长螺旋孔内强夯碎石桩试桩总结.doc

晋红高速观音山立交连接线垃圾填埋段处治区长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩试桩总结一、 工程概况晋宁至红塔区高速公路位于云南省昆明市晋宁县及玉溪市红塔区境内，本项目路线总长49.3km。本工区属晋宁至红塔区高速公路第标段，主线全长1.340km(k33+910.47k35+259)，其中主线桥梁2座，匝道桥1座，涵洞2座，通道1座。主线公路等级为高速公路造价人才网，连接线等级为一级公路。主线整体式路基宽33.5m，分离式路基宽16.75m。观音山立交连接线愿设计止点与观音山经济开发片区中规划道路黄草坝路相连接，观音山立交连接线lk0+850lk1+332.783段经过建筑垃圾、生活垃圾填埋场，设计单位前期地质勘探钻孔揭示，lk0+891.5处垃圾厚度为22m，lk1+049处垃圾厚度为27.1m。现场实际情况为路基底部及两侧均有较深厚的垃圾，且立交连接线中心的收费站、收费站管理房及观音山隧道管理所均位于垃圾土层上，垃圾土厚度较大、堆积松散、工程特性较差，对建成后公路的沉降与不均匀沉降极为不利，也极大地影响到此路段今后的运营安全。根据晋红高速公路观音山立交连接线垃圾填埋段处治方案研讨会会议纪要及观音山立交连接线lk0+892.04lk1+332.783段处治设计，观音山立交连接线lk0+892.04lk1+332.783段处治措施分为两部分：浅层处治和深层处治。浅层处治措施是对路基主要受力区域，即路面标高下5m深度范围（路堑）或原地面5m深度范围（路堤）路基采用换填满夯处理，挖除该深度路基下垃圾土层，用片石、碎石、碎石土换填；深层处治措施是对路基下10m深度范围采用长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩+换填满夯方式进行基础加固。本次试桩位置选定在里程桩号lk0+892.040lk0+910.000段。试桩9根，编号分别为sz-1 sz-9，试桩桩径为0.5m，桩间距为1.5m,桩长为10.0m，采用长螺旋钻孔孔内强夯碎石成桩法。试桩环保人才网适用范围里程为lk0+892.040lk0+910.000段、lk0+945.000lk1+332.780段、lk0+967.580lk1+125.590段。二、试验目的施工前进行成桩工艺性试验，确定相应的参数：1、通过长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩试桩复核地质情况，验证施工工艺、施工参数、施工效果。2、确定长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工时的人员配置及作业组织，保证施工质量的控制措施。三、地形、地貌、地质情况1、概述(1)里程范围：lk0+892.040lk0+910.000段、lk0+945.000lk1+332.780段、lk0+967.580lk1+125.590段，处治总面积32700m2。(2)路基形式：工点范围内路基以挖方形式通过。2、天然地基的岩土工程特性（1）表层为人工弃土，褐黄、灰白色，以粘土、生活垃圾及建筑垃圾为主，厚度2227m；（2）第2层为粘土、棕黄、褐黄等色，硬可塑，地基承载力基本容许值180kpa,摩阻力标准值70 kpa，厚度25m；（3）第三层白云岩、灰岩：灰白色，强风化，岩芯呈碎块，地基承载力基本容许值800 kpa，摩阻力标准值190 kpa。四、试桩布置观音山立交连接线lk0+892.040lk1+332.783段处治设计中规定“孔位采用正三角形满堂布桩，桩距1.50m”。 试验区域选择在观音山立交连接线lk1+075.000lk1+105.000段，试验布孔采用三组每组三孔形式布孔，试区范围选定如图所示。 说明：a.图中 表示按方案1进行施工的试桩。b.图中 表示按方案2进行施工的试桩。c.图中 表示按方案3进行施工的试桩。五、试桩主要施工机械配备 试桩机械配备表 表1序号材料及机械名称规格型号单位数量1长螺旋钻机zkl800bb台12履带式夯实机450mm锤重10t台13水准仪al32台14全站仪djd2a台15履带式推土机105kw台16光轮压路机1215t台17机动翻斗车1t台1六、试桩人员配置计划每天施工人员19名，其中司机5人、杂工6人（包括清土、填料）、管理人员8人（安全员2人）。