挤密砂桩在冲填区路基的应用

挤密砂桩在冲填区路基的应用【摘要】本文结合南昌市一工程实例，介绍了挤密砂桩地基处理的设计、施工及质量控制过程，指出了在冲填区路基地基采用挤密砂桩能取得较好的效果，使冲填区地基强度得到提高，改善地基的整体稳定性，并且均匀化，变形较小，经济效益较好。关键词：挤密砂桩加固原理施工方法一、工程概况南昌市某道路路基位于规划的赣江防洪堤与现有的防洪堤之间的冲填区，整个场地地面高程已冲填至23.5米以上，本场区均填筑中粗砂。根据勘探资料，工程范围内覆盖土层由上而下分部为：（1）冲填土：黄色，褐黄色，赣江河砂吹填，近期堆积，未经压实，相对密度多小于0.20，松散，厚度0～9.60米，变化大。（2）素填土：黄褐色、黄色，以中液限粘质土回填，局部含砂粒。填土时间长，主要分布在赣江河堤部位，可塑状。厚度2.00～6.00米。（3）中液限粘质土：褐黄色、黄色，以粉粘粒为主，局部含少量砂粒，中压缩性，可塑。厚度1.80～5.50米。（4）细砂土：黄色、灰黄色，颗粒粒径自上往下渐粗。局部夹中液限粉质土薄层。松散、饱和。厚度1.60～4.90米。（5）中砂土：黄褐色、黄色，矿物成分以石英为主。中密，饱和。厚度2.00～5.70米。（6）粗砂土：黄色、黄褐色，矿物成分为石英，中密，饱和，厚度1.30～3.40米。（7）砂砾土：黄色，矿物成分主要为石英。中密，饱和。厚度4.90～10.0米。冲填土及其以下的细砂土的地基容许承载力[R]=100KPa，且均为松散砂，沉降尚未完成，不能满足道路工程地质要求，应进行地基加固处理，设计处理方法为挤密砂桩。二、挤密砂桩的加固原理及设计方法与参数的确定2.1根据国内目前的主要设计理论，挤密砂桩主要通过以下三个作用起到处理可液化土和软弱土层的效果：（1）挤密作用：采用振动法往地基土中下沉桩管和一次拔管成桩时，于桩管下沉对周围软土产生很大的横向挤压力，使其孔隙比减小，增加了密实度。（2）置换作用：密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，形成“复合地基”，使承载力有所提高，地基沉降也变小。（3）排水作用：在软弱粘性土地基中，砂桩可以象砂井一样起排水作用，大大缩短了孔隙水的平均渗透路径，从而加快地基的固结沉降速率，加速软土的固结。2.2试验段设计参数：根据试验区地层条件，本试验段挤密砂桩区的设计参数如下：挤密砂桩直径50cm，桩位采用1.10米的等边三角形排列，即孔距（沿线路横向）采用1.10m，行距（沿线路方向）采用0.953m。设计平均桩长为12.5m，要求保证桩底穿过细砂层，进入砂砾层0.5m。2.3试验段处理效果分析通常标准贯入试验锤击数及静载试验是判别砂土是否可液化的指标，因此，在挤密砂桩施工一周后，试验段均进行了标贯试验、静载试验和砂相对密度的检测，以方便对设计参数进行调整。经试验，地基承载力特征值为120Kpa，成桩控制标贯值为10～13击（相当于承载力特征值为140～180Kpa），桩间土相对密度为0.68～0.75，可知，砂桩的挤密作用很明显，大幅度提高了地基强度，满足了设计要求。三、振动沉管砂桩施工方法结合试验段的效果，采用振动沉管法。它是在振动机的振动作用下，把套管打人规定的设计深度，套管人士后，挤密厂套管周围的土，然后再投入砂子，排砂于土中，振动密实、振动拔管成桩，多次循环后，就成为挤密砂桩。这种施工工艺处理效果较好，既有挤密作用又有振密作用，使桩与桩间土形成较好的复合地基，提高地基承载力、防止了砂土液化、增大了软弱地基土的整体稳定性。振动打桩示意图如下：振动打桩机打设砂桩作业示意图振动打桩机打设砂桩作业示意图减振器振动器钢套管活瓣桩尖砂下料斗活瓣桩尖钢套管锁轴3.1施工准备将原地面用推土机清表后，进行场地平整、压实，即可开始砂桩放样。测量放样首先应对业主提供的导线点、水准点进行校核，确认无误后方可进行线路中线的测量放样。然后根据线路中线桩和砂桩的布置图进行施工放样，测量要坚持“双检制”。桩位测量误差要控制在二分之一桩径范围内。用于砂桩填料的砂必须是级配良好的中粗砂，细度模数2.8以上，含泥量小于5%。机械设备选用浙江瑞安振冲工程机械厂生产的DZ60KSA振动沉桩机，内置平底活页式桩尖，并设有二次投料口。该机激振力为460KN。3.2施工工序

