淺析碎石樁加固松軟地基處理的作用

1、.淺析碎石樁加固處理松軟地基的作用泉州南惠高速公路NHA5駐地監(jiān)理辦 王慶新一、前言在我國沿海及內陸地區(qū)廣泛分布著軟弱粘性土層及夾砂層。由這些土形成的地基在構筑物及外部荷載作用（列車、地震等）下會產生較大的沉降，而且沉降持續(xù)時間較長，這對工后沉降要求高的地基（如建筑物、涵洞基底等）很難滿足。另外，對于松散的砂層，在地震等外部荷載作用下可能會發(fā)生震動液化，造成地基下沉量聚增，這對構筑物的使用來說是不安全的。泉州南惠工程要求，涵洞部位工后沉降量S20cm，因此，在涵洞前后范圍內進行地基加固，碎石樁就是其中一種。碎石樁，是處理軟弱地基的一種經(jīng)濟、簡單、有效的方法。對于松砂地基，可通過擠壓、振動等作用

2、，使松砂達到密實，從而增加地基承載力，降低孔隙比，減少建筑物沉降，并提高砂基抗震動液化的能力；用于處理軟粘土地基，可起到置換和排水的作用，加速土的固結，形成置換樁與固結后軟粘土的復合地基，顯著地提高地基抗剪強度。這種樁施工機具常規(guī)，操作工藝簡單，場地干凈，可就地使用廉價地材，加速進度、降低工程成本，應用較為廣泛。泉州南惠工程NHA5合同段K32+017050、K32+548619，設計碎石樁樁徑0.6m、樁長5m、間距1.6m，共14965延米。該地地處緩丘地帶，地勢平緩，淺部為灰黃色中粗砂，灰黃色松散、厚約26m，下為殘破積砂質粘性土、硬塑、厚約3.7m，下伏花崗巖，我駐地辦根椐碎石樁施工原

3、理，通過試樁，針對施工中出現(xiàn)問題給以解決，不斷完善工藝，總結出碎樁加固松軟地基處理的一些方法和作用，現(xiàn)淺析如下：二、施工方法特點和作用1、本工法直接利用ZJK-100型高效能振動打樁機為成孔設備，并利用其振動下壓的作用使碎石樁樁體被擠密振密，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水通道，使樁間土產生的振動超過孔隙水壓力，使水迅速地由碎石樁底排除，樁體起到置換與排水的作用。2、本工法針對松軟砂粘土中砂夾層較厚的情況，試樁過程中曾試著用預制鋼筋砼樁尖代替活瓣樁尖，但效果不甚明顯，后仍采用施工方便的活瓣樁尖。3、本工法對地質條件尤其敏感，針對不同的地質條件，施工時不同樁段采用不同的施工參數(shù)來控制，且施

4、工參數(shù)由現(xiàn)場試樁來確定。三、適用范圍本工法適用于地下水位較低的松散砂土、粉土、黏性土、素填土、雜填土。對靈敏度高的軟弱粘性土，當其天然結構受擾動破壞后，土的強度下降，壓縮系數(shù)增大，壓縮模量降低，短期內難以恢復，效果較差，不宜使用。四、工藝原理不同的地質條件，其加固機理不相同。對松散砂土地基，疏松的單粒結構間孔隙較大，顆粒位置不穩(wěn)定，在動載或靜載作用下很容易發(fā)生位移，因而會產生較大的變形。特別是在振動荷載作用下（如地震、列車振動）更為顯著，其體積可減小20。所以，疏松的砂性土在未經(jīng)處理的情況下不能作為建筑地基。碎石樁加固砂性土地基的主要目的是提高地基土的承載力和變形模量，并增強抗液化性。其抗液化

5、的加固機理有下列三個方面：1、擠密效應砂土在強烈的高頻強迫振動下產生液化，并重新排列致密，且在樁孔中填入大量的粗骨料后，被強大的水平力擠入周圍土層中，使砂土的相對密度增加，孔隙率降低，干密度和內摩擦角增大，土的物理力學性能得以改善，使地基承載力大幅度提高，因此抗液化的性能得到改善。2、排水減壓效應碎石樁樁內充填反濾性好的粗顆粒料，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水減壓通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高和砂土產生液化，并加快地基的排水固結。3、預震效應經(jīng)試驗，在一定的循環(huán)次數(shù)下，當兩試樣的相對密度相同時，要造成經(jīng)過預震的試樣發(fā)生液化，所需施加的應力要比施加未經(jīng)預震的試樣引起液化所需應

