孟加拉國某機(jī)場工程中擠密砂樁的運(yùn)用

孟加拉國某機(jī)場工程中擠密砂樁的運(yùn)用摘要：文章結(jié)合孟加拉國某機(jī)場工程，從工藝試驗(yàn)、施工方法、安全措施、質(zhì)量控制等方面，詳細(xì)分析了擠密砂樁在機(jī)場工程中的應(yīng)用情況。對(duì)土工管袋填砂施工方法進(jìn)行分析和總結(jié)，堆載預(yù)壓分期加載進(jìn)行了研究，工程實(shí)踐表明，堆載預(yù)壓分兩期加載效果良好，土工管袋填砂施工方法實(shí)用，在降低項(xiàng)目造價(jià)、縮短工期等方面優(yōu)越顯著，可為類似工程提供借鑒。關(guān)鍵詞：擠密砂樁;孟加拉;機(jī)場跑道;堆載預(yù)壓;1、概述孟加拉國位于孟加拉灣之北，東、西、北三面與印度毗連，河流和湖泊約占全國面積的10%，海岸線長550公里。石料大多來源印度、中東、中國等，難以廣泛使用。河道或海床中的沙土是回填工程的主要材料。吹填沙土無法滿足機(jī)場跑道對(duì)承載力、地震液化和變形的要求，地基需要加固處理[1,2,3]。擠密砂樁[4,5,6,7]施工工藝起源于歐洲，在1950年到1959年，施工工藝才逐步完善。擠密砂樁法適合處理砂土、素填土、粉土、粘性土、雜填土等地基。擠密砂樁不僅起到加固地基的作用，還有利于后續(xù)堆載預(yù)壓排水固結(jié)。擠密砂樁施工方法是將鋼套管按一定間距沉入地基土中擠壓成孔，然后邊拔管邊向管內(nèi)灌砂并振搗密實(shí)而成的砂質(zhì)柱體。砂樁屬于散體樁復(fù)合地基的一種，是軟弱地基處理常用的方法之一。這種處理方法對(duì)整個(gè)地基起到擠壓密實(shí)的作用，砂樁本身承受大部分上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的荷載，從而與周圍被加固土一起組成復(fù)合地基?？商岣叩鼗休d力、防止砂土振動(dòng)液化和減少沉降等。本文結(jié)合孟加拉國某機(jī)場工程，從工藝試驗(yàn)、施工方法、安全保障措施、質(zhì)量控制等方面，詳細(xì)分析了擠密砂樁在機(jī)場工程中的應(yīng)用情況。工程實(shí)踐表明，擠密砂樁法在孟加拉國跑道工程中效果良好，在降低項(xiàng)目造價(jià)、縮短工期等方面優(yōu)越顯著，可為類似工程提供借鑒。2、工程概況項(xiàng)目位于孟加拉國南部，臨孟加拉灣，原始場地為孟加拉海邊，場地采用吹填沙土回填，吹填后的高程在8.0m。擠密砂樁應(yīng)在場地填砂達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行，設(shè)計(jì)樁徑1.0m，間距3.0m，正方形布置，填充材料采用中粗砂，處理深度根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)勘察資料和設(shè)計(jì)確定。擠密砂樁采用振動(dòng)沉管樁機(jī)，套筒直徑采用0.7m，樁架高度不低于最大打設(shè)深度。擠密砂樁布置如圖1所示。圖1擠密砂樁布置示意圖圖1擠密砂樁布置示意圖3、施工工藝流程施工準(zhǔn)備-放線定位-樁機(jī)就位-沉管至設(shè)計(jì)深度-砂料檢驗(yàn)、試驗(yàn)-樁管灌砂-管口沖水振密-振動(dòng)拔管并持續(xù)投料-沉管拔出孔口-孔口投料-振搗密實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高-機(jī)具移動(dòng)-質(zhì)量檢測-堆載預(yù)壓。4、工藝試驗(yàn)施工前需要開展成樁工藝和擠密效果試驗(yàn)，先選定12根樁進(jìn)行試驗(yàn)，以確定砂樁的填砂系數(shù)、提升速率和高度、樁管的振動(dòng)次數(shù)振動(dòng)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)（主要把握好振動(dòng)時(shí)間，以保證樁身連續(xù)性和成樁均勻性）。