七、试桩施工时间安排试桩时间：2015年24月1日2015年7月25日八、试验方案选择本次试验采用长螺旋钻机造孔，为取得最佳试验参数，根据设计要求及孔内深层强夯技术规程（cecs197:2006）,监理工程师论坛选定以下三种施工方案：1、方案1：采用长螺旋钻机成孔，hj35m强夯击分层夯实，每次加料0.45m3，锤重3.5t,落距4m，每层锤击5次。2、方案2：采用长螺旋钻机成孔，hj35m强夯击分层夯实，每次加料0.66m3，锤重3.5t,落距4m，每层锤击6次。3、方案3：采用长螺旋钻机成孔，hj35m强夯击分层夯实，每次加料0.66m3，锤重3.5t,落距4m，每层锤击:7次，桩底空夯2击。八、施工方法及工艺本次试桩全部采用了长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩的施工工艺。1 、长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工工艺流程： 清理平整场地布 置 桩 位钻 孔钻 孔 检 测孔 内 填 料柱锤分层冲夯成 桩 检 测施工机具移位施工机具就位备料及检验初步确定施工参数2、施工步骤(1)施工准备.垃圾挖除至路基底面高程下3.0m，用推土机平整场地，铺设工作平台碎石30cm，作业场地作好排水设施，确保施工场地不积水。 根据设计图纸用全站仪精确放出长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩处理范围边线，中间桩位拉钢尺定位，插竹钉标识。自检合格后及时向监理工程师报验。(2)钻机就位：钻机就位后，采用在钻架上挂垂球的方法测量钻具的垂直度。每根桩施工前现场工程技术人员进行桩位对中及垂直度检查，检查合格后方可开钻，记录好桩位偏差和垂直度。(3)钻进成孔：采用长螺旋钻机钻孔成孔，成孔直径500mm，深度达到设计要求。钻孔时，先慢后快，同时检查钻孔的偏差并及时纠正。在成孔过程中发现钻杆摇晃或难钻时，应放慢进尺，防止桩孔偏斜、位移和钻具损坏。(4)孔内填料、成桩：用标准料斗或运料车将拌和好的填料分层填入桩孔，用柱锤夯实形成桩体。锤的质量、锤长、落距在确定的情况下，通过工艺试验确定分层填料量、夯击次数。每个桩孔应夯填至桩顶设计标高以上至少0.5m。施工中应设技术人员作好每根桩的记录，并对发现的问题及时进行分析处理。(5)移机：施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩施工。孔内强夯碎石法施工夯击能量大，易发生地面隆起，造成表层桩和桩间土出现松动，从而降低处理效果，因此成孔及填料夯实的施工顺序宜间隔进行。（6）虚桩及桩间隆起土挖出：因本工程基础施工采用低能量满夯，故虚桩及桩间隆起土应予以挖出捣实，铺设30cm褥层后，方可开始满夯施工。满夯施工后，铺设210m片石、30cm碎石土垫层。九、施工质量标准保证项目内容为：桩体数量、孔径、桩长、填料数量和质量必须符合设计和规范规定，桩身压实系数c、桩身挤密系数c必须满足规范。并最终以处理后的复合地基承载力的特征值fak是否满足设计要求为最后结论。 长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩质量验收标准项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1桩体及桩间土干密度设计要求现场抽样检查2桩长mm500测桩管长度或垂球测孔深3地基承载力设计要求按规定方法4桩径mm-20用钢尺量一般项目1土料含量%5试验室焙烧法2粒径mm5筛分法3桩位偏差mm满堂布桩0.40d条基布桩0.25d用钢尺量，d为桩径4垂直度5观察机械垂直度标志5桩径mm-20用钢尺量保证项目必须全部达标，允许偏差项目在抽检点数中保证90%以上达标。十、试桩施工参数1、单桩成桩时间单桩成孔时间统计表桩号开始时间结束时间打桩时间（min）sz-114:1014:2010sz-216:1016:2010sz-317:2517:3712sz-48:408:5515sz-511:3511:4510sz-613:1813:279sz-714:0614:1913sz-815:0415:2117sz-916:3216:4613平均值12注：因实验过程中钻机行走1.5m需要68分钟，而实际施工为跳孔施工，钻机实际需行走距离为3.0m，缠绕物清理约20min，故平均单桩成孔时间约为50min。