6、力值提高46。從而得出了砂土液化的特性，除了與土的相對密度有關外，還與其振動應變史有關的結論。在振動法施工中，振動器以每分鐘1150次的振動頻率，12.1m/s2的垂直加速度和400KN激振力沉入土中時，使填料和地基土在擠密的同時獲得強烈的預震，這對砂土增強抗液化能力是極為有利的。對粘性土地基(特別是飽和粘土)，由于土的粘粒含量多，粒間結合力強，滲透性低，在振動力或擠壓力作用下，土中水不易排走，所以碎石樁不是使地基擠密，而是置換。由于碎石樁較樁周土的剛度大，而地基中應力按材料的變形模量進行重新分配，因此，大部分荷載將由碎石樁承擔。這樣，經(jīng)碎石樁處理后，地基的沉降量自然比天然土的沉降量要小很多。

7、成樁過程中，由于振動、擠壓等擾動的原因，樁間土會出現(xiàn)較大的附加孔隙水壓力，從而導致原地基土的強度降低。若土的靈敏度較高，則需在較長時間后才能恢復強度。如果在選用碎石材料時考慮級配，則所形成的碎石樁是粘性土地基中的一個良好排水通道，它能起到排水砂井的作用，且大大縮短了超孔隙水的水平向滲透途徑，加速軟土固結，使沉降穩(wěn)定加快。由于碎石樁屬于散體材料樁，承受荷載后會產生徑向變形，并引起樁周土產生被動抗力。如果粘性土的強度過低，不能提供碎石樁體足夠的反力，樁體就會產生鼓脹破壞，這樣將會影響加固效果。如果軟弱土層很厚，樁體可不貫穿整個軟弱層，這時加固的復合土層起墊層作用，從而提高地基承載力和減小地基變形。

8、另外，經(jīng)碎石樁處理后的地基，其抗剪強度同樣得到提高，這時碎石樁起到“加筋”作用。不論對松散砂土、雜填土或松軟砂粘土，碎石樁加固地基均有擠密、置換、排水、墊層和加筋等五種作用，只是對不同的地層各種作用所占的重要性不一樣。五、工藝流程本工法為振動成樁的重復壓拔管法，整體工藝流程如下：1、地面處理：清除地表種植土，碾壓平整場地后換填細粒土路拱，以利今后地基水的排出。填筑路拱橫坡根據(jù)設計要求而定，但不宜小于2。填筑寬度不小于路堤加護道底寬。2、樁位施放：根據(jù)相關資料布置矩形控制網(wǎng)，再根據(jù)控制網(wǎng)布設細部樁位。經(jīng)相關技術人員檢查無誤后方可進行施工，放樣后先鋪一層30cm砂礫。3、樁機就位：將導管活瓣樁尖關

9、閉后對準樁位，調平機身，調整導管縱橫向的垂直度，確保導管垂直度偏差不大于1.5%。4、樁管下沉：啟動激振器，使導管在自重及振動力作用下貫入土層至設計深度。下沉過程中注意觀察電流表讀數(shù)變化。密實電流達到80120A，若電流突然增大，需停止下沉，待情況查明后方可繼續(xù)施工，以防電機被燒壞。5、加入粗骨料：每次加料量不宜過多，遵循“少吃多餐”的原則，每斗加入量控制在0.51.0M3。尤其當加料量快接近設計用量時，更應嚴格控制加料量。6、振動拔管、下壓、振密：根據(jù)試樁確定的工藝性參數(shù)來控制每次拔管高度、下壓高度和停拔繼振時間。當激振器的工作電流達到密實電流時迅速上拔導管，再繼續(xù)加料、振密，如此反復直至孔

