無填料振沖地基處理施工組織設(shè)計

1、無填料振沖地基處理施工組織設(shè)計前言振動水沖法加固砂土類地基，形成和始于1937年的德國，70年代中期進入我國。該法簡稱振沖法，它是利用振沖器的強烈振動和壓力水沖貫入到土層深度，使松砂地基加密，或在軟土層中填入碎石等無凝聚性粗粒料，形成強度大于周圍土的樁柱并和原地基土組成復(fù)合地基，以提高地基整體強度的加固技術(shù)。具有工藝簡單、經(jīng)濟實用、效果顯著等優(yōu)點，因而在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。目前，振沖法加固砂土類地基主要有無填料加固和填料加固兩種方法。對于無填料加固，一般認為僅適用于處理粘粒含量小于10%的中粗砂等粗顆粒土；對于粉細砂地基，相關(guān)規(guī)范中明確規(guī)定不宜采用或不能采用。而對于加填料的振沖法雖然在工程

2、當(dāng)中較普遍采用，但由于需填料量大，工程質(zhì)量不易控制和檢驗，且能否有效解決場地的不均勻沉降問題目前還存在較大爭議。鑒于無填料振沖法可以有效的解決上述問題，且具有施工簡便、工期短、造價低等優(yōu)點。因此，研究和總結(jié)無填料振沖法對于粉細砂地基加固的適宜性和有關(guān)工藝參數(shù)就具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。1 無填料振沖加固機理砂類土振沖加密，簡單地說就是利用松砂在振動荷載作用下，顆粒重新排列，體積縮小，變成密砂的特性。 在動荷載作用下砂土抗剪強度為： =（）tg 式中砂土所受的正應(yīng)力 砂土所在位置的超靜孔隙水壓力 砂土的內(nèi)摩擦角 當(dāng)振沖器在加固砂土?xí)r，不斷增長，使趨近，此時導(dǎo)致砂土抗剪強度為零。砂土結(jié)構(gòu)遭到破

3、壞，出現(xiàn)砂土液化現(xiàn)象。砂土液化以后，在上負荷重力和振動作用下，砂土顆粒又重新排列，使砂土孔隙比減少，相對密度增加，承載力提高。 振沖過程使砂基受到以下3種加密作用。 a. 振擠作用是振沖器的水平振動力通過土的骨架傳遞將周圍土擠壓密實。 b. 振浮作用是通過振沖器振動使周圍土體內(nèi)超孔隙水壓力升高，促進土粒間結(jié)構(gòu)力破壞再形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式。c. 固結(jié)作用是在砂土上覆有效應(yīng)力作用下，超孔隙水壓力消散時產(chǎn)生排水固結(jié)壓密。2 工程概況及施工工藝2.1 工程概況唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭（二期）工程堆場位于唐山港曹妃甸港區(qū)一港池的西岸線，煤碼頭起步工程的北側(cè)。堆場由海砂吹填造地形成，局部區(qū)域含厚度不均的粉質(zhì)粘

4、土層，且場地砂土層普遍存在液化。施工現(xiàn)場場地標(biāo)高約55.5m，地基處理深度從現(xiàn)有地面至底標(biāo)高-15m。檢測結(jié)合強夯施工進行，強夯結(jié)束后間隔14天以上進行檢測，施工目標(biāo):消除地基處理深度范圍內(nèi)土層的液化問題；軌道梁區(qū)表層復(fù)合地基承載力不低于200kpa, 堆場區(qū)表層復(fù)合地基承載力不低于150kpa。2.2 主要設(shè)備50t履帶吊、250kw發(fā)電機、75kw振沖器及操作平臺、is80-50-250型離心式水泵。50t履帶吊、75kw振沖器、250kw發(fā)電機is80-50-250型離心式水泵及操作平臺2.3 施工工藝2.3.1 概述采用75kw振沖器對場地進行無填料振沖處理，雙點共振的振沖方式，等邊三

5、角形布置，堆場砂區(qū)：振點間距2.5m，軌道區(qū)振點間距2.2m，堆場夾泥區(qū)振點間距2.2m，處理深度范圍地表至標(biāo)高-15m處。2.3.2 工藝流程平整場地測量放線組裝設(shè)備接通水電驗樁振沖施工施工自檢檢測驗收2.3.3 施工方法a. 施工準(zhǔn)備a、 采用推土機進行場地整平，并由測量測繪出整平地面標(biāo)高，確定振沖深度；b、 按要求準(zhǔn)備相應(yīng)功率及型號的振沖器和配套機具、設(shè)備；c、 清理場地，接通電源、水源；d、 施工前應(yīng)對振沖施工機具進行試運行。b. 測量放點用gps將振沖邊界點放出，并用長竹竿系彩色絲帶標(biāo)記。分區(qū)進行振沖，振沖寬度最大為42.7米，所以只在長度方向的邊界線每50米施放一個樁位點，由施工隊

