平整施工场地,布置桩位; b.施工机具就位,使振冲器对准桩位;c.启动供水泵和振冲器,水压可用200 kPa～600 kPa,水量可用200 L/min～400 L/min,将振冲器徐徐沉入土中,造孔速度宜为0.5 m/min～2.0 m/min,直至达到设计深度。记录振冲器经各深度的水压、电流和留振时间。4)造孔后边提升振冲器边冲水直至孔口,再放至孔底,重复两三次扩大孔径并使孔内泥浆变稀,开始填料制桩。5)大功率振冲器投料可提出孔口,小功率振冲器下料困难时,可将振冲器提出孔口填料,每次填料厚度不宜大于50 cm。将振冲器沉入填料中进行振密制桩,当电流达到规定的密实电流值和规定的留振时间后,将振冲器提升30 cm～50 cm。6)重复以上步骤,自下而上逐段制作桩体直至孔口,记录各段深度的填料量、最终电流值和留振时间,并均应符合设计规定。7)关闭振冲器和水泵。
4 地基处理技术展望
近20年来,我国地基处理技术发展很快,主要表现在各种地基方法得到应用和普及,涌现了许多从事地基处理施工的专业化队伍。展望地基处理技术的发展,随着综合国力提高,地基处理施工机械将会有较大的发展,各种工法的施工能力有较大的提高,将促进地基处理水平的提高。
当前地基处理的发展新水平,反映在处理机械、材料、设计计算理论、施工工艺和现场监测技术的整体水平与多种地基处理方法的综合应用能力。众所周知,迄今为止还没有一种万能的地基处理方法,每一种地基处理方法都有其适用范围和局限性。只有根据所加固工程的特征、地质条件、环境情况和施工条件等因素,因地制宜地选择一种或综合运用几种地基处理方法,才有可能取得最佳的技术经济效益。
摘要：介绍了振冲碎石桩法地基处理原理及施工工艺,探讨了振冲碎石桩地基处理设计及施工要点,对地基处理技术进行了展望,以积累地基处理经验,使地基处理取得最佳的技术经济效益。
关键词：软土地基,处理方法,地基承载力,沉降量
参考文献
[1]叶文麟,叶观宝.地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1997:45-47.
[2]王广月,王盛桂.地基基础工程[M].北京:中国水利水电出版社,2001:77-78.
[3]陈希哲.土力学地基基础[M].第3版.北京:清华大学出版社,1998:53-58.
[4]何广讷.振冲碎石桩复合地基[M].北京:人民交通出版社,2001:67-74.
振冲碎石桩复合地基 篇8
本工程位于宿迁市城西, 地处著名的郯庐断裂带上, 属于地震高烈度地区。采用何种处理方法来提高饱和粉土、砂土抗液化的能力是设计人员必须思考的问题。
振冲碎石桩施工时, 随着振冲器的振动和碎石的充填使桩周围的土体加密, 提高了砂土、粉土的抗液化能力。岩土勘察报告称:根据标准贯入试验获得的数据判明, 本地基中的饱和粉土为严重液化等级, 因此本建设场地被判为严重液化场地。设计人员采用振冲桩来提高地基土抗液化能力的设想是正确的, 但究竟该采用怎样的施工参数才能获得最佳的效果, 显然需通过试验确定。由于是首次在宿迁地区采用振冲桩, 何况又是在严重液化等级的饱和粉土中采用振冲桩来提高其抗液化能力, 因此本次试验颇受业主、设计、施工、监理和检测等各方的关注。于是2010年3月~4月在本工程工地上进行了确定振冲碎石桩施工填料方案和施工参数的试验研究工作。经过实践、摸索和调控, 终于总结出一整套适用于本地区振冲桩的填料方案和施工参数。施工完毕经四周休止后所作的一系列试验与研究, 证明了这一填料方案和施工参数的科学性, 既大大地降低地基土液化的等级, 又顾及到施工的进度和大幅度地降低了材料的消耗。
一、工程地质与碎石桩的设计
(一) 工程地质条件
地基土25m深度范围内自上而下的基本层序为:层 (1) 粉土;层 (2) 粉土夹粉质粘土;层 (3) 粉质粘土;层 (4) 粉质粘土;层 (5) 粉砂夹粉土;层 (6) 粉砂;层 (7) 粉质粘土;层 (8) 粘土, 其中层 (1) 、层 (2) 为液化土层。地下水位埋深为1.0m左右。该区地震动峰值加速度为0.30g, 反应谱特征周期为0.45s, 场地地基土地震液化等级为中等~严重。
