市政道路振動沉孔碎石樁軟基處理施工工法

1、市政道路振動沉孔碎石樁軟基處理施工工法中鐵十四局集團第四工程有限公司二0一八年十二月市政道路振動沉孔碎石樁軟基處理施工工法中鐵十四局集團第四工程有限公司劉春亭 張傳儒 左松林 苗龍1 前言近年來在市政道施工中，振動沉孔碎石樁加固軟體地基適用性廣，尤其適用于組成性質(zhì)不同的多層軟弱地基。軟土地基經(jīng)振沖處理后可加快固結(jié)，減少沉降，提高強度指標、抗震性能。振動沉孔碎石樁施工速度快，質(zhì)量容易控制，是一種有效、簡便、經(jīng)濟的地基加固方法。振沖碎石樁加固松軟土地基，形成復合地基，以提高其承載力、增強穩(wěn)定性、減少沉降量，同時還顯著地增強其抗震性能。本工程 K0+080-K1+540 為下穿隧道范圍，地層體系主要

2、為淤泥質(zhì)黏土、細砂。該段處于魚塘區(qū)域，底部多含有淤泥，淤泥厚度0.00-3.0m,天然含水量較大，地基土容許承載力較低。對于樁號 K1+320K1+450段下穿通道兩側(cè)路基段的軟土下臥層，該軟弱層不能滿足上部荷載和變形要求，為降低后期下穿通道兩側(cè)路基不均勻沉降對下穿結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，采用振動沉孔碎石樁深層處理。該地段軟弱土層的特性易引起路基沉降失穩(wěn)、行車安全，存在嚴重的安全隱患。中鐵十四局集團四公司針對臨空經(jīng)濟區(qū)的軟弱土質(zhì)特點進行了技術(shù)攻關(guān)，對 “振動沉孔碎石樁軟基處理技術(shù)研究”科技立項研究，該施工方法在實踐中得到了廣泛應(yīng)用，取到了良好地效果。在進一步完善總結(jié)該項技術(shù)的基礎(chǔ)上形成了“振動沉孔碎石樁

3、軟基處理施工工法”。2 工法特點2.1 對可液化砂土、粉土的加固機理提高地基土承載力,減少變形和增強抗液化性，在成樁過程中樁管對周圍砂土、粉土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力,樁管體積的土擠向樁管周圍的土層,使樁管周圍的土層孔隙減小、密實度增大。可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高,防止砂土、粉土產(chǎn)生液化,加快地基的排水固結(jié)。振錘的強烈振動使填入料和地基土在擠密的同時獲得強烈的預(yù)振效果,增強了砂土、粉土抗液化能力。2.2 對粘性土的加固機理減少地基沉降量、提振動沉孔碎石樁加固粘性土地基的主要目的是提高地基土承載力、高土體的抗剪強度、增大土坡的抗滑穩(wěn)定性。對粘性土地基,由于土的粘粒含量多,粘粒間結(jié)合力強,

4、滲透性低,在振動力或擠壓力的作用下土中水不易排走,因此碎石擠密樁的作用不是地基擠密,而是置換。振動沉孔碎石樁在粘土中形成一個良好的排水通道,起到了排水砂井的作用,且縮短了孔隙水的水平滲透。對于淺層軟土層,碎石擠密樁可貫穿整個軟土層至相對硬層 , 此時樁體在荷載作用下主要起應(yīng)力集中作用,使地基承載力提高、壓縮性減小。2.3 確定試驗技術(shù)參數(shù)在有代表性的地段進行試樁施工，試樁范圍不小于 7X 7m,按縱向5根樁，橫向5根樁，樁間距按設(shè)計要求進行試樁。通過試樁明確施工順序、施工方法，計算出所需配備的機具設(shè)備，及所需材料用量，排出施工進度計劃和繪出施工平面布置圖。2.4 檢測采用動力觸探對地基土質(zhì)量進

