振動(dòng)沉管碎石樁監(jiān)理要點(diǎn)

1、.振動(dòng)沉管碎石樁在高速公路軟基處治 中的應(yīng)用及施工、監(jiān)理要點(diǎn)云南省公路工程監(jiān)理咨詢(xún)公司 李 誠(chéng)我國(guó)地域遼闊，土類(lèi)眾多，其中松、軟土占有相當(dāng)?shù)谋壤?。這些土的強(qiáng)度極低，壓縮性較大，抗震性極差。在公路工程建設(shè)中經(jīng)常會(huì)遇到類(lèi)似的軟弱土地基，如何對(duì)這一類(lèi)地基進(jìn)行加固利用，使其既能滿(mǎn)足建筑強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求，又能夠縮短工期，減少投資，這是地基處治工作中非常重要的環(huán)節(jié)之一，也是確保工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵所在。振動(dòng)沉管碎石樁早期主要用于擠密砂土地基，隨著現(xiàn)代研究和實(shí)踐的深化，特別是高效能的專(zhuān)用施工機(jī)具出現(xiàn)后，其使用范圍不斷得到擴(kuò)大、推廣。近些年來(lái)，我省高等級(jí)公路應(yīng)用振動(dòng)沉管碎石樁處治軟弱地質(zhì)構(gòu)造等不良地基已越

2、來(lái)越廣泛，實(shí)踐證明，其效果顯著，方法可靠，不失為一種經(jīng)濟(jì)、快捷的軟弱地基處治辦法。硯山平遠(yuǎn)街高速公路第一合同段K5+050K5+280為一軟弱地基，地表為褐黃褐灰色土，呈可硬塑狀，經(jīng)采用振動(dòng)沉管碎石樁加固地基處治后，效果良好，基礎(chǔ)穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期目的?，F(xiàn)就這一處治辦法談一談本人的一點(diǎn)看法，不妥之處請(qǐng)各位同行指證、批評(píng)。一、工程地質(zhì)概況硯山平遠(yuǎn)街高速公路K5+050K5+280段地表較低凹，據(jù)云南省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院工程地質(zhì)勘察報(bào)告，地表為褐黃、褐灰色軟可塑狀粘土，根據(jù)靜力觸探資料，其厚度為0.60.8m，K5+230段軟土較厚,最厚達(dá)15.6m，平均厚為11.48m，標(biāo)貫23擊，為褐黃、褐灰色

3、軟可塑狀粘土。根據(jù)靜力觸探資料，其錐尖阻力qc=360870 Kpa，側(cè)壁摩阻力fS=18.6 54.3Kpa，比貫入阻力PS=5401270 Kpa，容許承載力為60120Kpa。下伏基巖為灰?guī)r，弱風(fēng)化，碎石碎塊狀，裂隙發(fā)育，見(jiàn)溶蝕痕跡和溶蝕小孔，容許承載力為15002000 Kpa（詳見(jiàn)圖一、工程地質(zhì)縱剖面圖）。圖一 工程地質(zhì)縱剖面圖二、振動(dòng)沉管碎石樁加固作用原理由于淤泥質(zhì)粘土屬飽和軟土，碎石樁起著置換軟土的作用。對(duì)于軟弱層不太厚的情況，樁端可以直接作用于下部堅(jiān)硬巖層，此時(shí)復(fù)合土層中的樁體在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，由于樁體的壓縮模量遠(yuǎn)比軟弱土大，故而通過(guò)基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的外加壓力隨著樁、

4、土的等量變形會(huì)遂漸集中到樁上去，從而使軟土承擔(dān)的壓力相應(yīng)減少。結(jié)果，與原地基相比，復(fù)合地基的承載力明顯提高，壓縮性顯著降低。如果軟弱層厚度較大，樁體也可不貫穿整個(gè)軟弱土層，軟弱土層只有部分厚度轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合土層并起著墊層的作用，將荷載引起的應(yīng)力向四周橫向擴(kuò)散，使應(yīng)力分布趨于均勻，從而提高地基整體的承載力，減少沉降量。在振動(dòng)沉管過(guò)程中，由于振動(dòng)、擠密、擾動(dòng)等作用，盡管地基土中會(huì)出現(xiàn)較大的附加孔隙水壓力，但隨著時(shí)間的推移，原地基土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有一定程度的恢復(fù)，孔隙水壓力遂漸向樁體轉(zhuǎn)移消散，其結(jié)果是有效應(yīng)力增大，顆粒結(jié)構(gòu)重新排列，形成比較穩(wěn)定的顆粒接觸關(guān)系，孔隙數(shù)量顯著減少，土的結(jié)構(gòu)趨于致密，穩(wěn)定性增強(qiáng)，