上部10m的地质柱状图、平均层厚及碎石桩入土深度见表1。
(二) 碎石桩的设计
试桩分3个区, 共布置了72根振冲碎石桩, 桩距分别为2.4m (试桩Ⅰ区) 、2.1m (试桩Ⅱ区) 和1.8m (试桩Ⅲ区) 三种, 按等边三角形布桩;桩端进入层 (3) 粉质粘土层2.0m。预估设计桩径为800mm, 施工桩长9.5m, 有效桩长8.5m, 顶部1.0m高是超打部分, 预计每桩的填料量13 m3。
二、施工参数的调控
(一) 试打桩的施工参数
1、第一次试打
采用连续法的填料方案, 振冲碎石桩造孔深度为9.5m, 制桩长度10m。
施工总历时48min。桩机空载电流为20A, 成孔电流为40~50A, 制桩过程中密实电流为50~55A, 留振时间为15s。累计填料量约为15m3, 进水流量约23 m3/h、出水流量约33 m3/h、排浆量约35 m3/h。经开挖, 碎石桩桩径达1.9m, 是设计桩径的2.375倍。按设计桩径为800mm计算, 充盈系数为3.0, 按量得的桩径1900mm计算, 充盈系数为0.53, 两者之比为5.66。
2、第二次试打
采用间断法的填料方案, 振冲碎石桩造孔深度为9m, 制桩长度9.5m。
孔底一次性填料1.0 m3, 制桩高度0.5m, 以填料量控制, 密实电流作参考。其余桩段每次填料0.7m3, 制桩高度0.5m。密实电流50~55A, 留振时间10~15s。
成孔过程的水压控制在0.40~0.60MPa。制桩过程的水压控制在0.10~0.20MPa。
制桩过程振冲器贯入速度0.5~2m/min, 提升速度3~5m/min。施打结果, 施工总历时100min, 投量约为20m3, 比预计填料量13m3超出了53.8%。经开挖, 碎石桩桩径达1.8m, 是设计桩径的2.25倍。历时比第一次试打长了1倍多。按设计桩径为800mm计算, 充盈系数为4.2, 按量得的桩径1800mm计算, 充盈系数为0.83, 两者之比为5.06。
3、第三次试打
经研究, 对填料方案、密实电流、留振时间、水压等进行全面改进。振冲碎石桩造孔深度为9m。制桩长度9.5m。
填料方案采用改进的连续法———即混合法。注意振冲器在孔内的位置, 防止石料被振冲器阻挡而难于落入孔中。深度3m以下将振冲器提至距孔口3m深处进行填料。深度在3m~2m处, 振冲器提至距孔口1m处进行填料。1m及以上, 振冲器提出孔口再进行填料。
各次填料量:孔底第一次填料1.74m3, 制桩高度1m, 即制成的桩顶在8.5m深处。第二次填料约1.74m3, 制桩高度亦为1m, 制成的桩顶在7.5m深处。以后各次的填料量为每次约0.58m3, 制桩高度0.5m。当桩顶离孔口1m时, 采用一次性填料约1.74m3。
密实电流定为45A左右, 留振时间控制在10s以内。
成孔过程的水压控制在0.40MPa。制桩过程的水压控制在0.10~0.20MPa。
制桩过程振冲器的贯入速度和提升速度同第二次试打。
施打结果, 全过程历时46min, 填料约为12.2m3, 比预计填料量13m3少了6.2%。经开挖查验, 碎石桩桩径达1.0m左右, 是设计桩径的1.25倍。历时与第一次相近, 是试打桩中历时最短的一根桩。按设计桩径为800mm计算, 充盈系数为2.55, 按量得的桩径1000mm计算, 充盈系数为1.64, 两者之比为1.55。
4、第四次试打
再次调整施工参数, 主要是降低了密实电流和加大了孔底填料后的制桩高度。
造孔深度为9m。制桩长度9.5m。成孔过程的水压控制在0.40MPa。制桩过程的水压控制在0.10~0.20MPa。
制桩过程振冲器的贯入速度和提升速度同第二次。
填料方案:同第三次。
