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振冲碎石桩地基施工技术与应用分析

时间:2021-12-18 11:10:08 来源:本站 点击:97次

文章结合砀山县某工程地基加固方案,重点介绍了振冲碎石桩的施工工艺、施工方法以及施工过程中的质量控制要点,并详细分析了该方法的施工原理,可供类似工程借鉴。

  【关键词】振冲法;地基加固;施工方法

  水利工程是基础工程,在各个地方都得到重视,其工程质量更是重中之重,振冲碎石桩地基处理技术以其独特的优势在水利地基加固工程中的应用范围不断扩大。广泛适用于处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等软弱地基。并且在工程中施工速度快,质量容易控制,是一种有效、简便、经济的地基施工方法。文章结合工程资料和现场考察结果,对工程地基采用了振冲法来进行地基处理,在施工中严格控制工程质量,结合工程实际,制定详尽适合的施工方案,以便不断提高施工水平。

  1、设计方案

  砀山县某工程节制闸进出口上下游翼墙下地基为粉细砂地层,由于承载力不足、地震液化现象较严重等问题,需要进行地基加固。

  通过分析收集到的相关钻孔资料数据,结合区域自然地理状况,对砀山县软土的地质特征及分布进行了系统总结,结果表明:砀山县的软土主要形成于第四纪全新世晚期,岩性主要为淤泥质粘性土,天然孔隙比(e)=1.361~1.723,属欠固结土;砀山县的软土主要发育在地表浅部(距地面25 m以内),主要在古黄河沿岸区域展布;软土埋深一般5~15 m,厚度一般3~10 m,由上至下可分别为表土层、淤泥层和底土层。设计要求对闸室段上下游采用槽孔钢筋砼进行地基处理;对上下游翼墙采用振冲碎石桩进行处理。翼墙振冲碎石桩布置为6排,孔位为梅花型布置,桩深10~15m。在振冲碎石桩顶部铺设1.0m厚的碎石排水垫层,使碎石桩连成整体,形成良好的竖直和水平通道。

  2、生产性工艺试验

  施工地段确定后,选择了有代表性的地段结合生产进行工艺试验,以确定振冲碎石桩的施工参数。工艺试验桩径采用了500mm、600mm、800mm三种规格,桩距采用了2.0m、2.2m、2.5m三种尺寸。现场试桩后分别采取了取土试验、标准贯入试验、动力触探试验、人工开挖等检测手段,对不同施工参数下的地基加固效果进行评定,超终确定振冲碎石桩直径为800mm、桩距为2.0m。

  3、施工程序及施工方法

  3.1 施工程序

  振冲碎石桩的施工程序为:施工准备→测量定桩位→钻机架设→振冲钻孔→清孔→填料→振实成桩→成桩检测(桩体及桩间土)。

  3.2 施工方法

  3.2.1 振冲成孔

  按照设计图纸和工艺试验确定的成果放出桩位,并对各振冲桩进行编号,按规定顺序造孔。振冲成孔设备为ZCQ-75型振冲器,下振前复核桩位,中心偏差不大于50mm。振冲器造孔时,振冲器以1~2m/min的速度在土层中均匀下沉,造孔水压0.5MPa,始终保证振冲器自重悬垂,以免造孔偏斜。振冲器每贯入1~2m深记录一次,并将振冲器下振、上提2~4遍扩孔,确保桩径符合设计要求。

  3.2.2 清孔

  当振冲造孔深度达到设计高程,并经检验合格后方可进行清孔。清孔前将孔口附近的泥块、杂物等清理干净,避免掉入孔内堵塞钻孔。清孔时将振冲器提离孔底300~500mm,用循环水稀释孔内泥浆,清孔时间2~5min。清孔完成后将水压、水量减少至孔口有一定回水量,没有大量颗粒带走的程度,维持一段时间(1~2min)即可结束清孔。

  3.2.3 填料与振密

  清孔达到要求后开始填料制桩,回填料采用2~5cm的砾石,连续级配,事先堆放于孔口附近待用。填料采用装载机配合人工填料,连续下料为主、间隔加料为辅,每次加料量控制在0.3~0.5m3左右。将振冲器沉入填料中进行振密,振密电流95~105A,加密水压0.3MPa,面振时间按15~30s控制。一段填料振密后应留振5~15s,然后将振冲器上提300~500mm,进行下一段的振冲加密。如此往复,直至达到设计的加密长度。

  3.2.4 成桩检测

  在一个施工段完成后进行,需检测桩体密实度,检测方法采用重型Ⅱ动力触探,检测频率不少于碎石桩总数的3%。对桩间土的检测采用标准贯入试验,检测频率每500m2 不少于3个。