5、行檢測，并對復合地基進行靜載試驗。對樁體部份，應(yīng)選取總樁數(shù)的3 5在樁體中心進行動力觸探檢測，并根據(jù)動力觸探試驗結(jié)果，選擇不少于總樁數(shù)的0 5，且每個單體工程不少于3 點進行單樁復合地基載荷試驗。3 適用范圍1、適用于可液化砂土、粉土、粘性土及淤泥地質(zhì)，尤其是可加快固結(jié)，減少沉降，提高強度指標。2、本工法以振沖擠密、排水固結(jié)、預(yù)先振動為主，以提高軟基強度。4 工藝原理振動沉孔碎石樁是在軟弱地基中形成樁孔，再向樁孔內(nèi)逐段填入碎石，并利用振沖器產(chǎn)生水平向振動力振擠填料及周圍土體，并逐段振密在地基中形成一根密實的樁柱體，和原地基土形成復合地基，并通過樁體與樁周土相互作用共同承擔上部荷載，從而達到提高

6、地基承載力，減少沉降量，提高抗震液化能力。本工法結(jié)合地質(zhì)情況，根據(jù)土層的分布特征、樁的直徑、面積置換率、樁間距對單樁承載力、復合地基承載力及地基總沉降進行驗算。5 工藝流程及操作要點巖溶地段的注漿加固處理貫徹“先探后灌，探灌結(jié)合”的原則，先進行鉆孔作為先導勘察孔， 探明巖溶發(fā)育、分布情況，再進行相應(yīng)處理。根據(jù)勘察和施工揭示的地質(zhì)特性調(diào)整注漿范圍，參數(shù)和工藝。注漿整治分序動態(tài)實施，平面布置如圖5-1 所示，工藝流程如圖5-2所示。5.1 施工準備1、振沖碎石樁施工前先進行場地平整，場地平整標高為根據(jù)地形 圖擬定的標高，施工時根據(jù)"寧填勿挖"的原則進行整平。挖除地表堅 硬物體，

7、使振沖器能順利下鉆。2、布置場內(nèi)運輸?shù)缆?、道路兩邊的排水盲溝、縱向排水溝、料場、準備好照明設(shè)施以便夜間施工。3、場地清理與掘除：在現(xiàn)場確定清理、掘除、拆除的范圍后，按 施工規(guī)范和設(shè)計要求進行清理4、 測量放樣及布樁:測量放線，恢復中線，放出路段邊線樁，清理平整施工段地基表面，測量地面整平后的標高，做好排水系統(tǒng)，保證排水通道的暢通；根據(jù)圖紙要求的布樁原則進行布樁，并繪制測量放線圖，交與監(jiān)理及項目部復核后，方進行測量放樣，每個樁位均作標志，編制樁號。5、 進行施工技術(shù)交底。在施工的各項準備工作完成后，施工前由技術(shù)負責人根據(jù)設(shè)計要求向全體施工人員進行技術(shù)交底。5.2 清表用裝載機和自卸車配合推土機將

8、路基范圍內(nèi)所有植被和雜物清除，并挖除地表種植土、腐植土和樹根等雜物，平整施工場地，用路基填料進行找平，以便機械行駛和材料堆放，場地周圍開挖排水溝，做好排水措施。5.3 放線放線定位嚴格遵守工程測量規(guī)范中有關(guān)碎石樁施工的規(guī)定。施工過程中，要尤其注意由于破壞標識而引起樁位不準，并應(yīng)隨時復核，對因擠土作用引起的樁位偏差，應(yīng)及時調(diào)整。5.4 樁機就位將套管向下垂直，使套管中心對準樁位標記，利用錘重及沉管自重徐徐靜壓1-2m 后開動振動錘振動下沉。調(diào)整樁機搭架，使沉管與地面基本垂直，校正套管垂直度應(yīng)W1%；校正套管長度及投料口位置，使之符合設(shè)計樁長。5.5 成孔及填料振沖啟動振動錘，將套管緩慢下沉，直至