試驗(yàn)樁的承載力、擠密效果等符合設(shè)計(jì)要求后，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，擬定工程方案，對(duì)操作人員和管理人員進(jìn)行培訓(xùn)考核，合格后才能上崗。5、施工方法5.1、施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備主要包括工程測量、施工區(qū)地質(zhì)勘察、采砂區(qū)土壤調(diào)查、施工圖紙?jiān)敿?xì)設(shè)計(jì)等，通過前期勘察進(jìn)一步確定場地清理的范圍、深度，從而確定場地填砂工程量、采砂區(qū)的范圍和開挖厚度、跑道區(qū)地基處理深度和范圍等，同時(shí)為設(shè)計(jì)提供精確的地質(zhì)數(shù)據(jù)。土工管袋施工：通過現(xiàn)場實(shí)踐得出水上充灌、陸上充填、填充后的結(jié)構(gòu)形式及施工方法的最佳形式。(1）水上充灌。水上充砂需借助運(yùn)砂船和小型水力充砂泵進(jìn)行。土工管袋預(yù)先加工成設(shè)計(jì)要求的斷面，充填口采用袖帶連接并引出水面供充填砂使用。砂料可從料源地用水力充砂泵抽取裝船后運(yùn)至施工現(xiàn)場，然后將水力充砂泵輸砂軟管與已定位的土工管袋連接牢固，檢查無誤后邊充灌邊沉放。圖2水下充填土工管袋示意圖圖2水下充填土工管袋示意圖(2）陸上充填。當(dāng)場地填高至一定高程退潮后有較多露出時(shí)間時(shí)，可采取陸上充填，砂料可就近取自場內(nèi)或利用場地填砂，人工輔助挖掘機(jī)裝填，推土機(jī)輔助運(yùn)砂，分段同步施工。施工時(shí)，將未加工成型的土工管袋布平鋪于施工場地，然后人工配合挖掘機(jī)裝料、整形，最后將填料用土工管袋布包裹成型，分層流水施工，每層施工時(shí)，土工管袋由外向內(nèi)依次進(jìn)行。圍堤采用土工管袋填砂的結(jié)構(gòu)形式，外側(cè)坡比宜為1:4，施工時(shí)應(yīng)與場地填砂分層交替施工，并控制每層加載高度，分層厚度宜控制在1.5-2.0m。施工前應(yīng)在圍堤設(shè)計(jì)位置埋設(shè)沉降位移觀測點(diǎn)，施工過程中根據(jù)圍堤監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)加載施工。場地填砂應(yīng)與土工管袋圍堤分層交替進(jìn)行，并控制每層加載高度，分層厚度宜控制在1.5-2.0m，接近場地標(biāo)高時(shí)，可調(diào)整吹砂厚度，并按高程控制吹砂面。土工管袋圍堤與場地填砂施工如圖3所示。5.2、放線定位樁位放樣前先對(duì)施工基面進(jìn)行整理，使場地達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。施工前在擠密砂樁外圍用全站儀測定邊線控制樁，復(fù)測合格后打木樁釘鐵釘，現(xiàn)場施工放樣用鋼尺量測樁位，并用小木樁標(biāo)記，保證樁孔中心移位偏差滿足設(shè)計(jì)要求。圖3土工管袋圍堤與場地填砂施工圖3土工管袋圍堤與場地填砂施工5.3、樁機(jī)就位樁機(jī)就位后，對(duì)樁機(jī)開展調(diào)平、對(duì)中，修正樁機(jī)的垂直度，確保套管的中心與樁位保持一致，誤差應(yīng)小于10mm，樁機(jī)垂直度偏差低于0.3%；成孔前應(yīng)試運(yùn)行空壓機(jī)、高壓水泵，使設(shè)備運(yùn)行正常；復(fù)核套管長度，用紅粉筆在鉆塔旁標(biāo)出高度線，保證孔底標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求。