10、口。每提升1m導管反插30cm，留振1020s,拔管速度12m/min，停止振動，立即向管內裝入規(guī)定數(shù)量的碎石，灌滿沉管。拔管過程中，要根據(jù)已加入量和已拔管高度來控制能否繼續(xù)上拔，嚴防無料時拔管造成“斷樁”和“縮頸樁”的發(fā)生。7、樁機移位成樁后，關閉激振器，移至下一樁位。8、成樁檢測對松砂地基，由于其超孔隙水壓力消散很快，一般成樁后35天便可檢測；對松軟砂粘土或軟弱粘性土地基，由于其超孔隙水壓力消散很慢，擾動后強度恢復需要一段時間，一般需要34周時間后方可檢測。對碎石樁，成樁一周后進行復合地基承載力和動力觸探試驗。9、鋪設砂礫墊層：碎石樁經(jīng)檢測合格后，平整場地，然后鋪設余下的20cm砂礫墊層。

11、10、碎石樁成樁工藝流程圖如下所示。樁機就位樁管沉入至設計深度加 料樁機移位樁管下壓拔 管振密直至地面碎石樁施工工藝流程圖六、施工機具及配套設備1、本工法直接利用ZJK-100型打樁架。該樁機主要由以下幾部分組成：1）、施工臺架：包括用大質量的工字鋼的槽鋼組成的底盤，用多節(jié)管組成的立柱和便于拆卸檢查的桁架，用多節(jié)管組成的斜撐，用于豎架和放架的抬梁等。2）、振動打樁錘及加壓系統(tǒng)：由一個55Kw的電機帶動一對同步異向的偏心輪產生垂直方向上的振動力，由電機、鋼絲繩與滑輪組成的加壓系統(tǒng)（靜壓），由彈簧組成的減振設備。3）、走行系統(tǒng)：由一對地輪和卷揚設備組成，移位時需千斤頂和導管配合。4）、導管：由厚壁

12、鋼管（壁厚一般不小于12mm）和活瓣樁尖組成。在導管上部和振動錘下部導管側面有一入料口，其外加焊進料漏斗。5）、操作控制臺：所有電機的開關按鈕和換檔裝置及配電箱集中在控制操作臺，由機械操作員統(tǒng)一控制。6）配套設備：200Kw柴油發(fā)電機一臺，長度不小于100米的電纜一根，加料斗一只，斗車四輛等。2、 樁機主要技術參數(shù)ZJK-100型打樁架主要技術參數(shù)沉樁最大深度：25米 沉樁最大直徑：600mm 最大加壓力： 120KN 最大拔樁力： 180KN配用振動錘最大功率：60Kw 立柱允許前傾最大角度：10°立柱允許后傾最大角度：5° 主卷揚機最大牽引力：40KN主卷揚機功率：15

13、Kw 移架卷揚機最大牽引力：20KN移架卷揚機功率：7.5Kw 斜撐減速器最大軸應力：3 0KN斜撐減速器功率：2×2.2Kw 外形尺寸：11×10×29米質量（不包括錘）：20t3、樁架豎起前在地面上（下墊枕木）將底盤各部拼裝好，將各節(jié)立柱管節(jié)和桁架拼接好后跟底盤座子連接，將斜撐和抬梁等拼接好并將兩支腿架上，準備就緒后啟動卷揚機，通過抬梁和豎架鋼絲繩將立柱豎起。立柱豎直前將減速器（活動鉸）連接好，啟動減速器電機，緩緩將立柱豎直。需要移架時，將導管活瓣樁尖關閉后放在一異形鋼板上并加壓，再用千斤頂頂?shù)妆P，依靠地面反力將樁架前部底盤頂起后，通過移架卷揚機和主卷揚機外伸

14、卷筒可在地輪上實現(xiàn)左右和前后移動，便捷可靠。前部地輪移動好后，用千斤頂頂起底盤后部，同樣通過卷揚機外伸卷筒在地輪上實現(xiàn)前后和左右移動。實際操作時，一次移動往往不能到位，需要反復三四次后才能就位。樁管下沉過程中，遇到硬地層（如致密砂層）時，需將偏心力矩調至較大值，同時可以啟動加壓裝置，以利于加快樁管下沉速度。對樁端為可塑性較大的地層，由于活瓣樁尖在拔管時難以啟開，難以保證樁端密實度和樁長，針對這種情況我們曾經(jīng)用預制鋼筋砼樁尖來代替，但這將遇到難以穿過砂層和引起工程造價增加的問題?；畎陿都馔ǔＳ伤陌杲M成錐體狀，樁尖夾角以3545度為宜。七、勞動力組織和工效正常施工期間，需實行三班倒，每班需配置12

