振动沉管砂石桩地基处理施工工法

PAGEPAGE11振动沉管砂石桩地基处理施工工法1前言砂石桩为砂桩、砾卵石（砾石）桩、碎石桩的统称，是一种简单、经济、有效的地基处理方法。振动沉管砂石桩地基处理工法是利用桩机施工机械设备，将人工级配的砂石料或合格的天然级配砂石料按一定比例拌合，经振动沉拔管后形成砂石桩。其与桩间土共同作用形成复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉降、降低液化等级等加固目的。2特点2.0.1砂石桩结合了砂桩密实度好与石桩承载力高的优点，具有挤密、置换和排水固结的作用。2.0.2本工法与强夯法相比，噪音小，振动影响范围较小。2.0.3砂石资源丰富，可就地取材，施工成本低，可节约钢材、水泥等。2.0.4施工工艺简单，易于保证质量，缩短工期，降低工程造价。3适用范围该工法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基；适用于由饱和粉土、粉砂土构成的可液化地基。对变形控制要求不严的饱和粘土地基工程也可采用砂石桩进行置换处理。对变形控制要求严格的饱和粘土地基工程，可采用砂石桩与刚性长短桩相结合形成复合地基。4工艺原理4.0.1挤密砂石桩加固砂性土和可液化地基时，在振动沉管过程中对地基土产生振动和对桩间土产生横向挤压力，使土颗粒重新排列，空隙比减小，密实度增大。通过振动重复拔压管施工使填入的砂石料密实，形成挤密砂石桩，与挤密的地基土共同作用形成复合地基，以达到提高地基承载力，减小沉降的目的。同时，因砂石桩在振动沉管成桩过程中会造成地基土的剧烈振动，对液化土产生预振作用，从而提高砂性土地基和可液化地基的抗液化能力。4.0.2置换砂石桩加固软粘土地基时，由于软粘土含水量高，透水性差，砂石桩很难发挥挤密作用，其主要作用是部分置换并与软粘土形成复合地基，同时加速软土的排水固结，从而提高软基的承载力。4.0.3排水固结砂石桩所采用的砂石材料为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减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程振动沉管灌注桩施工工艺流程见图5.1-1、图5.1-2。施工准备逐次拔管施工准备逐次拔管一次拔管重复拔插管桩管就位闭合桩靴沉管至设计深度向桩管内灌砂测量放线振拔桩管振拔桩管至一定高度拔管至规定高度按规定反插留振停拔留振若干秒反复拔插管并留振至地表图5.1-1施工工艺流程图5.1-2施工工艺流程(a)桩尖对准桩位；(b)沉管至设计标高；(c)灌注砂石料；(d)振动拔管，张开活瓣下料；(e)拔管到一定高度向下反插并留振；(f)向上振动拔管；(g)拔管至地表5.2操作要点5.2.1施工准备1组织人员、材料、机械设备进场。桩机进场后进行编号、组装及验收，对桩管刻度、上料斗及装载机装料斗体积进行标定。桩尖一般选用4块活瓣组成的扩大头圆锥形桩尖，其密封性及开启角度应符合要求。（打桩机及桩靴见图5.2.1-1图5.2.1-1(a)振动打桩机(b)活瓣桩靴1-桩机机架；2-减振器；3-振动器；4-钢套管；5-活瓣桩尖；6-装砂石下料斗；7-机座；8-活门开启限位装置；9-锁轴2布桩图。根据工程地质条件、设计图纸及试桩实验确定桩的直径、桩的长度、桩的平面布置形式和桩距等。桩平面布置可按照三角形（梅花状，见图5.2.1-2a）、正方形（见图5.2.1-2b）或矩形（见图5.2.1图5.2.1-2a图5.2.1-2b图3确定施工顺序。在砂性土地基中，施工顺序应从外围或两侧向中间进行，以挤密为主的砂石桩，布桩间距较小时宜隔行施工（见图5.2.1-3a）；在软粘土地基中，砂石桩宜从中间向外围或隔行施工（见图5.2.1-3b）。临近建筑物的施工区域，应背离建筑物方向进行（见图5.2.1-3c）；在路堤或岸坡上施工，应背离岸边或向坡顶方向进行（见图图5.2.1-3a图5.2.1-3b图5.2.2测量放线根据工程测量控制点、设计图纸及布桩图对现场进行放样。