2、夯能及夯击次数单桩夯能及夯击次数统计表桩号锤重（t）落距（m）夯能（kn.m）分层填量（m3）夯击次数成桩时间（min）sz-13.54137.20.455sz-23.54137.20.455114sz-33.54137.20.45580sz-43.54137.20.666sz-53.54137.20.666170sz-63.54137.20.666100sz-73.54137.20.66750sz-83.54137.20.66770sz-93.54137.20.66780平均值95注：试验桩每孔夯击成桩平均耗时约为（含移位耗时）100min，设备最佳配置为一钻二冲。3、充盈系数各桩充盈系数统计表（一）桩号设计桩长（m）实灌碎石量（m3）设计碎石量（m3）充盈系数备注垃圾土粘土sz-1104.51.96252.3/sz-2104.051.96252.1/sz-3104.051.96252.1平均值12.65.88752.1sz-4103.541.96252.091.38进入粘土4msz-5103.291.96251.961.25进入粘土4msz-6103.291.96251.891.36进入粘土4m平均值1.981.33sz-7103.541.96251.8/sz-8103.541.96251.8/sz-9103.541.96251.8/平均值10.625.88751.8试桩各段充盈系数统计表（二）sz-1段长（m）9以下6.7966.756453.342.33.31.42.30.51.400.5充盈系 数2.001.302.432.001.002.861.301.441.561.00sz-2段长（m）8.3以下7.38.36.27.35.16.23.75.12.33.71.32.30.51.300.5充盈系 数1.761.302.092.001.501.211.301.631.00sz-3段长（m）8.1以下6.58.15.16.53.55.12.53.51.62.50.71.600.7充盈系 数1.581.311.071.311.501.671.781.00sz-4段长（m）7.1以下57.13.251.53.20.81.500.8充盈系 数1.381.481.671.292.141.00sz-5段长（m）7.6以下5.37.62.85.31.02.80.71.000.7充盈系 数1.251.132.201.003.331.00sz-6段长（m）7.8以下5.57.83.85.51.23.80.71.200.7充盈系 数1.361.651.471.082.401.00sz-7段长（m）6.6m以下5.26.63.65.21.43.60.91.400.9充盈系 数1.151.862.001.182.801.00sz-8段长（m）7.1以下5.17.13.25.11.53.20.81.500.8充盈系 数1.381.551.111.292.141.00sz-9段长（m）7.8以下4.87.81.24.80.61.200.8充盈系 数1.360.601.062.001.00注：1、设计充盈系数为1.44。 2、在单击夯能均为137.2 kn.m的情况下，分层填量0.45 m3，夯击次数为4时（总夯能548.8 kn.m），垃圾土充盈系数2.1；分层填量0.66 m3，夯击次数为7时（总夯能960.4 kn.m），垃圾土充盈系数1.8；分层填量0.66 m3，夯击次数为6时（总夯能823.2 kn.m），垃圾土充盈系数1.98，粘土充盈系数为1.33。 3、由sz-46与sz-79实验数据对比分析可知：1、粘土层的密实度远大于垃圾土的密实度，导致相同夯能情况下粘土的充盈系数小于垃圾土的充盈系数；2、由于粘土层对桩的约束作用，使桩体及桩间垃圾土碎石密实度加大，在总夯能较小时，充盈系数反而加大，故在相同情况下，加固效果更加明显。