6、伍采用50米鋼卷尺施放每個樁位點，并用短竹竿標(biāo)記。c. 施工試樁為了能夠滿足設(shè)計和規(guī)范要求，根據(jù)現(xiàn)場的實際條件，選定合理的施工工藝參數(shù)，首先在堆場區(qū)進行了振沖實驗施工。（1）振沖點布置、點距排距根據(jù)設(shè)計振沖范圍及密布效果的要求，振沖點按等邊三角形布置成梅花形，振沖點間距分別為2.2m、2.5m。（2）留振時間對準(zhǔn)樁位后，將振沖器迅速貫入砂層，直達設(shè)計深度，下振速度約4m/min。振沖器抵達設(shè)計深度后停止進尺，留振約60s，然后上提50 cm繼續(xù)留振10s，周而復(fù)始，直至振沖器提出孔口為止。經(jīng)過試驗，三種間距的點位布置振沖處理后，經(jīng)標(biāo)貫檢測均滿足設(shè)計要求，而2.2m的布孔方式工效較優(yōu)，綜合考慮后

7、，決定堆場砂區(qū)：振點間距2.5m，軌道區(qū)振點間距2.2m，堆場夾泥區(qū)振點間距2.2m，處理深度范圍地表至標(biāo)高-15m處。d. 振沖施工振沖施工的參數(shù)： a、 采用75kw振沖器，采用雙點共振法施工；b、 振沖間距：砂區(qū)軌道梁區(qū)2.2m，堆場區(qū)2.5m；夾泥區(qū)間距2.2m；c、 振沖點布置：等邊三角形；d、 下沉和上提速度：4m/min；e、 水壓：上部2m成孔時為0.3mpa，2m以下水壓為0.2mpa；f、 提升間距：每段提升高度0.5m；g、 成樁：a）.慢速振沖下沉至樁底，留振60秒；b）.慢速振沖上拔至孔口處，留振120秒；c）.慢速振沖下沉至樁底以上0.5m處，留振30秒；d）.慢速

8、振沖上拔0.5米，留振10秒；e）.依此類推，每段上拔0.5米，每段留振10秒；f）.直至孔口處，再留振60秒；g）.再次振沖至樁底以上1.0米，留振20秒；h）.慢速振沖上拔0.5米，留振10秒；i）.以此類推至孔口，每段上拔0.5米，留振10秒；j）.成樁結(jié)束，關(guān)閉水泵及振沖器，移至下一根樁；k）.樁位偏差200mm，孔深偏差小于200mm。e. 供電設(shè)計用1臺250kw發(fā)電機專門給振沖器、水泵、照明系統(tǒng)供電，該臺發(fā)電機在100m范圍內(nèi)輸送電力。f. 供水設(shè)計水源供應(yīng)因地制宜，采用yq25型潛水泵置于取近海海域，并在堆場布置好取排水溝，從取水溝抽取海水到現(xiàn)場水箱，供is80-50-250型

9、離心式水泵抽吸作振沖之用。振沖完場地時排污水，將污水用泥漿水泵抽到排污溝，污水經(jīng)過沉淀后流回取水溝，這樣就形成了循環(huán)用水，既降低了成本，也使場地的水時排水，避免了振場后場地的二次液化。g. 最佳振沖操作程序移機使振沖器對準(zhǔn)振點；啟動水泵開始射水；啟動振沖器，以大約每分鐘小于4m的下沉速度貫入砂層，直達設(shè)計處理深度；按照上述振沖留振時間進行振沖施工。一點振沖完畢，關(guān)機停水，移動振沖器對準(zhǔn)新點；重復(fù)以上程序，周而復(fù)始。h. 檢測驗收a、 檢測在振沖施工結(jié)束后14天之后進行。b、 對地基處理區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)貫入法進行檢驗，檢驗密度軌道梁區(qū)域可取2000平方米一個測點,堆場區(qū)可取3000平方米一個點,具體