用木桩标记控制点，用白灰标出控制线并点出桩位。5.2.3桩管就位闭合桩靴桩架就位后，应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直。调整导杆的竖直度，提升桩管，将头活页闭全，桩尖对准桩位，准备沉管。垂直度偏差不应大于1.5％。成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm。5.2.4沉管至设计深度1加压并开动振捶，将桩管沉入至设计深度。根据设计桩长，结合地勘报告及施工电流的变化控制桩长，确保设计桩长以及桩尖进入持力层。2沉管时，如果遇到局部硬土层或孤石，应立即停机，在桩位旁边试打，确定硬土层范围，制定相应的处理措施。否则，不仅会损坏机械设备，还会造成短桩，降低施工质量。当遇到局部硬土层或孤石时，可采用挖掘机挖除后再施工。面积较大时，可挖除后再换填相同级配的砂石料，并做好相关记录。3沉管时，如果遇到淤泥，桩管在没有开动振锤的情况下向下沉管，此时应停止施工。可挖除淤泥后局部换填相同级配的砂石料，再进行砂石桩的施工。5.2.5向管内灌砂石1确定实际灌砂石量：根据试验确定的设计参数，按桩孔体积和砂石在中密状态时的干密度计算其理论灌料量。考虑到已成桩直径比设计直径大和施工过程中的损失，因而实际灌砂量要比理论计算的砂石量大一些。可按下式（5.2.5-1）估算：S=（5.2.5-1）式中：S—填砂石量(kN)；A—为砂石桩的截面积(m2)；l—砂石桩桩长(m)；ds—砂石桩的相对密度；e—地基挤密后要求达到的孔隙比；ω—砂石料的含水量(％)。2将每米及每增加1米砂石桩所需的计算灌料量表贴在每台桩机上，保证砂石桩的设计桩长和密实度。3一次上足或分次投料，亦可超量投砂石。当桩管全部拔出地面时，仍剩余一些砂石料，一般大于300㎜。因成桩过程中不停地振动，导致桩顶余料多为碎石。为保证施工质量，可人工添加砂料与桩顶碎石振捣均匀。4在施工过程中，如果遇到实际灌砂石量远大于计算砂石量还不能成桩，应立即停止施工，避免原材料浪费。查看地勘报告并分析原因，如地下是否存在化粪池等构筑物。5.2.6拔管至地表拔管前桩管必须灌满砂石混合料，填料不足时应向管内添足。先留振1min后再打开活瓣桩尖提升桩管，避免引起短桩。桩管拔起时速度不能过快，通常的拔管速度为2m/min1一次拔管法是按规定控制拔管速度，边振动边拔管，不留振不反插，直至整根桩管被拔出至地表。2逐次拔管法是每拔管至一定高度，停止拔管并留振数秒，直至整根桩管被拔出至地表。通常每拔管1.0m～2.0m留振10s。3重复拔插管法是每拔管至一定高度，按规定向下反插并停振数秒，重复拔插管直至整根桩管被拔出至地表。通常每拔管1.5m～2.0m反插0.5m并留振10s。5.3劳动力组织根据工程量、工程进度要求等情况安排。桩机操作工人、装载机操作工属特种作业人员，必须按规定持证上岗。现以每台桩机施工所需为例，劳动力组织情况见表6.3。表6.3劳动力组织情况表序号工种所需人数1桩机操作工12上料工13装载机操作工14辅助工16材料与设备6.1材料6.1.1材料要求1砂：中粗砂或中、粗混合砂，含泥量不大于3%。含水量要求在饱和土中施工时采用饱和状态；非饱和土中施工时，含水率为7-9%。有机质含量应符合相关规定。2石：级配良好的碎石、砾石、卵石等，粒径一般不大于50mm，含泥量不大于3%，有机质含量应符合相关规定。6.2设备6.2.1主要施工机具设备

1振动打桩机见表6.2.1。表6.2.1国产常用振动打桩机振动打桩机型号、名称技术性能适用桩孔直径（㎝）最大桩孔深（m）70-80振动打桩机激振力70-80（KN）22-275-6100-150振动打桩机激振力7100-150（KN）27-336-7150-200振动打桩机激振力150-200（KN）33-407-8ZJ40激振力230-260（KN）35-4018ZJ60激振力280-345（KN）40-5025DZ25激振力550（KN）40-50252