4、试桩孔位采用正三角形布桩，桩距1.50m，实际施工中采用的是分序加密法，同序桩桩距3.0m，试验数据更接近分序挤密的最终结果，其他次序桩的充盈系数将会更大，而三组试桩的充盈系数均大于1.8，远大于设计平均充盈系数1.44的要求，为节省材料，加快施工进度，实际施工时应对选定的试桩参数进行进一步调整，从sz-13可知：在分层填量0.45 m3，单击夯能均为137.2 kn.m的情况下，3击充盈系数约为1.58，可满足设计要求；从sz-79可知：在分层填量0.66 m3，单击夯能均为137.2 kn.m的情况下，6击充盈系数约为1.54，可满足设计要求；从sz-46可知：在在分层填量0.66 m3，单击夯能均为137.2 kn.m、桩体下部作用在粘土持力层上的情况下，5击充盈系数约为1.65，可满足设计要求。5、由sz-13与sz-79实验数据对比分析可知：桩底空夯可有效改善桩底应力结构，减少填充材料，降低工程成本。 6、由试桩各段充盈系数统计表sz-19实验数据对比分析可知：深层垃圾土由于其本身密实度不同导致各层充盈系数变化无规则性，基本成不规则柱桩体；1.0m以下的表层垃圾土由于上部垃圾土对其的限制作用越来越小，导致各层充盈系数逐渐加大，基本成不规则漏斗状；1.0m以上的表层垃圾土由于下部碎石的上翻挤密导致各层充盈系数突降直至为1.0。十一、检测方式方法及相关要求1、检测方法和设备施工完成后及时清除成桩弃土并运至弃土场。清运时不得扰动桩间土，不可破坏未施工的桩位。因长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工完后尚需满夯处理，故仅需清除桩头表面杂土即可。2、桩基检测方式及检测指标本次检测采用重型动力触探法，按设计、业主、监理要求，抽取符合桩龄、桩点要求的成桩进行检测。检测深度以成桩深度为准，从桩顶至桩底连续贯入，现场记录每贯入10cm的锤击数，检测参数为桩身密实度，检测数据为每贯入10cm的锤击数，符合要求条件为“每贯入10cm的锤击数不小于20击”。桩间土的检测采用标准贯入试验，检测点选择在每一个检测桩点对应的桩间土区域，检测深度为成桩深度，检测方法为每米进行一次标准贯入试验，将63.5kg的穿心锤提起，使其自由下落，落距76cm，将标贯器竖直预打入土层15cm，记录以后打入土层30cm的锤击数。符合要求条件为“每30cm的锤击数不小于15击”。桩间土的检测之所以对应每一个检测桩点，是因为在碎石桩施工时，若遇地下松散软弱层，在成桩机械的振冲下，碎石材料会产生向桩径以外挤扩，这种情况在采用动力触探进行检测时也会发生，从而导致动探击数连续偏低的现象，这属于地层客观原因引起，与施工认为因素关系不大。而另一种动探击数偏低的情况则属于振冲不实甚至断桩引起的，纯属施工质量问题。为客观的区分这两种情况，对每一检测桩点和桩间土的检测采取一一对应的关系，以使检测和判定结果尽量客观真实。3、检测依据本次检测依据以下规范和标准：岩土工程勘察规范（gb50021-2001）（2009版）建筑地基基础设计规范（gb50007-2011）建筑地基处理技术规范（jgj 79-2012）建筑地基基础施工质量验收规范（gb 50202-2013）4、检测资料整理和解释（1）将动力触探和标准贯入原始数据按深度和击数整理成统一的原始数据表格；（2）按“深度击数”绘制单桩动力触探试验曲线和标准贯入试验曲线；（3）对同一桩点和对应的桩间土检测，按深度求取横向上的平均击数，并与桩间土的标准贯入试验结果进行对比，分析检测结果可能出现的异常情况和原因。（4）按前述标准给出判定结果汇总表和检测合格率。5、检测报告的提交每一桩点和对应的桩间土检测结束后，三日内向甲方提交检测结果2份；整个检测项目结束后向甲方提交总体检测报告4份。十二、桩基检测情况：2015年8月13日我们云南交通土木工程检测研究中心对所做的9根长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩及桩间土进行了触探检测，具体数据如下表：序号部位分层厚度（m）层间击数(击)夯击能（kn.m）贯入深度（cm）平均贯入击数检测结论1sz-10.455137.2102sz-20.455137.21011.5合格3sz-30.455137.2104sz间1305sz-40.666137.2106sz-50.666137.2107sz-60.666137.2108sz间2309sz-70.667137.2109.23合格10sz-80.667137.2109.76合格11sz-90.667137.2108.19合格12sz间330检验结论：本次检验桩基4根，质量等级评定均为合格；详见附件“触探检验报告”。