碎石挤密桩施工工艺工法
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第四工程有限公司呼炜
1.前言
1.1工艺工法概况
振动沉管挤密碎石桩简称碎石挤密桩，是一种软土地基的处理方法。
加固砂土、粉土地基，可以使地基的承载力增加，沉降量减少，防止地震液化的发生，同时亦可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。
碎石挤密桩能提高地基承载力，减少沉降量，防止路基位移发生。
1.2工艺原理
碎石挤密桩是通过成桩过程中对周围砂土、粉土层的挤密、振密作用和靠碎石的压入获得加固效果，使砂土、粉土层的密实度增加；同时设置的碎石挤密桩增强体，本身又是一个良好的排水通道，它的存在不仅有利于砂土、粉土层中超孔隙水压力的消散，有效地增强土体的抗液化能力，而且在荷载的作用下，碎石挤密桩增强体又与砂土、粉土层共同承担荷载作用，即形成碎石挤密桩复合土层。
2.工艺工法特点
2.1施工工艺简单，进度快，成本低。
2.2易于作业规范化、程序化、标准化，操作者和管理者易于掌握。
3.适用范围
适用于公路、铁路及房建等地基承载力不足，抗剪变形较大等地层的地基加固处理。
4.主要引用标准
《公路工程质量检验评定标准》JTGF801；
《公路路基施工技术规范》JTG_F10；
《铁路路基施工规范》TB10202；
5.施工方法
采用振动成孔机成孔，成孔过程中桩孔位的土体被挤密到周围土体，成孔后提起振动成孔机，向孔内倒入约1m厚的碎石再用振动成孔机进行捣固密实，提起振动锤，继续倒入碎石进行捣固密实直至碎石桩形成。
6.工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
碎石挤密装施工工艺流程见图1。
图1碎石挤密桩施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1 施工准备
1在碎石桩施工前首先平整场地，夯实回填素土至地面，清理平整施工段地面障碍物；在施工过程中地基液化严重，碎石机倾斜或下陷，可在局部铺上一定厚度的碎石确保打桩机平衡，在施工完毕后及时清除。
2测量放线，恢复中线，放出路段边中桩，清理平整施工段地基表面，测量平整后的标高，做好排水系统，保证排水通道的畅通。
然后按照设计文件桩间距及形成绘制碎石桩施工平面图，按桩位图准确放出桩并编号，桩间距允许误差为±15cm。
3材料准备：对进场的碎石按规范要求进行检验，要求碎石为自然级配，粒径20～40mm,含泥量控制在10％以下。
6.2.2成桩试验
施工前，应进行成桩试验，取得各种参数，以确保大面积施工质量，成桩试验要求达到以下目的：
1根据不同路段、不同的地质情况明确确定的桩体的有效长度。
2掌握满足设计要求和各种技术参数，如振动频率、留振时间、反插深度、桩管提升高度和进度、电机的工作和电流完成全过程的施工时间等。
3掌握振动沉管的阻力情况，选择合理的技术措施，确保挤密的均匀性和桩身的连续性。
4检验室内试验所确定的碎石灌入量是否达到设计要求。
5检测桩身的质量是否能达到设计要求。
6.2.3桩机就位
根据桩机走行钢轨上标出的桩位标记，移动桩机，使桩机对准打桩线。
应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直，垂直偏角不应大于1.5%，成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm，桩径偏差控制在±20mm以内，桩长偏差不大于100mm。
6.2.4 成孔
1采用振动法沉管成孔，根据设计及规范要求，钢管柱在振动过程要求垂直，避免钢管桩倾斜，受力不均匀。
振动过程中边振动边校正。
2桩身的深度按设计要求，在钢管桩体上做好标记，保证钢管桩达到设计要求。
3成孔的过程中，振动锤边振动边提拔，重复几次，保证钢管桩内的碎石密实。
4桩身满足要求后用小推车分批加入填料，然后振实提管，严格防止出现“断桩和缩颈桩”。
6.2.5成桩
1 启动桩锤电机使桩锤振动，桩管沿桩位下沉。
2根据桩深和试桩时确定的充盈系数（充盈系数＝碎石填料体积/沉管体积，一般在1.3～1.5之间）制作进料斗，按规定的灌碎石量将碎石装入桩管内，如果桩管一次容纳不了应灌入的全部碎石，剩余的碎石待桩管提升下料振动挤密一段时间后，再补充装入。
3第一次把桩管提升80～100cm，提升时桩尖自动打开，向下反插0.5m,反复沉管拔管，直至桩管内的碎石料流入孔内。
4降落桩管，振动挤压15～20s。