其它主要施工机具设备：全站仪、水准仪、装载机、电焊机和水泵等。7质量控制7.1质量控制标准7.1.1符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）等相关技术规范的规定。7.1.2符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）等相关验收规范的规定。7.1.3在工程施工过程中的质量控制应参照企业标准的规定。7.2质量保证措施7.2.1砂石规格、含泥量、有机质含量等应符合相关规定。7.2.2桩机进场组装完成后，应通知各相关方对桩机进行验收，并对桩管刻度和上料斗体积进行标定。7.2.3砂石桩大面积施工前，应选择具有代表性的区域进行试打桩，以验证设计参数的适宜性。根据试验区域的试打桩情况及试验结果调整设计参数。7.2.4沉管施工前和成桩过程中应经常校正桩管垂直度，避免砂石桩倾斜或影响已施工的邻桩。沉管过程中，确保桩尖沉至设计深度。遇到硬土层、孤石或地下障碍物应立即停止施工，避免出现短桩。7.2.5严格控制投料量以达到设计规定的充盈系数。确保桩管内的加水量。避免因灌料量不足，砂石料含水率不佳造成桩身疏松不密实，出现短桩或断桩，影响桩身承载力。7.2.6拔管时，应注意电流的变化，严格按工艺性试桩提供的技术参数及成桩步骤控制拔管高度和拔管进度，保证桩身的连续性。避免拔管速度太快、塌孔、卡管活页打不开等原因形成断桩。拔管过程中出现卡管现象时，要整修活页，使活页灵活打开。7.2.7施工过程中，应及时将已完成或有异常的桩在布桩图上分别做记号。如实填写施工记录，确保砂石桩的充盈系数、桩位偏差、垂直度、标高、桩径偏差等符合要求。做好施工记录和技术档案管理。7.2.8砂石桩工程质量检验标准，见表7.2.8。表7.2.8砂石桩工程质量检验标准项目序号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灌砂石量%≥95实际用砂石量与计算体积比2地基强度设计要求按规定方法3地基承载力设计要求按规定方法一般项目1砂石料的含泥量%≤3试验室测定2砂石料的有机质含量%≤5焙烧法3桩位mm≤50用钢尺量4砂石桩标高mm±150水准仪5垂直度%≤1.5经纬仪检查桩管垂直度7.2.9质量检测1施工结束后应选取有代表性的地段做地基强度或地基承载力检验。除砂土地基外，应间隔一定时间后方可进行质量检验。对粉土地基间隔时间为2～3周；对粘性土地基为3～4周；对砂土和杂填土地基，不宜少于7d。

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砂石桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，对桩体可采用动力触探试验检测，对桩间土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法进行检测。桩间土质量的检测位置应在等边三角形或正方形的中心。检测数量不应少于桩孔总数的2%。8安全措施8.0.1严格执行安全法规、安全技术规程的各项规定，做到安全文明施工。8.0.2对操作人员进行安全交底，严禁违章作业。进入施工现场的人员必须带好安全帽，高空作业时必须系安全带，特种作业人员必须持证上岗。禁穿“三鞋”(拖鞋、硬底鞋、高跟鞋)，禁止赤脚、光背。8.0.3现场临时用电应按《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）的规定，由专职人员布设和维修。每台机械、设备应做到配置专用开关箱，符合“一机、一闸、一漏、一箱”的要求。使用电动工具时应穿胶鞋，戴绝缘手套，湿手不得接触开关。8.0.4现场施工人员和操作工人严禁溜岗、离岗、顶岗、替岗，严禁上班时间酗酒、赌博、打架斗殴，严禁酒后上岗作业。