碎石桩处理软土地基的施工工艺研究

1、文章编号 :100926825(2007 0820130202碎石桩处理软土地基的施工工艺研究收稿日期 :2006211223作者简介 :孙勇军 (19722 , 男 , 工程师 , 中铁十五局第三工程有限公司 , 河南 洛阳 471000孙 勇 军摘 要 :通过对碎石桩复合地基作用机理的分析 , 介绍了碎石桩的施工工艺流程 , 并对其成桩工法进行了阐述 , 最后对质量检测方面进行了论述 , 以供类似工程参考借鉴 。 关键词 :碎石桩 , 复合地基 , 施工工艺 , 加固机理 中图分类号 :TU471. 8文献标识码 :A 软土是指滨海 、 湖沼 、 谷地 、 河滩沉积的天然含水高 , 空隙比

2、 大 , 压缩性高 , 渗透性差 , 抗剪强度低的细粒土 , 呈软塑流塑状 态 。 软土地基是指以软土为主 , 与粉砂 、 泥炭等一些其他土层相 间组成的地基 。 过量沉降是软土地基的病害之一 , 我国很多地区 都存在软土病害问题 。 由于软土的压缩性大 , 软土地基在路堤自 重作用下也会产生沉降 , 这种沉降将在相当长的时间内持续发 展 , 大大超过一般路堤的沉降量 。 严重时 , 不仅增加填土工程量 , 而且挡土墙 、 边沟和工程排水设施也会受到沉降的影响 , 进而导 致破坏 。 碎石桩是以碎石 (卵石 为主要材料制成的复合地基加 固桩 。 随着土木工程建设的迅速发展 , 土地基处理中得到

3、了广泛应用 , 地基本身问题的复杂性 , 的基础上 , 。1 碎石桩复合地基作用机理 1. 1 松散砂土的加固机理1 挤密作用 。 在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力 , 桩管体积的碎石挤向桩管周围的砂层 , 使桩管周围的 砂层孔隙比减小 、 密实度增大 。2 排水降压作用 。碎石桩加固砂土时 , 桩孔内充填碎石 (卵 石 、 砾石 和粗砂等反滤性好的粗颗粒料 , 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 , 防止砂土产生液化 , 并可加快地基的排水固结 。3 砂基预振效应 。 碎石桩在成孔及成桩时 , 振动锤的强烈振动 , 使填

4、入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振 , 对砂土增 强抗液化能力是极为有利的 。1. 2 粘性土的加固机理碎石桩加固粘性土主要的目的是提高地基承载力 、 减小地基 沉降量 、 提高土体的抗剪强度 、 增大土坡的抗滑稳定性 。其作用 主要有以下四个方面 。1 置换作用 。 对于粘性土地基 (特别是饱和软土 , 由于土的粘粒含量多 , 粘粒间结合力强 , 渗透性低 , 在振动力或挤压力的作 用下土中水不易排走 , 所以碎石桩的作用不是使地基挤密 , 而是 置换 。2 排水作用 。 碎石桩在粘土地基中形成一个良好的排水通道 , 起到排水砂井的效能 , 且大大缩短了孔隙水的水平渗透途径 , 加速软土

5、的排水固结 , 使沉降稳定加固 。3 加筋作用 。 如果软弱土层厚度不大 , 则碎石桩体可贯穿整 个软弱土层 , 直达相对硬层 , 此时桩体在荷载作用下主要起应力 集中作用 。 从而使软土负担的压力相对减少 , 结果与原天然地基 相比 , 复合地基的承载力提高 、 压缩性减少 。4 垫层作用 。 如果软弱土层较厚 , 则碎石桩体可不贯穿整个软弱土层 , 此时加固的复合土层起垫层作用 , 垫层将荷载扩散使 应力分布趋于均匀 , 从而可提高地基整体的承载力 , 减小沉降量 。2 施工工艺 2. 1或 “一边向另一 的施工 , 常常是外围的桩都加 , 就很难挤振开来 。在地基强度较低 的软粘土地基中