各次填料量:孔底第一次填料约1.74m3, 制桩高度1.5m, 即制成的桩顶在8.0m深处。第二次填料约1.74m3, 制桩高度亦为1m, 制成的桩顶在7.0m深处。以后各次的填料量为每次1/3车, 约0.58m3, 制桩高度0.5m。当桩顶离孔口1m时, 采用一次性填料约1.74m3。密实电流为40A, 留振时间控制在10s以内。
施打结果, 全过程历时67min, 填料约为14m3, 比预计填料量超出了7.7%。本次试打未经开挖查验, 估计碎石桩桩径在1.0m以上。按设计桩径为800mm计算, 充盈系数为2.93, 按桩径1000mm计算, 充盈系数为1.98, 两者之比为1.48。
前后四次试打桩所采用的施工参数列于表2, 最终决定工程桩的施工采用第4次试打的参数。工程桩施工阶段单桩施工历时为40min左右。
(二) 调控施工参数的思路
经过四次试打, 碎石桩的施工参数逐渐趋近合理, 它既适合本工程场地特定的地质条件, 也符合振冲桩的原理。当时的思路是怎样的?下面分别予以介绍。
1、水的调控
水的参数有2项, 即水压与水量。一般通过在水泵出水处安装调节阀和压力表就能方便地调控施工过程中所需要的水量和水压。成孔过程需要的水量会多些, 制桩过程的水量相对地要少些。无论是成孔阶段还是制桩阶段, 由于水的作用都会将土颗粒随泥浆被带出桩孔, 从而减少土体中固体物质的质量。振冲法的目的是增加土体的密实程度, 降低土体孔隙比。而固体颗粒的流失对降低土体孔隙比是极其不利的。本工程场地的土质比较松软, 不需要太高的水压就能成孔, 所以选定水压为0.4MPa。根据统计, 通常耗水量为20~30m3/h, 折合每m长的碎石桩约耗水1.75~2.63m3。在水泵出水管上安装了水表。记录到实际耗水量为15m3, 平均每m耗水1.58m3。
制桩过程中的水压控制原则是, 只要保持水管能不停地出水, 桩孔内的泥水不会流入水管, 不会堵塞水管就可以了, 所以将水压定为0.1~0.2MPa。
2、电的调控
电的参数也有2项, 即密实电流与留振时间。对于加填料的振冲桩, 密实电流值通常是在潜水电机空载电流上加30~35A, 留振时间为15s。ZCQ30型振冲器的空载电流为20A, 所以前两次试打时的密实电流都采用50~55A, 留振时间为15s。经施打后发现, 填料量分别为15、20m3。按设计预计的桩径800mm计算, 其充盈系数高达3.2~4.2。考虑到本工程地基土中的饱和粉土, 在加速度为0.3g的地震作用下会发生严重液化。ZCQ30型振冲器振动中心的水平加速度为10g, 经衰减后, 离中心1m处仍可达0.2~0.3g以上 (见图1) 。过高的电流和过长的留振时间, 使振冲器作的功过大, 产生过大的流态区, 必然需要很多的填料去充实它, 这就大大地提高了充盈系数。经开挖, 验证了这个判断, 桩径分别达1.9、1.8m, 超出设计预计值1m之多, 这势必会增大填料数量, 大大地增加了工程造价, 使地基处理费用成倍地超概算。为了减小桩径, 试验人员不再墨守成规, 大胆地突破常规, 采取降低密实电流和缩短留振时间的办法来减小振冲器所作的功。参考了砂性土地基不加填料的振冲加密施工参数, 将电流定为40~45A时, 留振时间缩短为10s。因孔底的特殊性, 通常孔底处的密实电流要降低些。其原故在料的调控中再细说。
3、料的调控
料的调控项目也有2项, 即填料量与填料方案。
通过两根桩的试打可知, 在本工程场地上打的振冲桩的桩径肯定会超过800mm, 设计预计的桩径必须调整。假设每m桩身的桩径为1.0m, 充盈系数为2左右, 则每m桩身的填料量约为1.57m3。每次填料量为0.58m3制桩高度0.5m。
实践表明, 碎石桩的制作过程中, 孔底处要达到桩身其余各段的密实电流, 其填料量往往是超出预计的很多。这是因为刚开始填料时, 填料从孔口往下落的过程中, 一部分料会沾留在孔壁上, 落到孔底处只是一部分。另一原因是在振冲器沉到孔底处, 孔底处及其以下的地基土势必受到扰动, 甚至受高压水的冲击而破坏, 待填料振密时, 填料会被振入孔底以下的地基土中, 无形中加大了制桩长度, 增加了填料量。基于以上原因, 人们摸索出一系列措施来解决这个问题。