5、強(qiáng)度不斷增大。碎石樁在地基中還起到豎向排水通道和提高土基抗滑能力的作用，大大縮短了孔隙水的水平滲透途徑，促進(jìn)了土中孔隙水壓力的消散，提高了飽和粘性土排水固結(jié)的能力，使沉降穩(wěn)定加快。三、設(shè)計(jì)方案一）、填料根據(jù)硯平高速公路所處地理、經(jīng)濟(jì)的環(huán)境，振沖碎石樁使用填料采用25cm的碎石，碎石由巖石或礫石軋制而成，應(yīng)潔凈并具有足夠的強(qiáng)度，其顆粒形狀具有棱角，不得摻有軟質(zhì)石和其它雜質(zhì)。計(jì)算碎石充盈系數(shù)為1.32，碎石灌入量按0.17m3/m計(jì)算。1、碎石主要技術(shù)指標(biāo)要求；巖石抗壓強(qiáng)度碎石壓碎值針片狀顆粒含量含泥量泥塊含量堅(jiān)固性<10的顆粒含量60MPa16%25%5%0.7%5%5%2、碎石通過(guò)圓孔篩

6、的顆粒級(jí)配規(guī)格；篩孔尺寸（mm）累計(jì)篩余（按質(zhì)量百分比計(jì)）504031.5252016級(jí)配區(qū)052045407065908595951003、材料檢驗(yàn)頻率：碎石樁所用的碎石除巖石強(qiáng)度發(fā)生變化檢驗(yàn)外，上表所列各項(xiàng)應(yīng)按每批不超過(guò)400m3檢驗(yàn)一次。二）、樁的設(shè)置（布置）情況碎石樁采用振動(dòng)沉管成孔，套孔直經(jīng)為377mm，成樁直經(jīng)d為400mm，布樁形式采用正三角形，且在坡腳外緣外打23排碎石樁。平均樁長(zhǎng)H為4m，樁間距B為1.0m。（如圖二、碎石樁深層處治圖）。三）、表層處治碎石樁施工完畢，樁頭50cm左右為松散狀，密實(shí)程度較小，應(yīng)進(jìn)行碾壓使其密實(shí)。碎石樁頂鋪設(shè)60cm厚的碎石墊層和30cm厚的碎石

7、土墊層，在碎石土墊層上鋪設(shè)兩層土工格柵，土工格柵間距為60cm。圖二 碎石樁深層處治圖四）計(jì)算1、樁間距計(jì)算樁的平面布置為正三角形（圖三），將每根樁承擔(dān)的處理面積化為一個(gè)等面積的等效圓Ae，則Ae分別與正六邊形的面積相等，即：圖三 加密效果圖Ae=3 /2 B2 (1)B=2/3 Ae=1.07Ae (2)式中：Ae為1根碎石樁承擔(dān)的處理面積，Ae=AP/m；AP為碎石樁的截面面積；m為面積置換率；2、地基承載力計(jì)算：根據(jù)力的平衡原理作振動(dòng)沉管碎石樁的受力分析，如圖四示。圖四 地基應(yīng)力狀態(tài)按照最不利情況進(jìn)行取值計(jì)算：PAe=PpAp+Ps（Ae - Ap） (3)即：P=1+m（n-1） Ps

8、 (4)式中： P作用荷載；Pp作用于碎石樁的應(yīng)力；Ps作用于樁間土的應(yīng)力； m、n值可通過(guò)荷載試驗(yàn)求得，或：m=d2/dc=d2/（1.05B）2；n按規(guī)范推薦的經(jīng)驗(yàn)值取值。3、穩(wěn)定性計(jì)算 采用圓弧滑動(dòng)面法對(duì)地基進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)（圖五），滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度sp由碎石樁抗剪強(qiáng)度p和樁間土的抗剪強(qiáng)度s組成。圖五：地基抗剪特性sp=p+s =m（pp+pz）tanPcos2+（1-m）c (5)式中：p為碎石樁應(yīng)力集中系數(shù)，p=n/1+(n-1)m；P為計(jì)算深度Z處的平均應(yīng)力；Z為計(jì)算深度；p 為樁體的重度；P為樁的內(nèi)摩擦角；為剪切滑動(dòng)面與水平面的夾角；C為樁間土粘聚力。四、施工方法及質(zhì)量控制要求一