9、設(shè)計深度，每下沉2m 留振 10-20 秒。隨著套管下沉的過程，將碎石料注入樁管內(nèi)，當套管下至設(shè)計深度時留振30 秒，然后稍微提升套管做好現(xiàn)場施工記錄，嚴格使樁尖打開。碎石料灌入量按樁身理論方案量值與充盈系數(shù)計算?？刂泼扛鶚兜乃槭溆禂?shù)。管內(nèi)灌入碎石高度需大于1/3管長，方可開始拔管，應(yīng)有專人負責碎石灌入量，以防超灌或少灌。每提升 1m導管應(yīng)反插30cm ,并應(yīng)留振10 20秒,如此反復直至全管拔出，拔管速度控制在0.8-1.2m/min ,每次填料厚度不宜大于 50cm。5.8 檢測O5.9 勞動力組織（表5.9）5.9勞動組織序號類別與工種人數(shù)備注序號類別與工種人數(shù)備注1隊長1主管生產(chǎn)7

10、工班長3現(xiàn)場把控2技術(shù)負責1主管技術(shù)8設(shè)備操作人員30負責鉆機操作3技術(shù)員1現(xiàn)場技術(shù)9壓漿人員9負責壓漿4安全員1現(xiàn)場安全10輔助工人4配合現(xiàn)場施工5質(zhì)檢員1質(zhì)量把關(guān)11電工1電力設(shè)施的搭建6測量員1測量126材料、機具設(shè)備分段施工，每工段長度 200m左右，其設(shè)備、材料配置如下表（表中鉆機、制漿泵、高壓壓漿機、發(fā)電機設(shè)備及相應(yīng)人員為一個施工單元的數(shù)量）采用的機具設(shè)備見表6-1。表6-1 主要機械設(shè)備表序號設(shè)備名稱規(guī)格數(shù)量備注1打樁機DZ 75 型4臺2鏟車304臺3水準儀DZS3-11臺4全站儀DTM-102N1臺7質(zhì)量控制2.1 承載力驗算 12；P、(1)單樁承載力 fplk : fp

11、ik =6cu tan (45 + )K2式中，K為安全系數(shù)，一般取K= 2.0;。p為碎石樁的內(nèi)摩擦角，據(jù)統(tǒng)計(f)p=35 ”45工計算時可取其平均值 4 p=38。； cu為碎石樁加固范圍內(nèi)樁間土的不排水抗剪強度，對于多層土， 按厚度加權(quán)平均值求出 Cu=29.29kpa 。 代入公式得： fpik = 1* 6* 29.29tan2(45 = +結(jié))=369.38kpa 。22(2)復合地基承載力 fsp1k : fsp1k=mfp1k + %(1 _m) fs1k , f1k 一樁間土天然地基承載力標準值，kPa,可近似取用處理前地基土的承載力標準值。對多層土取加權(quán)平均值 fs1k=

12、60.59kpa 。九一樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，與樁、土的強度以及樁的破壞形式等有關(guān)， 對于碎石樁復合地基，可取 九=1.0。代入上式得：fsp1k = 0.19* 369.38 +1.0* (1 -0.19)* 60.59 =119.26kpa。(3)作用于地基上的荷載 P:路堤實際高度 HD=4.0 m,加上汽車荷載近似換算高度 1.0 m)取路堤填土重度為 20kN/m3,則路堤作用于地基上的實際荷載為 p=100kPa。所以，p< fsp,k ,滿足要求。2.2 沉降驗算依據(jù)公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范(JTJ 017-96) »規(guī)定，采用綜合抗剪強度指標按畢肖普法