其一, 在成孔过程中, 成孔深度比制桩深度少0.5m。
其二, 在孔底填料时, 加大填料量, 即使料在下落过程中被孔壁沾掉一些, 也能保证落到孔底的料有足够的量。
其三, 在振密时采用较小的密实电流, 以避免在孔底形成过大的桩身。
前2根桩的试打表明, 采用连续法的作业时间比间断法短, 但是连续法存在振冲器阻挡石料下落的弊病, 影响制桩质量。由理论桩径800mm与实测桩顶桩径计算的充盈系数可见两者相差较大, 且后者都小于1.0, 说明填进去的料大多拥堵在上部桩身, 存在桩身直径严重不均匀性现象。所以决定将填料方案改用混合法, 它既不是连续法, 也不同于间断法, 是两者兼而有之的一种新方法。制桩过程中振冲器不提出孔口, 只将振冲器提离孔内料柱顶面一定的距离, 以保证填料能顺利地落到振冲器下方。
4、效果检验
经过对水、电、料各项参数的调控, 最终形成了本工程独特的振冲桩施工参数。
当本工程的振冲桩工程量施工过半时, 整个场地的地面标高竟下沉了300mm左右, 充分体现了本工程地基土的砂性土特征, 此类地基土经振冲法施工后, 地基土被振密, 抗液化能力大幅提高。
试验区的振冲桩施工后经过必要的休止, 进行了一系列的检验, 无论是单桩还是复合地基的承载力检验、桩间土标贯试验和粉土抗液化能力等都达到了预期的效果。振冲桩施工前后各区孔隙比的实测值列于表3, 孔隙比减小率的变化曲线示于图2。
从表3、图2可知振冲桩施工后层 (1) 、 (2) 的孔隙比都有大幅度的减小, 减小率在20%以上, 振冲桩施工后层 (1) 、 (2) 的孔隙比都小于0.75, 达到了密实程度。振冲桩施工后孔隙比的大小与振冲桩的间距成正比, 呈线性变化规律, 桩距越小孔隙比越小。
振冲桩施工前后都进行了标贯试验, 用其成果计算得到的液化指数列于表4, 工前、工后液化指数对比绘于图3中。
由表4、图3可见振冲桩施工前后地基土液化指数Il E的变化可知, 无论哪一个试验区, 消除地基土液化的效果均佳。工前、工后液化指数的减小率达85%以上。振冲桩施工后的地基土液化指数与振冲桩的间距成正比关系, 桩距越小液化指数越小。
工程桩施工完毕经休止后, 同样地按规定进行了各项检测, 桩间土标贯试验共进行了15孔的检测, 判定层 (下转第44页) (上接第129页) (1) 为非液化土层, 层 (2) 为轻微液化土层, 单孔液化指数在0~4.3范围内, 场地平均液化指数为1.35, 液化等级为轻微液化。
三、结语
1、地处高烈度 (8度) 地区的本工程, 场地地基土为严重液化的饱和粉土, 经振冲法处理后可提高抗液化能力。以桩距为2.1m为例, 振冲桩桩径1.0m, 置换率0.2057, 其平均液化指数从工前的26.5减小到工后的0.58~3.85。工程桩的桩距为2.0m, 振冲桩桩径0.9m, 置换率为0.1837, 工后的平均液化指数为1.35。
2、本工程施工所采用的振冲法各项参数是合适的。成孔水压为0.4MPa, 制桩水压为0.1~0.2MPa, 耗水量约0.53m3/m。孔底密实电流为>30A, 其余桩段的密实电流为40A, 留振时间为≤10s。填料方案为混合法, 每m桩身的填料量为1.57m3/m, 孔底一次性填料1.74m3, 合计填料量14.26m3按桩径1.0m计算, 充盈系数为1.91。
3、为了提高粉土孔隙比从而达到消除液化的目的, 在振冲桩施工过程中应尽量减少土体颗粒的流失, 施工中的用水就是关键因素。施工振冲桩的水压和耗水量必须认真思考后设定。
参考文献
[1]郑培成.振动水冲法施工技术[A].软基加固新技术——振动水冲法[C].南京1986, 12:302 323. (Zheng Pei-cheng.ConstructionTechnique of Stone Columns[A].Symposium on Vibroflo-Tationand Stone Coloumns Method[C].Nanjiing 1986, 12:302 323.)