  3.2.5 检测成果

  检测成果显示:桩身重型动力触探击数均大于10击,桩间土标准贯入试验击数均大于8击,达到了设计要求,取得了良好的加固效果。

  3.2.6 质量控制要点

  振冲碎石桩施工过程的质量控制主要有3个方面:造孔质量控制、清孔质量控制、填料的质量控制。

  (1)造孔的质量控制:主要为孔位中心偏差、孔斜、孔径、孔深等方面,应结合不同项目的具体情况,采取切实可行的保证措施;

  (2)清孔的质量控制:主要为保证清孔时间和回水时间,不同的地层应区别对待,灵活掌握;

  (3)填料的质量控制:主要为原材料质量、每次加料量的控制(一般超大不超过成桩0.5m)、制桩水压、密实电流、留振时间,应严格按照设计或规范要求执行。

  4、振冲法加固机理

  振冲加固作用有挤密、置换、排水、垫层和加筋作用。由于地基土物质组成不同其加固机理有异。振冲法加固砂土地基对桩间土挤密作用明显;而粘性土制桩主要起置换作用。

  4.1 振冲法加固松散土地基

  如前述,振冲法加固砂性土地基主要作用是提高地基的承载力,减少变形和增加抗液化性。因加固机理主要有砂基加密作用,排水减压作用,砂基预震效应。

  振冲法施土时使饱和松散的砂土颗粒在高频强迫振动下产生液化,然后重新排列致密并且在振孔中填入的大量粗骨料后,被强大的水平挤力挤入周围土体中。这种强制挤密使砂土的相对密度增加,孔隙率降低,干容重和内摩擦角增大,土的物理力学性能改善,使地基承载力大幅度提高。如试验场地复合地基承载力由天然地基承载力80kPa提高到200~260kPa,变形模量达到8.0~9.0MPa。天然地基土标准贯人击数N63.5=2.5.经振冲法加固后N63.5提高到3~4倍。复合地基静力触探的贯人阻力PS值提高4~5倍。满足了增加地基承载力和抗地震液化的要求。   对砂土液化机理的研究证明,当饱和松散砂土受到剪切循环荷载作用时将发生体积的收缩和趋于密实,在砂土无排水条件时体积的快速收缩导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升。当砂土中有效应力降低为零时,便形成了砂土的完全液化。振冲法加固砂基时向振冲孔内填碎石等反滤性良好的粗粒料,在地基中形成渗透性良好的人工竖向排水减压渠道。可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高。防止砂土液化,并加速地基的排水固结。美国H.B Seed、J.R.Booker等的研究认为,在可液化砂基中设置a/b=0.25(a为排水桩半径,b为孔距之半)的砾石排水桩,则地基土的任何部分都不致产生液化。

  砂土液化特性除了与相对密度有关外·还与其振动应变史有关。在振冲法施工时,振冲器以每分钟1450次振动频率.98m/s2水平加速度和90kN激振力喷水沉人土中,施工过程中使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震,这对砂土增强抗液化能力是极为有利的。

  4.2 粘性土加固机理

  粘性土地基由于其粉粒含量多,粒间结合力强,渗透性低,在振动力的作用下土中水不易排走,所以碎石桩的作用主要是置换。由于碎石桩的刚度比桩间土的刚度大,地基中应力按材料变形模量重新分布。大部分荷载将由碎石桩承担,桩体应力和桩间土应力比值一般为3~5。

  碎石桩是粘土地基中良好的排水通道,起到排水砂井的效能,缩短了孔隙水的水平渗透途径,加速软土的排水固结,使沉降稳定加快,强度提高。

  此外碎石桩作为复合地基的加固作用,还有垫层和加筋作用。

  5、施工体会

  (1)振冲碎石桩在施工中,对场地要求少、工程造价低,效果明显,故在软土地基加固处理中应广泛推广。

  (2)施工前有必要对施工地段的地层进行复勘,以便准确掌握地层结构和各层土的性状,用以指导、调整施工技术参数。

  (3)在振冲碎石桩施工时,要分序施工,至少分二次序施工,要隔桩、隔排跳打,避免出现土体抬动、桩体错断、斜孔等现象。

  (4)桩体顶部以下1.0m左右的土层加固要加强,在地面采用振动碾压或挖除加垫层进行处理,防止地基与建筑物结合处存在薄弱面。

  (5)填料不宜过猛过快,原则上要“少吃多餐”,均匀下料,每次填料量不超过成桩0.5m,且填料后保证振冲器能贯入到原提起前的深度,以免漏振。

  (6)应准确、详细记录施工中制桩时间、制桩水压、沉桩深度、填料量、密实电流、留振时间等相关数据,加强质量的可追溯性。