15、人，人員分配詳見下表。人員配備及分工表序號工種名稱分 工人數(shù)備 注1記錄員現(xiàn)場施工記錄和質量監(jiān)督控制1熟悉施工工藝、懂安全規(guī)程2班 長現(xiàn)場施工組織及指揮1懂安全操作規(guī)程3操作員機械操作1熟悉施工工藝、懂安全規(guī)程4修理工機械修理1熟悉機械原理并懂修理5電 工發(fā)電及電路故障處理1熟悉電工知識、懂安全用電知識6上料工用斗車上料5懂安全操作規(guī)程7普 工關閉活瓣樁尖、對位配合料斗加料2懂安全操作規(guī)程小計12打樁架示意圖詳見下圖。地輪支腿11254361510087912131411頂部滑輪振動錘導管立柱吊錘鋼絲繩電器控制箱斜撐豎架鋼絲繩繩抬梁主卷揚機輔助鋼絲繩斜撐減速器底盤ZJK-100型打樁機加側立面

16、圖八、質量保證措施為確保碎石樁施工質量符合設計要求，施工過程中應全面貫徹“質量第一”的方針，切實把全面質量管理貫徹落實到工藝流程的各個環(huán)節(jié)中去，實現(xiàn)真正的過程控制，要求施工前、施工中分別注意以下幾個方面：1、施工前進行全員崗位培訓，讓所有現(xiàn)場管理人員、工程技術人員、操作人員對施工工藝、施工質量、技術要求達到全面掌握的程度。2、正式施工前，進行工藝性試樁，以確定碎石樁在該地層的施工參數(shù)。試樁最好在七根以上，本項目試樁采用九根樁，以利形成群樁效應。試樁時，根據(jù)各樁段的地層條件亦采用不同的施工參數(shù)。3、嚴格控制碎石骨料的含泥量和級配。要求其含泥量不大于5，而自然級配的碎石利于樁身密實度達到要求。4、

17、嚴格控制灌石量，當灌石量未達到設計要求時，要求在原位復打補充碎石或在旁邊補打。5、嚴格按照試樁確定的工藝參數(shù)來控制施工質量，嚴格控制每次拔管高度、下壓高度和停拔繼振時間。拔管過程中，嚴防無料時拔管而造成“斷樁”或“縮頸樁”。6、根據(jù)地質條件，對局部樁段進行工藝性加強處理。7、嚴格記錄好施工情況。記錄好樁位編號、成樁時間、打入深度、灌石量、電機的工作電流值等施工參數(shù)，要求和樁位布置圖一一對應，以備核查。碎石樁施工質量要求檢查項目質量標準和允許偏差檢查方法樁身垂直1.5L/100(L為樁長)現(xiàn)場外觀檢查樁架和樁管垂直度樁 位D/2(D為樁徑)查測X、Y二方向最大值灌碎石量滿足每米灌石量檢查施工記錄

18、貫入試驗N63.510鉆孔檢查樁 深100mm檢查施工記錄或鉆孔檢查樁 徑-20mm尺量檢查8、嚴格交接班制度，認真執(zhí)行三班倒，保證工地隨時有質量監(jiān)督員。9、施工順序：考慮到樁機移位耗時，但又要保證加固效果，可以根據(jù)地質情況采取先外圍后中間、先兩邊后中間、隔排連打或隔排跳打的施工順序。該工點由于中間砂夾層較厚，先采取連排連打，其后改為隔排連打，最后不得不改為隔排跳打，但隔排跳打完返回打中間樁時有相當部分樁未打到設計深度，因砂夾層經(jīng)擠壓后達到了密實狀態(tài)（N63.530），導管根本無法穿過。九、安全注意事項1、加強職工安全意識教育，讓大家“懂安全、要安全、人人抓安全”。2、所有操作人員進入工地必須