10、可根據(jù)地基均勻程度適當(dāng)調(diào)整，檢驗點應(yīng)具有代表性，并選在振沖點圍成的區(qū)域形心處及振沖點的中心處。c、 檢測點高程范圍為3m-15.0m（高程采用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵鏋榛鶞?zhǔn)）；d、 標(biāo)準(zhǔn)貫入實驗間距為1m（在柱狀圖中給出n值的詳細標(biāo)高）；e、 要求消除處理深度范圍內(nèi)土層的液化問題，并對復(fù)合地基承載力進行估算。標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測圖2.4 技術(shù)控制要點及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)施工過程中質(zhì)量控制要素主要有：樁位偏差、施工深度、留振時間的控制。2.4.1 樁位偏差控制造孔過程中發(fā)生孔位偏移原因及糾正方法如下。(1)由于土質(zhì)不均勻，造孔時易向土質(zhì)軟的一側(cè)偏移。糾正方法可使振沖器向硬土一側(cè)對樁位并開始造孔，偏移量多少在現(xiàn)場施工中

11、確定；(2)振沖器導(dǎo)管上端橫拉桿拉繩拉力方向或松緊程度不合適造成振沖器偏移。糾正方法調(diào)整拉繩方向和松緊度：(3)當(dāng)制樁結(jié)束發(fā)現(xiàn)樁位偏移超過規(guī)范或設(shè)計要求時，應(yīng)找準(zhǔn)樁位重新造孔至偏移處，加密成樁。2.4.2 孔深控制(1)在振沖器和導(dǎo)管安裝完后，應(yīng)用鋼尺丈量并在振沖器和導(dǎo)管標(biāo)出長度標(biāo)記，一般0.5m為一段，使操作人員據(jù)此控制振沖器入土深度；(2)應(yīng)了解地面高程變化情況，依據(jù)地面高程確定應(yīng)造孔的深度；(3)施工中當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)下沉或淤積抬高時，振沖器入土深度也要做相應(yīng)的調(diào)整，以確保成樁長度。2.4.3 留振時間控制留振時間控制時應(yīng)注意下列事項：為保證留振時間準(zhǔn)確性，在振動條件下設(shè)定留振時間可能發(fā)生變化

12、，應(yīng)及時檢查；施工中應(yīng)確保留振時間；應(yīng)定期檢查電氣設(shè)備，不合格，老化，失靈的原器件應(yīng)及時更換。2.5 勞動組織及施工質(zhì)量管理2.5.1 勞動組織機組：為保證完成上述最佳操作程序，每個機組配三個班組，一個班組配備5個人員班長1人，負責(zé)統(tǒng)一指揮；司機1人，負責(zé)操作履帶吊機；振沖器操作工1人，負責(zé)啟閉振沖器兼做施工記錄；其他2人，負責(zé)水泵供水管系、電纜管理。項目部：建立由項目經(jīng)理、項目技術(shù)負責(zé)（總工程師）、工程部、質(zhì)監(jiān)部及隊長、質(zhì)檢員、抽查人員、巡查人員、巡視人員、現(xiàn)場記錄人員的質(zhì)量保證體系，設(shè)置質(zhì)量控制點，控制每個施工單位、工序的工程質(zhì)量，定期開展質(zhì)量統(tǒng)計分析，掌握工程質(zhì)量動態(tài)。施工過程中，施工隊

13、的質(zhì)檢員必須對工程部、質(zhì)監(jiān)部負責(zé)，工程部、質(zhì)監(jiān)部部必須對項目技術(shù)負責(zé)人（總工程師）及項目經(jīng)理負責(zé)，層層落實，貫徹到底。2.5.2 施工質(zhì)量量管理2.5.2.1 施工管理重點難點a、 場地面積大。b、 施工機械多。c、 成樁時間較長，成樁過程中留振時間難于掌握。d、 振沖過程中，因為土體塌陷，難于對樁。2.5.2.2 針對重點難點項目部采取的措施a、 項目部成立無填料振沖領(lǐng)導(dǎo)小組組 長：任延壽副組長：張力華組 員：雷作民、趙耀臣、靳寶年、張禹、陳曉明、梁博、李濤、蔣峰、王鶴庭。b、 制定巡查巡視抽查制度為保證施工質(zhì)量，現(xiàn)場安排了三批人對現(xiàn)場進行質(zhì)量管理，分別為抽查人員、巡查人員、巡視人員，三批人

14、崗位不同，分工不同，但是又相互聯(lián)系、相互牽制，并且安排專人對機組進行記錄，現(xiàn)場質(zhì)量完全屬于可控狀態(tài)。c、 制定無填料振沖的獎懲措施項目部制定了較完善的無填料振沖獎懲辦法，對沒有按照設(shè)計參數(shù)施工的機組進行重罰，對施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)施工的機組進行重獎，通過該辦法的實施，機組施工人員積極性提高，并且質(zhì)量意識也有了極大的加強。3 施工中常見問題的探討及體會4.1施工中遇見的問題及應(yīng)對措施（1）振沖器造孔過程中振沖器下沉速度較正常情況下明顯降低，造成原因可能是上部在回填過程中經(jīng)車輛碾壓后形成相對密實層，下沉阻力較大。施工中可適當(dāng)加大水壓，振沖器在相對密實層上部稍做停留；振沖器造孔電流過大，造成原