13、計算cc =cs(1 -m) -mcptan c = tan s(1 -m) mtan p加固區(qū)土體未加固時平均粘聚力cu =29.29 kPa,平均摩擦角 Q =0;樁體的粘聚力cp=0, 4 p=38?。由上式可計算得：csp=23.72kPa , tan()sp=0.15利用優(yōu)化計算方法，按簡化畢肖普法計算路堤邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)值為1.84 ,大于規(guī)范要求的1.4 ,滿足縱二路下穿隧道軟基處理的設(shè)計要求。8質(zhì)量控制1、檢查施工應(yīng)具備的資料：建筑物場地工程地質(zhì)資料和必要的水文地質(zhì)資料，施工圖 紙及圖紙會審紀要；2、對場地進行平整，檢查建筑場地和鄰近區(qū)域的地下管線(管道、電纜)，地下構(gòu)筑物，

14、舊建筑原先的基礎(chǔ)情況等3、施工單位建立和健全質(zhì)量保證體系。4、明確施工順序、施工方法，計算出所需配備的機具設(shè)備，及所需材料用量，排出施工進度計劃和繪出施工平面布置圖。施工方案應(yīng)報監(jiān)理單位審批。5、檢查碎石是否能保證充足的供應(yīng)。6、檢查施工機械是否符合設(shè)計和施工要求，并進行檢修調(diào)試。7、 嚴格控制碎石質(zhì)量：碎石樁碎石填料應(yīng)采用未風化、抗浸蝕的干凈礫石或軋制碎石，粒徑2050mm,含泥量不得大于 5%,內(nèi)摩擦角不小于 38°。8、成孔中應(yīng)注意的問題：成孔是振沖碎石樁施工的重要工序之一，易出現(xiàn)的問題主要有兩方面，一是在軟塑和流塑粘土層，易產(chǎn)生縮徑現(xiàn)象，造成填料不暢，石料蓬孔，卡鉆現(xiàn)象， 最

15、嚴重的是流塑狀粘土層中石料與軟土混合而形成的混合體，振沖器振密時很難形成密實樁體；二是在硬塑粘土層中成孔時受振沖器直徑的限制，形成的樁孔較小，達不到設(shè)計要求。軟粘土中成孔在軟粘土中成孔可采取以下措施處理：a.加大成孔水壓，一般可采用0.50.7Mpa水壓，必要時可采用 0.81.0Mpa水壓，使土體得到充分沖擊；b.嚴格控制振沖器的下放速度，控制成孔電流，一般軟粘土層中成孔速度可控制在0.5米 /分鐘以內(nèi)，充分將土體置換，防止速度過快，形成小直徑孔；c.在粘土層部位成孔要反復提拉幾次，以擴大樁徑；d.在成孔完成后要進行整孔清孔，一般 23次即可，當孔內(nèi)的稠漿已置換成稀漿時可 停止清孔。硬粘土層

16、中成孔在硬層中成孔時每成孔0.5 米，提起振沖器，調(diào)整振沖器方向，使側(cè)翼在不同的方向上破孔，增大成孔直徑。砂性土中成孔由于砂性土的粘聚力較小，可使用較小水壓，根據(jù)砂土的密實度調(diào)整水壓，一般砂土地層中成孔水壓為 0.20.5Mpa,同時可適當加快成孔速度，一般控制在12m/mim。9、施工前應(yīng)選擇7-9 根樁進行試成樁試驗，并確定施工中的控制參數(shù)。10、移動樁機，把樁尖對準樁位閉合樁靴，樁管垂直對位，經(jīng)施工單位質(zhì)檢人員和監(jiān)理人員檢查，對位核準無誤后，用經(jīng)緯儀或吊錘從兩個方向檢查樁管垂直度，防止成孔傾斜，樁管垂直度偏差不應(yīng)大于同時測地面高程，以便控制成孔深度。1%，11、啟動振動機，將樁管下到預(yù)定