5每次提升桩管50cm，挤压时间以桩管难以下沉时为宜。
按上述方法往复升降压拔桩管，直至所灌的碎石将地基挤密。
6完成该桩灌碎石量，桩管提至地面，进行下一根桩的施工。
在以上各施工程序中，关键是施工中对水、电、料的控制，即上流程的下沉挤密过程和投料与提管过程。
6.2.6质量检测
待桩体及桩间土超孔隙水压力基本消除后进行。
碎石桩施工质量检测项目及标准见表1。
表1 碎石桩实测项目及检测
1检测方法：对桩体的检测采用重Ⅱ型动力触探测试其密实度，每单元检测数量为该单元施工数量的2%，且不少于3根；桩间土的检验采用标准贯入法和原状土的相对紧密度试验法，检测点取单元桩体总数的3%，且不少于4点，桩间土质量检验位置设置在等边三角形的中心。
2检测标准：桩体检测，贯入量10cm不小于7击判定为合格，单桩桩体要求合格率达到80%，该段工程质量等级以桩体合格率达到85%为合格，达到95%为优良。
7.劳动力组织
一段100m地基处理所需的人员及分工参照表2，具体可根据现场实际情况进行调整。
表2 碎石桩施工劳动力组织表
一段100m地基处理所需的主要机具设备见表3，具体可根据现场实际情况进行调整。
表3 碎石桩施工机具设备表
9.1易出现的质量问题
9.1.1石料的质量；
9.1.2成孔时的质量；
9.1.3成桩时的质量；
9.2保证措施
9.2.1石料的质量控制：一是所有碎石都采用质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好、不易风化且级配良好的石料。
二是碎石料含泥量≯10%，最大块径≯150mm。
三是保证料场供应质量，每1000m3石料要做一次上述各指标的抽样检测。
9.2.2成孔时的质量控制：桩管应沿导向架，并始终保持同导杆平行，桩管发生偏斜须及时扶正，其垂直高度偏差不大于1.5%,成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm，桩径偏差不大于-20mm，桩长偏差不大于100mm。
9.2.3成桩时的质量控制：桩底留振时间不少于20秒，留振电流不小于80安培。
制桩加密段长度不大于50cm，提管速度不快于1.0～1.5米/分钟。
反插次数每米不少于1次。
反插留振从桩底开始，自下而上逐段进行，中间不得漏振。
填料在加入时分批加入，不一次加料过量，严格防止断桩和缩颈桩的发生。
10.安全措施
10．1主要安全风险分析
安全风险包括各种机械设备操作安全、机械伤害、物体打击等方面。
10．2保证措施
10.2.1开工前清除一切施工障碍，清理地表障碍，妥善处理地下管线及空中管线，不留隐患。
10.2.2机具开工前需进行检测调试，确保安全可靠，施工中随时检查设备的完好率。
10.2.3施工人员必须戴安全帽，统一指挥，协调作业。
10.2.4加强用电管理，严格执行用电安全操作规程。
11.环保措施
11.1安排专人进行对振动打桩机进行保养，防止污污染周围的农田。
11.2要加强检查，及时采取措施消除粉尘、废气和污水的污染。
12.应用实例
12.1工程简介
十天23标高速公路K378+550～K378+630属于半挖半填地段，坡度大约60~70度，地形复杂，填方段位于稻田地，根据探坑，淤泥1m深。
填料为采用砂砾，填方高度约20m,设计采用碎石挤密桩，采用Φ500mm碎石桩加固，桩间距1.5m,处理宽度21m,长度18m，基地采用1m砂砾进行换填，填挖交界处采用开挖大台阶3*2m，增加地基抗剪能力，提高地基承载能力。
12.2施工情况
根据设计要求，碎石桩桩径Φ500mm，采用碎石挤密桩设备进行对每个放样好的桩逐个进行打桩，打桩过程中要保证桩身竖直，设计路基基底与线路垂直方向横向15排，线路前进方向13排，每个桩的深度8m，共195根。
施工由外向内逐根施工。
12.3工程结果评价
12.2.1与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动冲孔碎石桩是冲孔之后，直接向土孔内投碎石；而振动沉管法为向沉管中投碎石，减少了冲孔器的提升距离和频率，大大提高了施工进度，工序合理，提高工效30%。
12.2.2与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动沉管挤密法在沉管中完成碎石的投入，有效地防止了塌孔及断桩事故发生；且碎石在沉管中振实挤密，桩径得到了有效控制，垂直度有保障，施工过程更简便，施工质量也更加容易控制，降低成本约25%。
12.4建设效果及施工图片
图2 钢管桩正在振动过程中
图3 钢管桩基本到位。