十三、试桩结论1、施工工艺(1)长螺旋钻孔工艺在垃圾区长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩施工中的应用效果：能较好地保证长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩的成孔质量，可用于垃圾区孔内强夯碎石桩施工。垃圾区较大的砼块和块石严重影响成孔速度，采用长螺旋钻机和孔内强夯机搭配成孔，效果更为显著。垃圾区的塑料袋、编织袋等会缠绕螺旋钻头，导致功效降低，且清理耗时较长。(2) 长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩质量控制的重点；利用吊放十字圆环方法检查孔的垂直度和孔径，利用有长度标记的线锤检查孔深。桩体碎石填料含泥量5%，粒径5cm；填料分层夯实，每次严格按试验方案填入碎石，落锤稳、准、狠，确保符合工艺要求的夯击能量，严禁违章打溜锤、空锤和偏锤；严格按照现场试验确定的柱锤直径、长度、质量、落距、分层锤击击数等施工参数组织施工；进行夯击时，要求桩锤能自由落体达到孔底，防止锤击能量损失。要求下料、夯击交替均匀进行，直至桩顶。长螺旋钻机造孔，孔底存在部分扰动和虚土，因此在成桩前应对孔底垃圾土夯实，空夯2击，落距4m，以利于发挥桩端阻力，提高承载力。 褥层的主要作用是调整桩-土应力分担比，减小桩顶的应力集中现象，充分发挥桩体和桩周垃圾土的承载力。褥垫施工宜采用 1.552.20kw的平板振捣器，压实与虚铺厚度之比不得大于0.9。 褥垫层施工前要先进行验槽，表面压实；垫层底面应设在同一标高上，如深度不同，可挖成阶梯搭接，搭接处应夯压密实，并按先深后浅的顺序进行施工。褥垫层分段施工时，接头处应做成阶梯，每层错开0.51.0m，并应充分捣实。作好施工记录，尤其是填料数量与夯填工艺的有关数据的记录，交接班时应按桩位编号图进行核对，使记录与编号一致，以免出现漏桩。严格按照孔内深层强夯法技术规程（cecs197：2006）进行施工，做到“逐桩施工、逐桩验收”。确保桩体的强度及桩间垃圾土的挤密效果，使处理后的地基承载力满足设计要求，均匀性改善。成桩桩头应保持夯坑深度到达虚桩桩顶标高，以保证桩头部位强度。采用先外排后里排，隔行、隔列、间隔跳打的方法四遍成孔、成桩。褥垫层铺筑前应挖出虚桩及隆起的桩间垃圾土，对桩顶进行补夯，以保证桩体密实度达到设计要求。2、相关参数的选定（1）分层厚度：（2）层间击数：（3）孔内夯击能：3、不利因素分析及解决方案：1、桩间垃圾土强度低，侧限作用小，对桩的约束作用差，使桩体碎石不易密实，在成桩过程中，由于冲击及侧向挤压力作用，桩间垃圾土发生剪切扰动，导致桩间土承载力不足，甚至桩间垃圾土承载力降低。解决方案 ：（1）减小孔内强夯分层厚度和击数、降低夯击能、缩小桩距。（2）桩基施工前对垃圾土土层及褥层进行压实处理。2、桩体及桩间垃圾土密实度不足：填料粒径及级配，夯实参数和施工工艺、检测前桩顶轻能击平夯及桩间土满夯等对施工质量影响较大。从三组试桩取得的参数可知:垃圾土埋深相对较浅时，上部垃圾土对碎石的约束力较小，充盈系数会逐渐增大，对桩间垃圾土的隆起影响更大，故应适当减小夯能，避免桩间垃圾土的隆起过大，从而导致桩间垃圾土的密实度不足，承载力降低。相同地质条件下，平均单位面积承受的总夯能越大，深层垃圾土充盈系数越高，桩间垃圾土的密实度越大；孔内强夯分层厚度、单击夯能相同的情况下，夯击次数越多，挤密程度越高，但夯击次数过多会导致材料的浪费；孔内强夯分层厚度、单击夯能相同的情况下，夯击次数越少，挤密程度越低，从而会导致桩体强度偏低，桩间土挤密效果差，地基加固处理效果不理想。解决方案：桩体及桩间垃圾土表层采取轻能击，成桩挖出虚桩和隆起垃圾土铺筑褥层后用平底锤满夯一遍。选定孔内强夯分层厚度后，严格按最终确定的方案控制各层夯击次数。3、复合地基承载力偏低孔内深层强夯法以其特殊的锤形，通过高动能、超压强在孔内深层强夯，使孔内的填料在超压强状态下动力固结，桩间土得到强力挤密的地基处理技术。该工法理论上其复合地基的桩体承载力高，但桩间土承载力偏低。说明土的挤密效果较差，复合地基的承载力主要来源于碎石桩体的承载力,因而桩和桩土间的刚度分配差异较大，复合地基的刚度均匀性较差。本工程为国内首例采用长螺旋钻孔孔内强夯碎石桩工艺处治垃