5.4、沉管成孔開啟樁錘電機(jī)，使樁管沉降至設(shè)計(jì)要求尺寸。樁管沉降入土后，需要控制沉入深度，保證達(dá)到設(shè)計(jì)的樁長。樁管沉降時(shí)，沿著導(dǎo)向架，保持同導(dǎo)桿平行，如果遇到樁管偏斜時(shí)，必須及時(shí)糾正。5.5、樁管灌砂樁管達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，準(zhǔn)備上料，并嚴(yán)格控制上料量，按照樁孔體積和砂在中密狀態(tài)時(shí)的干密度計(jì)算灌砂系數(shù)進(jìn)行灌入（拔管過程中進(jìn)行補(bǔ)砂），直至灌滿樁管。灌砂時(shí)砂含水量應(yīng)嚴(yán)格控制，對(duì)非飽和沙土土層，含水量控制在7%-9%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)樁的試驗(yàn)結(jié)果確定樁體超高的高度。5.6、管口沖水、振密本項(xiàng)目采用的是沖水沉砂法，向樁管內(nèi)填砂的同時(shí)向管內(nèi)沖水，利于砂料排出樁外。當(dāng)樁管接近地面時(shí)，暫停沖水。5.7、振動(dòng)拔管并向管內(nèi)投料第一次將樁管提高約90cm，提高時(shí)樁端合葉開啟，砂料流進(jìn)孔內(nèi)。振動(dòng)60秒并仔細(xì)觀察料斗中砂料變動(dòng)，如砂料不變少，說明了合葉無法開啟，要繼續(xù)振動(dòng)樁管，直到合葉打開為止，然后邊振動(dòng)邊緩慢提升樁管，提升速度控制在0.8m/min。每提升0.4m振動(dòng)擠壓20秒，擠壓時(shí)長為樁管無法沉降為宜，如此重復(fù)，地基被擠密。如果灌砂量不足，需要在拔管過程中加料，以保證樁頂標(biāo)高及擠密效果滿足設(shè)計(jì)要求。5.8、樁管拔出孔口施工進(jìn)度至約距樁頂時(shí)，縮減成樁的高度，增加砂樁頂部的密度，防止斷樁。振動(dòng)擠密完成后，將樁管拔出孔口。5.9、孔口投料沉管移出樁體后，如果砂料未灌滿，改用人工投料，樁頂部位可用振搗棒振搗密實(shí)。5.10、機(jī)具移動(dòng)完成該樁后，樁管提升地面以上，樁機(jī)移至下一樁位。5.11、質(zhì)量檢測擠密砂樁的樁體的密實(shí)度，檢驗(yàn)頻率小于2%。樁體的承載力和樁體復(fù)合地基承載力開展靜載試驗(yàn)，測試頻率視項(xiàng)目的大小而定。檢驗(yàn)的方法一般使用動(dòng)探Ⅱ型。動(dòng)探Ⅱ型檢查擠密砂樁的基本原理是以每貫入30cm的錘擊數(shù)不低于標(biāo)準(zhǔn)值為符合要求。標(biāo)準(zhǔn)值隨深度的改變而變動(dòng)，結(jié)合工程的地質(zhì)構(gòu)造確定合格標(biāo)準(zhǔn)。質(zhì)量檢驗(yàn)后，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)形成檢查結(jié)果的文件，如果擠密砂樁的質(zhì)量不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)實(shí)施加樁或其他處理措施，處理完成后，重新進(jìn)行檢測評(píng)定。5.12、堆載預(yù)壓施工現(xiàn)場堆載預(yù)壓分別進(jìn)行了1次加載，2次加載，3次加載，實(shí)踐表明2次加載效果最好，即堆載預(yù)壓分兩期進(jìn)行加載。堆載預(yù)壓應(yīng)在地基擠密砂樁驗(yàn)收合格后進(jìn)行，堆載砂料取自兩側(cè)場地填砂，初步估計(jì)取砂厚度2.0m。砂料卸載時(shí)，再將其運(yùn)回原場地并按設(shè)計(jì)指標(biāo)要求分層壓實(shí)。