振动沉管碎石桩加固地基技术应用
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振动沉管碎石桩加固地基技术应用
王侃
(徐州华美房地产开发有限公司,江苏徐州221006)
【摘 要】 结合工程实例,就振动沉管碎石桩的技术原理、施工工艺、质量控制及质量检验等进行了阐述,并对该技术的可行性及优越性进行了论述。
【关键词】 振动沉管; 碎石桩; 地基加固; 人工复合地基
【中图分类号】 TU47213+2 【文献标识码】 B
近年来,作为一种新的地基加固技术,振动沉管碎石桩在国内得到了较多的应用。
它可以消除砂(粉)土的地震液化、减少地基沉降、增加地基承载力,与其他地基加固技术相比较,具有因地制宜、就地取材、无污染、施工期短、造价低廉等优点。
1 工程概况
春雨花园8#楼位于徐州市三环西路,建筑面积6835m2,砖混结构,主体6层,半地下室,筏板基础,基础埋深为-215m。
该场地原为菜地,地貌上属于故黄河冲积平原。
地质勘探资料表明,场地土为饱和粉土(层厚为6～615m),实测平均标贯锤击数N=5,场地土液化指数平均值为I L E=17155(当为15m时),I L E=20144(当为20m 时),液化等级为严重液化,实测地基承载力特征值f ak=80 kPa,地基承载力设计值f=130kPa。
砂(粉)土层不能作为天然地基持力层,必须对地基进行消除液化处理。
2 方案确定
根据地质勘探情况,结合本地区处理该类软土地基的经验,决定采用振动沉管碎石桩对场地土进行加固处理,形成人工复合地基,既减轻地震液化影响,又提高地基承载力。
3 技术原理
振动沉管的工作原理就是在振动机的振动作用下,把套管打入规定的设计深度,套管入土后,挤密了套管周围土体,然后投入碎石,将碎石振动密实成桩,多次循环后就成为碎石桩。
桩和桩间土形成复合地基,从而提高地基承载力和防止饱和粉土、砂土的地震液化。
碎石桩加固砂(粉)土地基的主要目的是消除液化、减少变形、提高土的承载力。
另外,它还具有以下作用。
(1)挤密作用。
在成桩过程中桩管对周围砂土、粉土层产生很大的横向挤压力,桩管体积的土挤向桩管周围的土层,使桩管周围的土层孔隙减小、密实度增大。
(2)排水降压作用。
加固砂(粉)土时,桩孔内填充反滤性好的粗颗粒料(碎石、砾石、卵石),在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道,可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高,防止砂(粉)土产生液化,加快地基的排水固结。
(3)预振效应。
在成孔及成桩时,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振效果,对砂(粉)土增强抗液化能力是极为有利的。
4 桩体设计
(1)设计桩体直径为377mm,桩长8m,桩顶标高为-218m,桩间距为115m×115m,充盈系数不小于113。
本例工程桩572根,边桩388根,边桩幅宽自基础外缘扩大范围不应小于5m。
基础施工时挖除桩顶部分500 mm厚松散桩体。
单桩灌石量Q的计算公式:
Q=KLπd2/4(m3)
式中,d为桩管直径,即套管直径01377m;L为碎石桩长度,即套管有效长度8m;K为碎石桩充盈系数,一般为1115～1150,视土性经实验确定,本例取113。
(2)桩体材料:采用硬质级配碎石,最大粒径为20～50mm,含泥量不大于5%。
(3)褥垫层设计:为了调整基底以下应力分布状况,更大程度发挥桩间土的承载力作用,复合地基的褥垫层采用级配碎石,最大粒径不大于30mm,厚度为300mm,压实系数不小于0194。
(4)处理后的复合地基应满足:I′L E≤4(当为15m 时),I′L E≤5(当为20m时),N′≥6(临界值N cr)。
5 施工工艺
采用振动沉管机使管体下沉到设计深度后,加料、振管、留振、反插。
保证桩体均匀垂直,连续性好,保证填料量满足充盈系数,避免桩体局部扩径过大,影响碎石桩的施工质量。
511 准备工作
[收稿日期]2006-03-10
[作者简介]王侃(1969～),男,工民建本科毕业,土建工程师。
05
・岩土工程・
(1)编写施工组织设计,经审批后方可施工;
(2)清理平整场地,清除高空和地面障碍物;
(3)测量放线,测量地面整平后的标高;
(4)布设桩位,桩间距及形式按设计文件,桩间距允许偏差为±10cm;
(5)机械设备,采用DJ ZG-24走管式振动沉桩机,内置平底活页式桩尖;桩管直径为377mm;并设有二次投料口;柴油锤重50kN,柴油锤功率60kW,拔钻力150kN;