17、的深度沉管深度應(yīng)達到設(shè)計要求，如沉管無法達到設(shè)計深度或其它特殊情況時，施工單位應(yīng)報監(jiān)理方、建設(shè)單位同意后方可投料拔管，必要時通知設(shè)計單位處理。12、向樁管內(nèi)投入規(guī)定數(shù)量的碎石根據(jù)施工試驗的經(jīng)驗，為提高施工效率，裝碎石也可在樁管下到便于裝料的位置進行。13、把樁管提升到一定高度，（下料順利時不超過1-2 米），提升時樁尖自動打開，樁管內(nèi)的碎石流入孔內(nèi)。14、降落樁管，利用振動及樁尖的擠壓作用使碎石密實。在軟粘土中，樁管在打到規(guī)定深度后投入石料，應(yīng)復打2-3 次。若不采取這個措施，因樁管拉拔時，底部的軟粘土沒有經(jīng)過擠密又重新回復，形成縮頸和斷樁，同時，底部軟粘土受到振動后會往下塌沉，而采取復打后，

18、可以使底部更密實。15、提升樁管提升樁管的過程，應(yīng)從拔管速度和填料量兩個方面保證樁身的質(zhì)量?？刂瓢喂芩俣戎饕ＷC樁身連續(xù)性。如拔管速度太快，容易形成斷樁、縮頸現(xiàn)象，拔管速度太慢，則所需消耗的碎石量增加，成本增加。拔管方式也可分一次拔管法和逐步拔管法。a.一次拔管法邊振動邊勻速拔出樁管到地面，拔管速度根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，一般拔管速度為1.0-1.5 米/分鐘。b.逐步拔管法邊振動邊拔動樁管，每拔起一定長度，應(yīng)停拔振動若干秒，反復進行直至樁管拔出地面。具體的參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定?？刂铺盍狭縿t是保證樁直徑，填料量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定，估算時可按設(shè)計樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，充盈系數(shù)一般取1.2-1.4

19、。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，則填料量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以增減。當實際灌料量未達到設(shè)計要求時，可在原位再沉下樁管，并灌碎石復打一次。拔管速度和填料量二者是相互聯(lián)系的，在一定的填料量的情況下，需要控制好拔管速度，才能使碎石擠振開，而在一定的拔管速度下，也要求有足夠的碎石量保證樁的成形。16、嚴格控制樁長：通過試樁確定設(shè)計樁長能否滿足承載力要求，在施工中，應(yīng)按照試樁結(jié)果確定的樁長進行施工。樁管貫入深度即為樁長，應(yīng)在裝機機身和樁管上做好貫入到位的標記。17、 填料量、 振密段長度、密實電流、留振時間是制樁四要素，填料量是必須保證項目，其大小與形成的樁體直徑有關(guān)，而與樁體密實度無關(guān)。而控制樁體密實

20、度的關(guān)鍵指標是密實電流、留振時間和振密段長度。在砂性土和硬粘土中，振密段長度可控制在3040cm,密實電流的增大，留振時間的加長，可增大樁體密實度。而在軟土層中，要將密實電流和留振時間控制在一定范圍內(nèi)（由現(xiàn)場試驗確定），采取以下方法處理可增加樁體密實度。1 在軟土層中，減小振密段長度是增加樁體密實度的最有效方法，一般可控制在1525cm。適當增加反插，使瞬間電流值很高（不能超過振沖器的額定電流），達到增加樁體密實度的目的。制樁到軟土層后一次填料到孔口，一方面增加石料的壓力，另一方面防止孔壁土層向下掉土塊。9 安全措施1、建立強有力的安全保證體系，項目部設(shè)安質(zhì)部，各級生產(chǎn)機構(gòu)配齊專職安全員，實行