19、佩戴安全帽，穿膠鞋（防止漏電）。當修理人員上桁架進行檢修時，屬高空作業(yè)，必須系安全繩，穿防滑鞋。3、由于露天作業(yè)，必須做好漏電防護工作。要做到一機一匣一開關，總匣必須外罩木箱，且要經(jīng)常檢查電纜，對破壞的地方必須做好處理，以防造成短路。4、由于整個樁機質量大（達30t），對施工現(xiàn)場要求較高，因此，必須做好現(xiàn)場處理。有必要時，可在換填細粒土上先鋪設一層1020Cm厚的砂墊層，以利樁機移位。5、開機前檢查連接螺栓的松緊，尤其是振動錘部位，并于施工過程中經(jīng)常檢查，以防零部件墜落后傷人。6、由于該機牽引力傳遞多用鋼絲繩，必須經(jīng)常檢查鋼絲繩是否有斷絲現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題必須馬上處理，以防發(fā)生安全事故。7、該機在

20、豎架和放架時主要通過抬梁和豎架鋼絲繩來實現(xiàn)，操作前必須進行全面檢查，尤其是鋼絲繩和支腿處，盡量用吊車予以配合。操作過程中，必須做好人身安全保護工作。8、沉入導管時，當遇到硬砂層而難以沉入，可以開啟加壓裝置和調大偏心力矩，但這時電機會因電流過高而發(fā)熱，時間長后會燒壞電機。因此，當沉入困難時，注意電流變化和電機持續(xù)工作時間。十、結論：干振動擠密碎石樁在成樁過程中樁管對周圍軟土層產生很大的橫向擠壓力，使樁周圍的土粒重新排列密實，孔隙比減小，密實度增大，通過擠密作用，提高軟土地基的強度和承載力。（一）、設計與實際值比較表項目樁號設計樁徑（cm）設計樁長（cm）實際樁徑（cm）實際樁長（cm）設計灌入量

21、（kg）實際灌入量（kg）充盈系數(shù)備注6-3605.0616.22462.42812.11.1426-5605.0616.22343.32701.81.1536-7605.0625.82379.72743.81.1535-4605.0616.12422.72761.91.1405-6605.0615.72263.82585.31.1425-8605.0606.02305.52632.91.1424-3605.0605.62151.82466.01.1464-5605.0615.72263.92598.91.1484-7605.0615.72263.82601.11.149通過試樁得到本項目碎石

22、樁施工的充盈系數(shù)平均值為1.146，完全滿足碎石樁規(guī)范建議充盈系數(shù)為1-11.2要求。（二）地基承載力檢測報告地基承載力（動力觸探法）檢測報告現(xiàn)場記錄24-1 試驗編號：NH-NHJ2-CT-5-002工程名稱泉州南惠高速公路施工標段NHA5施工單位中鐵十三局集團第三工程有限公司工程部位MRK32+017-MRK32+050碎石樁監(jiān)理單位江蘇交通工程咨詢監(jiān)理有限公司試驗儀器輕型觸探儀試驗依據(jù)TB10018-2003試驗日期2008-10-16土層名稱砂類土設備類型輕型觸探儀落錘質量，kg10落距，m0.50 探頭直徑，mm40探頭面積，cm212.6探頭質量，kg0.35觸探桿直徑，mm25觸

23、探桿0.9米質量，kg3.4錘座質量，kg0.309測點觸探深度m觸探桿打入深度m一陣錘擊數(shù)一陣擊貫入度mm每擊貫入度mm每貫入0.10m（0.30m）所需的錘擊數(shù)動貫入阻力KPa5-6/5-80.30.3430075.0 4125-6/5-80.60.3830037.5 8445-6/5-80.90.32430012.5 241725-6/5-81.20.32730011.1 271964-3/4-50.30.33300100.0 344-3/4-50.60.3630050.0 6284-3/4-50.90.32030015.0 201404-3/4-51.20.32830010.7 282046-3/6-50.30.3530060.0 5206-3/6-50.60.3730042.97366-3/6-50.90.32130014.3211486-3/6-51.20.32930010.329212結論：檢測結果符合設計要求。備注：監(jiān)理意見：碎石樁試樁前01.2m地基承載力檢測。操作規(guī)范，數(shù)據(jù)屬實。 簽名：徐東偉 日期：2008.10.16批準：徐東偉 審核：孫遠玉 編制：李穎 第 1 / 1 頁8天后地基承載力檢測報告：地基承載力（動力觸