6、施工时 , 要考虑减少对地基土的扰动影响 , 因而 可采用 “ 间隔跳打” 的方法 。 当加固区附近有其他建筑物时 , 必须 先从邻近建筑物一边的桩开始施工 , 然后逐步向外推移 。 施工流 程如图 1所示 。2. 2 成桩工法2. 2. 1一次拔管法 1 施工机具 。 主要有振动打桩机 , 下端装有活瓣钢桩靴的桩管 、 移动式打桩机架 、 装碎料石斗等 。2 施工工艺 。 a. 桩靴闭合 , 桩管垂直就位 ; b. 将桩管沉入土 层中到设计深度 ;c. 将料斗插入桩管 , 向桩管内灌砂 ;d. 边振动边 拔出桩管到地面而成桩 。3 质量控制 。 桩身连续性 :用拔出桩管速度控制 。拔管速度

7、根据试验确定 , 在一般情况下拔管 1m 控制在 30s 内 。桩直径 :用灌碎石量控制 。 当实际灌碎石量未达到设计要求 时 , 可在原位再沉下桩管灌碎石复打 1次或在旁边补加 1根桩 。2. 2. 2 逐步拔管法1 施工机具 。 主要有振动打桩机 , 下端装有活瓣钢桩靴的桩管 、 移动式打桩机架 、 装碎料石斗等 。2 施工工艺 。 a. 桩管垂直就位 , 桩靴闭合 ; b. 将桩管沉入土层中到设计深度 ;c. 将料斗插入桩管 , 向桩管内灌砂 ;d. 边振动边031 第 33卷 第 8期 2007年 3月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol. 33No. 8M

8、ar. 2007拔出桩管 , 每拔出一定长度 , 停拔继续留振若干秒 , 如此反复进 行 , 直到桩管拔出地面而成桩 。3 质量控制 。根据试验 , 每次拔起桩管 0. 5m , 停拔继振 20s , 可使桩身相对密度达到 0. 8以上 , 桩间土相对密度达到 0. 7以上 。2. 2. 3 重复压管法1 施工机具 。 主要有振动打桩机 , 下端设计成特殊构造的桩管 、 移动式打桩机架 、 装碎料斗 、 辅助设备 (空压机和送气管 , 喷嘴 射水装置和送水管 等 。2 施工工艺 。 a. 桩管垂直就位 , 闭合桩靴 ; b. 将接管沉入土 层中到设计深度 , 如果桩管下沉速度较慢 , 可以利用

9、桩管下端喷 嘴射水 , 加快下沉速度 ;c. 用料斗按设计要求的数量向桩管内投 入碎石 ;d. 按规定的拔起高度拔起桩管 , 同时向桩管内送入压缩 空气 , 使填料容易排出 , 桩管拔起后核定填料的排出情况 ;e. 按规 定的压下高度再向下压桩管 , 将落入桩孔内的填料压实 ;f. 停止 拔管 , 继续振动 , 停拔和振动时间由设计或试验确定 。重复进行a f 工序直到桩管拔出地面成桩 。桩管每次拔起和压下高度根据桩的直径要求 , 通过试验确定 。3 质量控制 。测定填料的排出率 :桩管拔起到规定高度后 , 用测锤测定桩管内碎石面位置 施工 。3 质量检验 3. 1 1 。 利用量测工具 ,

10、对现场施工的碎石桩进行各项形态指标的测量和导向架垂直度的测量 。 检查施工记录 , 是否真实记录和反映现场客观情况 。2 土工试验方法 。通过对桩间土在加固前后物理力学性质指标 、 相对密实度等变化的测定 , 检验加固效果 。如含水量 、 重 度 、 孔隙比 、 压缩模量和抗剪强度指标等 。3 原位测试方法 。对于大量加固效果的检验是通过原位测试的方法来实现 , 主要是静力触探和动力触探试验 、 标准贯入试 验 、 静荷载试验 、 波速试验等 。a. 静力触探试验 :适用于粘性土 、 粉土 、 砂土及含少量碎石的土层 。 可测定比贯入阻力 、 锥尖阻力 、 侧壁摩阻力和孔隙水压力 。b. 动力