振冲碎石桩复合地基 篇9
振冲碎石桩是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后, 再将碎石挤压入土孔中, 形成大直径的碎石所构成的密实桩体。20世纪30年代, 德国凯勒公司设计制造出具有现代振冲器雏形的机具, 率先采用振动水冲法来挤密砂土地基获得成功。20世纪60年代初, 振冲法开始用来加固粘性土地基, 由于用料是碎石, 故称为碎石桩。振冲碎石桩引进我国后得到迅速地推广, 大量用于各种工程的地基与土构物的加固处理。
沈吉高速公路软土地基处理采用了振冲碎石桩, 下面介绍一下具体工程实例的设计方法、复合地基检测等实际应用。
2 工程概况
沈吉高速公路K18+600~K19+300段位于山前冲积平原, 地势平坦, 地面标高介于315.10~320.80m之间。通过钻探、静力触探、现场十字板剪切试验及室内土工试验等手段进行详细的勘察和试验, 地基土主要由淤泥质粘土、粘土、粗砂、砾砂、全风化泥岩等组成。地下水埋深较浅, 一般埋深为0.3~1.3m, 属松散土类孔隙水, 对混凝土结构无腐蚀性。其中冲洪积淤泥质粘土为软土, 破坏类型主要为冲剪破坏, 造成路基波浪状起伏不平, 需对路基地基进行处治。
3 地质情况
该地段不良地基为软土层, 依据基岩以上地层工程地质条件将该地段地层分为以下几个地质层, 现对各层评述如下:
(1) 淤泥质粘土:黄褐~褐灰色, 湿, 软塑~流塑状态, 手捏具粘滞性, 刀切面稍有光泽, 摇震反应无, 具腥臭味, 有机质含量占2.6%~7.0%, 顶部0.40~0.50m含大量植物根系, 该层分布普遍, 钻孔揭露厚度0.20~3.40m, 平均层厚1.12m, 层底高程314.20~320.20m, [σ0]=70k Pa, τi=15k Pa。
(2) 粘土:黄褐色, 湿~饱和, 软塑状态, 局部流塑状态, 手捏具粘滞性, 刀切面光滑, 摇震反应无, 干强度高, 韧性强, 该层不连续分布, 层厚不均, 钻孔揭露厚度0.20~5.20m, 平均层厚1.01m, 层底高程310.00~319.50m。[σ0]=90k Pa, τi=25k Pa。
(3) -1粘土:褐~褐灰色, 湿~饱和, 软塑状态, 手捏具粘滞性, 刀切面稍光滑, 摇震反应无, 干强度高, 韧性强, 该层在钻探孔中未揭露, 根据静力触探试验曲线qc值分层得出, 钻孔揭露厚度0.20~1.90m, 平均层厚0.88m, 层底高程311.10~318.60m。[σ0]=100k Pa, τi=25k Pa。
(4) 砾砂:灰褐色, 稍密, 饱和, 分选性较差, 磨圆度较差, 呈次圆状, 矿物成分以石英、长石为主, 含10%~20%碎石, 最大粒径可达60mm, 局部含10%左右粘性土。该层未完全揭露, 钻孔揭露厚度0.30~2.20m, 层顶高程309.15~316.32m。[σ0]=200k Pa, τi=60k Pa。
4 振冲碎石桩计算
根据加固后地基应达到的承载力标准值、加固前地基的承载力标准值、土的压缩模量等资料进行设计, 确定桩长、桩径、桩间距等参数。
(1) 桩长和桩径
碎石桩桩长应穿透软弱层, 深入持力层不少于1m。桩顶铺设700mm垫层。本工程碎石桩桩径取80cm。
(2) 桩距布置
碎石桩采用正三角形布置, 由于本工程为粘性土地基, 桩间距计算如下:
桩土应力比n可取2~4, 本工程取3。
复合地基压缩模量由下式计算:
Es为桩间土压缩模量, 可用表1加固前数据代入。
根据计算结果, 本工程碎石桩桩距为180 cm。
5 设计方案
(1) 采用振冲碎石桩+70cm碎石垫层+2层钢塑土工格栅处理, 在坡角至原排水沟范围内外加布两排振冲碎石桩;
(2) 土工格栅2层:采用GSZ-40型双向钢塑土工格栅, 第一层铺于碎石垫层之上, 第二层铺于其上0.50m处, 回折锚固长度不小于1.50m。
(3) 路基施工时应先清除表土, 整平场地, 可根据场地实际情况, 先铺设一层30cm碎石, 待碎石桩施工结束后, 再铺设剩余厚度的碎石。