挤密砂桩施工工艺应按以下程序进行：整平原地面→机具定位→桩管沉入→加料振密→拔管→机具移位。（1）对桩位进行编号，以成桩先后为序，注明于布桩图上，然后在场地上放线，用塑料桩或竹桩定位，按序号施工避免张冠李戴。（2）导管必须高出设计桩长3～5米，桩头活页平底式。（3）桩架就位后，应该调整导杆的竖直度，提升桩管，将桩头活页闭合。（4）加压并开动振动锤，将钢管沉入至设计要求深度。

（5）在桩管内灌满水，为使砂料呈饱和水状态。（6）应按桩孔体积和砂在中密状态时的干密度计算其实际灌砂量，然后按1.3充盈系数估算用料量，一次上足或分两次投料。亦可超量投砂，即增投砂量，当桩管全部拔出地面时，仍剩余一些砂料。（7）边振边均匀缓慢拔出桩管，直至桩管全部拔出。桩管拔起时速度不能过快，根据试验确定，通常为2m/min。（8）在孔口部位进行反插。（9）移动机具，至下一桩施工。（10）施工完毕后，整平场地，测量标高，整理施工记录。3.3施工的注意事项（1）砂桩的成孔施工顺序为：先外排后内排，同一排桩间隔1~2个孔进行。（2）桩管拔起时速度不能过快，要根据试验确定，通常为2m/min。填砂量由试桩初步确定，实际施工时根据试桩确定的填砂量和施工过程中砂排出的难易程度进行控制。（3）逐步沉管法中，每段拔出高度和留振时间由现场试验确定。（4）向桩管内灌砂的同时，向桩管内通水，利于砂排出桩管。同时也要对灌入砂的含水量加以控制，对于饱和土层，砂可采用饱和状态，对于非饱和杂填土，或能形成直立孔的土层，砂的含水量可采用7%~9%。（5）桩管排砂不畅通时，可适当加大水压。3.4、砂桩的质量检验（1）砂桩施工结束后，应间隔一定时间方可进行质量检验。对饱和粘性土应待孔隙水压力基本消散后进行，间隔时间宜为1-2周，对其他土可在施工结束后3-5天。（2）砂桩处理地基可采用标准贯入方法检验桩及桩间土的挤密质量，以不小于设计要求为合格。桩间土质量的检测位置应在等边三角形的中心。（3）检验数量应不少于桩孔总数的2%，检测结果如有占检测总数的10%的桩未达到设计要求时，采取加桩或其他措施。（4）砂桩允许偏差及桩深桩径要求如下表：检查项目质量标准和允许偏偏差检查方法桩身垂直≤1.5L/1000(L为桩长)现场外观检查观测测桩架和桩管管垂直度桩位≤D/2(D为桩径径)查侧X、Y轴二个方向最大值值灌砂量满足每米灌砂量检查施工记录和钻钻孔检查标准贯入试验N≥10钻孔检查桩深≤100mm检查施工记录曲线线或钻孔检查查桩间土相对密度≥0.67