為確保工程安全并方便圍堤外坡防護(hù)施工，距圍堤邊界20m范圍內(nèi)不取砂，并沿回填場地周邊形成循環(huán)臨時(shí)道路。本工程堆載預(yù)壓計(jì)劃加載高度4.5m，滿載時(shí)間5個(gè)月。擠密砂樁堆載預(yù)壓如圖4示。圖4堆載預(yù)壓示意圖圖4堆載預(yù)壓示意圖加載宜分二期進(jìn)行，首期加載高度3.0m，二期加載至設(shè)計(jì)高度。砂料運(yùn)距在60m以內(nèi)可采用推土機(jī)推砂，60m之外宜采用自卸車運(yùn)輸，堆載斷面采用挖掘機(jī)整理。靜載期間應(yīng)做好防護(hù)，防止風(fēng)吹雨刷，可采用土工布覆蓋，并用袋裝砂壓護(hù)，同時(shí)做好周邊排水。待滿負(fù)荷靜載時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求并檢測合格后方可卸載。砂料卸載開始后使用推土機(jī)向兩邊推土，直至兩側(cè)場地高程達(dá)到須分層壓實(shí)的基面標(biāo)高，然后整平壓實(shí)基面。多余砂土使用挖掘機(jī)配合自卸車裝卸，并按照業(yè)主要求均勻攤鋪。6、控制要點(diǎn)和安全措施6.1、控制要點(diǎn)(1）工程開始前應(yīng)選擇有代表性的機(jī)場跑道段開展試驗(yàn)，確定相關(guān)參數(shù)。（2）灌砂率應(yīng)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，砂土的含泥量低于3%。（3）拔管后應(yīng)確認(rèn)灌砂量是否滿足設(shè)計(jì)要求，如有不滿足要求及時(shí)與工程師溝通，進(jìn)行處理。（4）沉樁時(shí)垂直度不夠或受鄰樁施工影響，造成砂樁傾斜。樁位偏差不應(yīng)大于5cm，垂直度偏差低于1.5%。施工過程中校正樁管垂直度，相鄰樁采用間隔跳躍法，避免相互間影響。（5）拔管平均速率不能太快，避免破壞樁口。（6）擠密砂樁開始建設(shè)后應(yīng)檢測地基的承載力。（7）擠密砂樁滿足設(shè)計(jì)要求后，才可開展堆載預(yù)壓的施工。6.2、安全措施(1）工作人員應(yīng)按要求穿戴好防護(hù)用品。特種作業(yè)人員需要持證上崗。（2）項(xiàng)目部應(yīng)編制符合項(xiàng)目實(shí)際需求的應(yīng)急預(yù)案，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案的培訓(xùn)，并在項(xiàng)目現(xiàn)場開展相關(guān)的演練。（3）禁止在塔架起落及高空墜落范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，要有明顯的警示標(biāo)志，防止工人進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域。（4）振動(dòng)沉管樁施工時(shí)禁止超負(fù)荷使用。（5）按照“以人為本、預(yù)防為主、應(yīng)急響應(yīng)”原則進(jìn)行安全應(yīng)急管理。（6）組裝樁機(jī)時(shí)，安裝就位后，需要進(jìn)行空載試運(yùn)行。（7）每孔開始前后，應(yīng)細(xì)心檢查螺絲是否松動(dòng)，潤滑油是否泄漏或變質(zhì)等。7、結(jié)束語孟加拉機(jī)場跑道工程采用擠密砂樁對(duì)地基進(jìn)行加固處理是可行的。擠密砂樁施工方案適用于石料大多依靠進(jìn)口，難以廣泛使用，河道或海床中的沙土是回填工程的主要材料的國家，吹填沙土無法滿足地基對(duì)承載力、地震液化和變形要求的情況。采用擠密砂樁施工方案，通過擠密作用，提高了沙土的抗液化性能，砂土液化破壞表現(xiàn)為土體噴水冒砂、土體中建筑物上浮、土體開始滑