15、因可能是振沖器貫入速度太快、振動力過大、孔壁土石坍塌，使振動力在短時間內(nèi)無法傳遞出去。在施工過程中可適當(dāng)減慢振沖器下沉速度或減少振動力；振沖器造孔時造成卡錘現(xiàn)象（也稱“抱錘”），造成這種狀況的原因有施工過程中供電突然中斷短時無法恢復(fù)、施工機械發(fā)生故障、土層相對密實而振沖器下沉速度過快。故在施工中應(yīng)經(jīng)常檢修設(shè)備，保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。在發(fā)生“抱錘”現(xiàn)象后，可利用高壓水槍從錘邊自上而下插入土中直至錘頭處，當(dāng)錘頂周圍有水溢出時啟動振沖器緩緩上拔即可；堆場出現(xiàn)抱樁（抱錘）根據(jù)設(shè)計要求振沖最大深度為21米，但在具體施工過程中發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域振沖器無法下沉至21米處，普遍下沉深度在16米左右，經(jīng)過分析造成這一狀

16、況的原因可能是回填料為吹填粉細砂，回填過程中，砂的含水量比較少，不能形成飽和狀態(tài)，影響砂的液化，且部分回填砂的含泥量超出了設(shè)計要求（設(shè)計含泥量小于10%），粘性較高容易形成塊體，致使振沖器下沉阻力加大在達到一定深度后靠其自重和水壓力無法繼續(xù)下沉至設(shè)計深度。通過后期補振發(fā)現(xiàn)地下水位回升后可有效解決這一問題，可見在施工前應(yīng)設(shè)法增加回填砂的含水率以達到更好的振沖效果。若條件不允許或增加回填砂的含水率較困難則可采用分層回填后分層振沖也可達到設(shè)計要求。堆場振沖效果圖（2）振沖器加密過程中振沖器上提時造成卡錘現(xiàn)象，造成原因可能是留振時間過長或孔壁突然坍塌造成振沖力瞬時聚集無法向四周傳出，解決措施同上；振沖

17、后上部2.5m范圍內(nèi)加密質(zhì)量欠缺，這是振沖施工普遍存在的原因，因為振沖器上提至頂面時留下約1.01.5m孔洞，可采用頂部二次振沖，使其上部振沖加密質(zhì)量欠缺段減至最底限度或采用頂層夯實、分層碾壓處理。振沖密實后標(biāo)貫檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)擊數(shù)在某些部位略低于設(shè)計要求，這可能是留振時間未達到設(shè)計時間或該部位地質(zhì)狀況相對較差在設(shè)計的留振時間內(nèi)達不到密實要求，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制施工參數(shù)，在薄弱位置增加留振時間。盡量避免返工或補振，因為在一次施工后密實度有較大提高，再次振沖難度加大，而且施工中振沖器周圍容易發(fā)生返水現(xiàn)象造成孔洞形成薄弱點。若在不得以的情況下返工或補振，則需要注意注入水量和水壓避免返水現(xiàn)象，條件允許的情

18、況下可適當(dāng)向振沖器周圍填料，這些均可消除成孔現(xiàn)象減少薄弱點。4.2施工中的體會 （1）振沖器、水泵、升降移動機具的選擇，合適與否關(guān)系到施工的成敗；（2）松散的砂土只要其粒徑在適于振沖法密實的粒徑范圍之內(nèi)（可通過實驗判定），經(jīng)振沖密實后地基承載力均有明顯提高，成果顯著。施工中若有條件應(yīng)盡量選用大功率振沖器（在施工過程中航五機械化引進了135kw振沖機組），不僅激振力大，振沖效率高，擠密質(zhì)量可靠，而且作用半徑大，可增大點距，減少振沖點數(shù)，既可以加快工程進度，也可進一步降低工程成本； （3）水量和水壓都很重要，必須根據(jù)不同工程情況選擇相適應(yīng)的供水設(shè)備。當(dāng)場地水成為循環(huán)水后，在天然條件下取得大量供水則能顯著增加施工效率。完全浸水飽和的粉細砂層，顆粒比重減小，稍經(jīng)振動即可液化，砂土中的粗、中、細顆粒在水中易于流動移位，重新排列組合，孔隙減少。在自行塌陷的基礎(chǔ)上輔以射水、并安排人工用鐵鏟翻動充填，可以輕易取得貫入、振密、耗電少、工效快、密實均勻可靠的效果； （4）施工之前，人員要經(jīng)過短期培訓(xùn)，了解并掌