(6)材料:应由未风化的干净砾石或轧制碎石而成,粒径为20～50mm,含泥量不大于5%,最大粒径不应超过510cm。
512 施工工艺
(1)施工顺序从四周边开始向中心进行;
(2)桩基就位,校正桩管垂直度≤115%;校正桩管长度并符合设计桩长;设置二次投料口在桩管中间以上部位;在桩位处铺设少量碎石;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;
(3)边振动边下沉至设计深度,每下沉015m留振30s;
(4)稍提升桩管使桩尖打开;
(5)停止振动,灌料,直至灌满为止;
(6)启动拔管,拔管前留振1min,以后边振动边拔管,拔管速度需均匀且每拔管1m留振1min;
(7)根据单桩设计碎石用量确定第一次投料的成桩长度(约为桩管长度一半),进行多次反插,直至桩管内碎石全部投出;
(8)提升桩管,开启第二投料口并停止振动,进行第二次投料直至灌满;
(9)启动拔管,边振动边上拔,并进行多次反插,至管内碎石全部投出;反插深度应小于桩管长度的一半;
(10)提升桩管高于地面停止振动,进行孔口投料(第三次投料)直至地表;
(11)启动反插,并及时进行孔口补料至该桩设计碎石用量全部投完为止;孔口加压至前机架抬起,完成一根桩施工。
移动桩机进行下一根桩的施工。
513 注意事项
(1)碎石灌入量按每米01145m3计算;
(2)提升和反插速度必须均匀;反插深度由深到浅,每根桩反插次数视情况而定,一般不得少于12次;
(3)施工过程中应及时挖除桩管带出泥土,孔口泥土不得掉入孔中;
(4)施工过程中应记录沉桩深度、制桩时间、每次碎石灌入量、反插次数等;
(5)施工过程中如发现土层中夹有大于110m厚的淤泥层或沉桩困难,应立即停工,并报告有关部门及时处理;
(6)若地表水丰富或场地较软弱,可先铺一层碎石垫层,有利于排水,同时提高地基强度,便于机械和施工人员行走;
(7)振动成桩至地面时应向下复振1m,确保地表不产生缺碎石的凹桩。
(8)施工完毕,测量整平标高,整理施工记录。
6 质量检验
碎石桩施工完成15d(规范要求7d)以后,采用标贯试验(SPT)两种方法对用振动沉管碎石桩处理后的复合桩间土进行了地基检测,同时用静载试验(CPT)对桩体进行了载荷试验,综合评价复合地基承载力值。
(1)根据静载测试数据绘制荷载-沉降曲线,依据《建筑地基处理技术规范》(J G J79-2002),按相对变形值确定每点复合地基承载力特征值不大于试验最大加载压力的一半,评定复合地基承载力特征值f′ak=131kPa,超过设计值f= 130kPa,满足设计要求。
测试结果详见表1。
表1 测试结果
桩号
最大
加载量
(kPa)
最大
沉降量
(mm)
承载力
特征值
(kPa)
相应
沉降量
(mm)
极差
(kPa)
承载力
特征值
(kPa) 39526248108131<15
42926247102131<15
47726250102131<15
52226251116131<15
0131
(2)测试桩间土,标贯试验孔数以桩数的2%计,随机布置。
平均标贯实测锤击数N′=1515,大于临界锤击数,为中密～密实土层,0<I′L E≤2(15m时),0<I′L E≤3(20m时),表明场地土的地震液化基本消除。
(3)对碎石桩质量按下表进行验收,经实测检查,满足规范(表2)要求。
表2 质量要求
检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率
桩距(mm)±150抽查2%
桩径(mm)不小于设计抽查2%
桩长(m)不小于设计查施工记录
竖直度(%)115查施工记录灌石量不小于设计查施工记录
7 结束语
(1)采用振动沉管碎石桩加固松散液化土地基的处理方法,通过质量检验达到了消除液化沉陷,提高地基承载力的预期目的,可行且经济。
(2)碎石桩在施工时,应注意桩体的垂直度、反插次数及留振时间等施工技术性指标是控制桩体质量、连续性、均匀性的重要保证。
(3)碎石桩施工完成后,在基底以下设置碎石褥垫层,可调整基底以下的应力分布状况,更大程度地发挥桩间土的承载力作用。
参考文献
[1] G BJ50007-2002建筑地基基础设计规范[S].
[2] J G J79-2002建筑地基处理技术规范[S].
[3] G B50202-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].
[4] G B50011-2001建筑抗震设计规范[S].
[5] 刘正峰.地基与基础工程技术实用手册[M].北京:海潮出版
社,2002.
15
・岩土工程・ 。