9环保措施9.0.1在施工过程中应遵守《建筑施工现场环境与卫生标准》（JGJ146-2004）。9.0.2合理布置施工现场，按规定进行功能分区，设置标牌标识等。及时清理现场散落的材料和垃圾，设置排水措施排除现场废水，保持现场整洁。9.0.3运输砂石料的车辆应进行覆盖，道路要经常维护和洒水。使用和维护机械时，应有机油防滴漏措施，严禁造成土地污染。9.0.4合理安排施工作业时间，尽量避免夜间施工，避免施工噪声扰民。10效益分析10.0.1提高地基承载力砂石桩结合了砂桩与石桩的优点，密实度好承载力强。在振动沉管过程中对地基土产生振动和挤压作用，使桩周围土的孔隙比减少，密度增大，土层的含水量降低，压缩模量增大。经挤密、置换和排水固结等作用，砂石桩与桩间土形成的复合地基，其承载力超过天然地基。10.0.2减少沉降量砂石料按一定比例混合，在振动施工过程中，石与石之间的缝隙被砂所填充，形成密实的砂石桩。周围土体经振动和挤压后被挤密。砂石桩与桩间土形成密实的复合地基，沉降量小于天然地基。10.0.3降低液化等级砂石桩用于处理可液化地基的有效性，已为国内外不少实际地震和试验研究成果所证实。同时地震产生的液化也会受到砂石桩的制约。10.0.4缩短工期，降低造价砂石资源丰富，可就地取材，施工成本低，可节约钢材、水泥。施工工艺简单，有利于缩短工期，降低工程造价。10.0.5施工噪声小，振动较小砂石桩施工时，与强夯法相比，施工噪声小。振动成桩过程中产生的震动波主要为纵波，向下传递，横波较小，影响范围一般距震中（即桩中心）10米左右。因此，振动沉管砂石桩施工工艺可用于临近村庄、居民区域以及建构筑物工程的地基加固处理。11应用实例本工法成功地应用于厦门“金桥”卷烟厂技术改造地面硬化处理工程，厦门电力进岛第一通道软基处理工程和厦门金科宇航发动机维修地基处理工程等，工程质量满足规范和合同要求。现以厦门“金桥”卷烟厂技术改造地面硬化处理工程联合工房为实例。11.0.1工程概况厦门“金桥”卷烟厂技术改造地面硬化处理工程位于厦门市海沧区新阳镇祥露村。联合工房建筑面积为97990m2，结构形式为钢砼框架结构，部分为网架和钢架结构。工程地质土层情况从上而下为：①人工填土0.4～10.20m；②耕植土层0.2～2.7m；③粘土层0.2～3.1m；④淤泥层0.4～4.9m；⑤粘土层0.6～1.7m；⑥粉质粘土层0.6～6.7m；⑦含泥中砂层0.4～7.6m；⑧粘土层0.5～3.5m；⑨含泥砂层0.5～7.9m；⑩花钢岩层0.4～13.6m。新堆填人工填土主要为素填土，由粘性土组成，未经压实，未完成固结。因场地紧邻居民区，上部的回填土无法采用强夯的处理方式，而已回填的土已不可能再分层碾压。根据现场实际情况、工程地质条件以及荷载要求,经研究决定本工程采用振动沉管砂石桩法对联合工房、食堂、香精香料调制中心、动力中心、废料中转站、叉车充电间共六个单体工程进行地面硬化处理。经处理后的复合地基承载力应满足以下要求：（1）车间部分：P（试压荷载）=6吨/米，P0（使用荷载）=3吨/米，E（压缩模量）≥5Mpa；（2）成品高架库部分：P（试压荷载）=10吨/米，P0（使用荷载）=8吨/米，E（压缩模量）≥7Mpa。（3）辅料高架库部分：P（试压荷载）=13吨/米，P0（使用荷载）=12.5吨/米，E（压缩模量）≥7M11.0.2本工程砂石桩砂石比例为3：7，桩径为500mm，桩间距为1250mm、1500mm和1800mm，采用正方形布设。本工程于2008年11月18日在试验1区进行试打桩，并根据试验情况确定施工参数。施工过程中桩长以电流控制为主，设计桩长及地勘报告为辅。充盈系数保证在1以上，控制在1-1.05之间。严格按照设计布桩图、施工方案、施工工艺标准及施工质量验收规范等进行施工和质量控制。本工程于2008年11月22日开始打桩，至2009年4月9日全部施工完成，并于2009年4月22日通过竣工验收。六个单体砂石桩工程量共计25814根，有效桩长共计198365.1