21、崗位責任制，逐級簽訂安全責任狀。2、所有施工作業(yè)人員必須經(jīng)過專門培訓、考核，了解操作規(guī)程，懂得施工中應(yīng)注意的安全事項，并經(jīng)體檢合格后才能上崗。3、組裝和拆遷機具、登高作業(yè)必須戴好安全帽，系上安全帶，并有統(tǒng)一指揮，進入施工場地嚴禁穿拖鞋。4、現(xiàn)場道路平整、堅實、保持暢通，危險地點懸掛安全標志和符合安全規(guī)定的標牌，施工現(xiàn)場設(shè)置大幅安全標語。施工現(xiàn)場設(shè)立安全標志，危險地區(qū)必須懸掛“危險”或“禁止通行”、“嚴禁煙火”等標志，夜間設(shè)紅燈警示。5、施工現(xiàn)場應(yīng)配備有齊全的各類電氣保護裝置，并能有效地防雨、防水。所有電機應(yīng)處接地狀態(tài)，接地電阻不大于4Q。雨雪天加強電氣安全檢查工作，確保電器防水。6、施工操作中

22、嚴格注意電壓、電流等儀表，電流控制在1 0 0A以內(nèi)，不得長時間超負荷運行。7、機具移車、轉(zhuǎn)向要有專人指揮，專人負責移動電纜及管線安全，嚴防碰撞、擠壓磨傷電器。8、現(xiàn)場操作人員應(yīng)戴好防塵保護品，以免粉塵粘附皮膚或吸入肺內(nèi)。所有操作動作要統(tǒng)一訊號，統(tǒng)一指揮，操作要相互協(xié)調(diào)。10 環(huán)水保措施1、成立現(xiàn)場環(huán)水保領(lǐng)導小組，配備專職監(jiān)察員進行定期和不定期的環(huán)保大檢查。2、為減少施工作業(yè)的產(chǎn)生的灰塵，應(yīng)隨時進行灑水或其它控制揚塵措施，使不出現(xiàn)明顯的揚塵。3、易于引起灰塵的細料或松散料的材料堆場應(yīng)予遮蓋或適當灑水潤濕。運輸時應(yīng)用帆布、蓋套或類似遮蓋物覆蓋。4、設(shè)立專職的“環(huán)境保潔崗”，負責檢查、清除出場車輛

23、上的污泥，做好工地內(nèi)外的環(huán)境保潔工作。5、對施工場地道路進行硬化，經(jīng)常灑水，防止塵土飛揚，污染環(huán)境。6、清理場地的廢料和土石方工程的廢方時，不得隨意傾瀉，影響附近排灌系統(tǒng)及農(nóng)田水利設(shè)施。應(yīng)按規(guī)定在適當?shù)攸c設(shè)置棄土場；有條件時，力求少占土地。7、在施工期間，應(yīng)始終保持工地的良好排水狀態(tài)，修建一些臨時排水渠道，并與永久性排水設(shè)施相連接，且不得引起淤積和沖刷。8、施工中應(yīng)因地制宜地采取有效預(yù)防措施，防止施工場所占用的土地或臨時使用的土地受到?jīng)_刷，防止從本工程施工中土石方材料對河流、水道、 灌溉或排水系統(tǒng)產(chǎn)生淤積或堵塞。9、施工中的臨時排水系統(tǒng)應(yīng)能最大限度地減少水土流失及對水文狀態(tài)的改變，不得干擾河道、水道或現(xiàn)有灌溉或排水系統(tǒng)的自然流動。10、 施工廢水、生活污水不得直接排入農(nóng)田、耕地、 灌溉渠和水庫，不得污染飲用水源。11、 施工機械應(yīng)經(jīng)常檢查維修防止漏油，禁止機械將在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的油污水未經(jīng)處理就直接排放或維修施工機械時油污水直接排放。11 效益分析11.1 經(jīng)濟效益,因振動沖孔碎石樁是沖孔后提出沖本工法在與傳統(tǒng)的振動沖孔碎石樁施工方法相比孔器之后,直接向土孔內(nèi)投碎石;而振動沉管法為