11、触探试验 :适用于强风化 、 全风化的硬质岩石 、 各种软质岩石及各类土 。 根据动力触探指标和地区经验 , 可以确定砂土 的孔隙比 、 相对密实度 , 粉土 、 粘性土的状态 , 土的强度 、 变形参 数 、 地基土承载力和单桩承载力等 。c. 标准贯入试验 :适用于砂土 、 粉土及一般粘性土 。可测定单孔标准贯入击数 N 与深度关系曲线 , 但不应依据单孔击数对 土的工程性质做出评价 , 而应利用地区经验 , 才能对砂土的密实 度和粉土 、 粘性土的状态 、 土的强度参数 、 变形参数 、 地基承载力 、 砂土或粉土的液化势 、 单桩极限承载力及沉桩的可能性等做出评 价 。 轻型标准贯入试

12、验只是锤重和落距相对减少 , 常用于地面和 浅部地层 , 基本原理和作用与标准贯入试验相同 。d. 荷载试验 :可用于确定岩土的承载能力和变形特性 。平板荷载试验适用于浅层地基 。 对荷载试验成果分析 , 可绘制压力与 沉降 、 沉降与时间关系曲线 , 利用压力与沉降曲线计算变形模量 。 根据压力与沉降 、 沉降与时间曲线的特征点或承压板周围地面的 变形 、 承压板下土体的侧向位移 , 确定临塑荷载和极限荷载 , 并提 供地基承载力 。e. 波速试验 :波在地基土中传播速度反映了土的特性 , 因此通过测定土的波速可确定土的动弹性模量和动剪切模量 。3. 2 质量检验的时间、 位置和数量由于在制

13、桩过程中对地基土的扰动 , 使其强度暂时降低 , 对 饱和土产生较高的超孔隙水压力 , 在这段时间里不能进行各种试 验 , 以免产生失真现象 , 而应该静置一定时间 , 让超孔隙水压力逐 渐消散 , 有效应力增加 , 土的强度恢复以后才可进行试验 。对粘 性土来说恢复期在二周以上 , 对砂土或粉土来说恢复期在一周以 上 。 检测点的位置 , 对碎石体测点应在桩体轴心 ; 对桩间土测点 应包括几根桩之间的形心点 。因为一般认为形心点是碎石桩加 固效果最弱的点 。 检测点的数量 , (除荷载试验 应不少 2%, 4, 经过方案比选 , 拟选用 。碎石桩按梅花形布 置 , 纵向间距 1. 8m ,

14、横向间距 1. 5m , 桩径 600mm , 桩长以穿透 软弱杂填土层为准 。 共施作了 978根 、 总计长 4669m 的碎石桩 , 抽取了 6%进行动力触探 N63. 5及复合地基载荷试验 , 贯入桩体10cm 的锤击数均大于 11击 , 单桩承载力可达 410kPa , 复合地基 基本承载力达到 320kPa 。 目前 , 该段铁路已投入运营 , 路基没有 发生不均匀沉降 , 地下水也得到了很好的排引 。工程实践证明 , 该铁路软弱杂填土体采用碎石桩加固处理可以取得良好的效果 。 参考文献 :1阎明礼 , 张东刚 . 碎石桩复合地基技术及工程实践 M .北京 :中国水利水电出版社 ,

15、2001. 11.2JG J 7922002, 建筑地基处理技术规范 S.3地基处理手册编写委员会 . 地基处理手册 (第二版 M .北京 :中国建筑工业出版社 ,1999.4刘松玉 , 方 磊 , 胡雪辉 . 干振碎石桩加固液化地基试验研究 J.工程地质学报 ,2000,8(4 :30231.5邵 俐 , 方 磊 , 刘松玉 . 沉管干振碎石桩对土层的挤密效应 J.东南大学学报 (自然科学版 ,2001,31(3 :40241.6李 斌 . 软弱地基加固问题探讨 J.山西建筑 ,2005,31(2 :66268.7邱 钰 , 刘松玉 , 黄 卫 . 沉管干振碎石桩对土层振动效应的试验研究 J

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