(4) 涵洞地基施工时, 可根据场地实际情况, 先铺设一层10~20cm碎石, 碎石桩施工结束后, 待桩体强度达到28d设计强度, 开槽至设计基础底面高程, 再铺设碎石褥垫层。
6 振冲碎石桩施工工艺
施工顺序由一侧逐排施工, 采用逐步拔管法成桩。
6.1 施工步骤
(1) 桩机就位、闭合桩尖:使桩尖对准桩位, 缓慢放下桩管, 对桩管垂直度进行双向校对。
(2) 一次成孔:启动振动器, 然后将桩管沉至设计深度。
(3) 成桩:按要求向管内填料至计算高度, 把桩管提升一定高度, 提升时桩尖自动打开, 桩管内的碎石料填入孔内, 反插, 加料, 直至达到设计要求。
(4) 降落沉管, 利用振动及桩尖的挤压作用使碎石密实。然后边振动边缓慢提拔振动器及桩管, 速度控制在2.0m/min。拔管过程中发现软弱段或下料不足段及时反插。
(5) 平移桩机到下一桩位, 重复步骤进行下一根桩的施工。
6.2 关键工艺控制
鉴于以往的施工经验, 结合该工程特点, 在施工中重点抓填料量、提升速度和高度等因素。
(1) 确保填料量满足设计要求。
按照设计要求的填料量算出桩管内的填料高度, 在填料口处设置明显标志, 填料后以测绳实测填料高度。
(2) 拔管成桩过程中, 严格控制提升速度, 确保桩管内下料均匀。
(3) 必要时向管内加水, 防止桩管带料。
(4) 控制桩顶填料高度, 确保桩顶密实度。
7 承载力检测及验算
地基处理后要求单桩承载力达到400 k Pa, 复合地基承载力达到120 k Pa, 为检测实际的处理效果是否达到上部结构对地基的要求, 应对桩体和复合地基的施工质量进行检测评定。
7.1 单桩承载力检测
单桩承载力检测采用重型 (Ⅱ) 动力触探方法进行评估。根据有关规定, 当击数达到7击/10cm~15击/10cm, 即可判定桩体密实程度良好, 单桩承载力标准值已达到600~900k Pa, 满足设计要求fk=400k Pa, 此次检测碎石桩平均击数大于8击, 由此可以判定单桩承载力标准值满足设计要求。
7.2 复合地基承载力验算
对于桩间土采用钎探方法进行检测评估, N10击数达到14击/30cm即可判定单桩承载力标准值达到400k Pa, 桩间土在经过碎石桩的排水及挤密作用后, 经过一段时间的恢复, 其强度可以提高10%, 为提高安全性, 按原土承载力100k Pa取值。
根据JGJ79-91建筑地基处理技术规范提供的碎石桩复合地基承载力标准值计算方法:
fsp, k=m×fpk+ (1-m) ×fsk
其中:fsp, k—复合地基承载力标准值, k Pa;
fsp—单桩承载力标准值, k Pa;
fsk—桩间土承载力标准值, k Pa;
m—面积置换率。
取fsp=400k Pa;fsk=140k Pa;
m=d2/1.052/S2=0.179
计算得出:
fsp, k=172k Pa
满足fsp, k≥120k Pa的设计要求。
因此地基加固后, 经过验算符合地基承载力的要求。
8 结束语
该工程经过振冲碎石桩处理后, 复合地基均匀性好, 承载力提高70%, 成本低廉, 现沈吉高速公路已经通车4年, 软土地基段落路基稳定, 无明显沉降, 效果相当好。
因此, 采用振冲碎石桩法进行高速公路软土地基加固处理, 技术上可行, 加固效果明显, 且具有较好的经济效益, 可在类似的高速公路工程中推广使用。
摘要：主要介绍了振冲碎石桩处理软土地基设计方法、复合地基检测及在沈吉高速公路软土地基中的实际应用。
关键词：振冲碎石桩,软土地基,复合地基,承载力
参考文献
[1]JTG D30-2004, 公路路基设计规范[S].
[2]JTG/T D31-02-2013, 公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].
[3]GB50007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].