9、）、施工前的準(zhǔn)備工作。碎石樁開(kāi)工前，應(yīng)認(rèn)真做好以下各項(xiàng)準(zhǔn)備工作：1、承包人按設(shè)計(jì)要求完成清場(chǎng)，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查驗(yàn)收合格，且在路基兩側(cè)順線路方向開(kāi)挖排水溝，排出地面積水，降低地表水位，確保地表干燥。2、用于碎石樁的碎石經(jīng)試驗(yàn)滿(mǎn)足要求，并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。3、選擇采用樁機(jī)的額定電流不小于60A，振動(dòng)力不小于90kN，振幅不小于4.3mm，且進(jìn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備調(diào)試完畢，可以正常投入使用，施工、技術(shù)、質(zhì)檢、試驗(yàn)人員到位。4、試樁的施工方案和試樁分項(xiàng)開(kāi)工申請(qǐng)經(jīng)駐地辦審核批準(zhǔn)。5、清場(chǎng)后打樁設(shè)備能直接進(jìn)入場(chǎng)地施工的，應(yīng)直接施工碎石樁；對(duì)設(shè)備難于進(jìn)場(chǎng)或危及施工安全的，須采取相應(yīng)措施或報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師同意，先行填筑

10、一定厚度的碎石墊層或采用其它方式適當(dāng)處理，以滿(mǎn)足設(shè)備進(jìn)場(chǎng)需要和安全施工。二）、試樁試樁的目的是：按照所選的機(jī)械性能，按設(shè)計(jì)要求、規(guī)定的施工工藝來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，有效控制試樁質(zhì)量，制造出高密度的碎石樁，提高復(fù)合地基承載力；取得滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的碎石樁施工的控制數(shù)據(jù)，從而保證碎石樁施工質(zhì)量，試樁工作必須嚴(yán)肅、認(rèn)真的開(kāi)展。1、試樁位置根據(jù)地質(zhì)剖面圖和現(xiàn)場(chǎng)地貌特征選擇在具有代表性的地點(diǎn)進(jìn)行，試樁不少于5排，每排不少于6棵樁，按照批準(zhǔn)試樁的施工組織設(shè)計(jì)和工藝要求進(jìn)行施工，并詳細(xì)記錄提管速度，反插深度及停振時(shí)間，停振（密實(shí)）電流，反插次數(shù)及位置，碎石貫入量，成樁時(shí)間。2、由于地表土體側(cè)限相對(duì)較小，提管將導(dǎo)致樁間

11、土體松散，為準(zhǔn)確反映實(shí)際碎石樁情況，試樁結(jié)束后在復(fù)合地基上鋪設(shè)30厘米厚的碎石，用振級(jí)不小于4噸的壓路機(jī)碾壓810遍，待空隙水消散兩周后，采用標(biāo)貫和靜載試驗(yàn)測(cè)定單樁、復(fù)合地基、樁間土承載力，樁體密實(shí)度和連續(xù)性。3、樁體與樁間土形成復(fù)合地基，因此檢驗(yàn)復(fù)合地基的相關(guān)指標(biāo)不得在有任何墊層的基礎(chǔ)上實(shí)施。樁間土擠密效果試驗(yàn)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，輕型觸探試驗(yàn)和土工試驗(yàn)方法確定，碎石樁的密實(shí)度采用重型動(dòng)力觸探儀測(cè)試，單樁和復(fù)合地基承載力采用靜載試驗(yàn)確定。4、經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，碎石樁各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后寫(xiě)出試樁報(bào)告，監(jiān)理工程師審批后按試樁的規(guī)定和要求進(jìn)行碎石樁的施工，如果試樁結(jié)果不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)查明原因，屬施

12、工工藝問(wèn)題的，在總結(jié)的基礎(chǔ)上重打試樁，屬原設(shè)計(jì)參數(shù)取值或地質(zhì)情況變異的，應(yīng)報(bào)監(jiān)理工程師確定補(bǔ)打和調(diào)整樁徑、樁距或樁長(zhǎng)，確保軟基處治質(zhì)量。三）、施工1、正式施工前，應(yīng)認(rèn)真準(zhǔn)確地對(duì)樁位進(jìn)行放樣，在放樣圖上認(rèn)真標(biāo)識(shí)清楚各樁編號(hào)，實(shí)地用鋼釬做好標(biāo)記，施工中嚴(yán)格控制。每一樁位施工完后，根據(jù)放樣資料、設(shè)計(jì)圖紙認(rèn)真核對(duì)并作詳細(xì)標(biāo)識(shí)，防止漏打、重打，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求范圍進(jìn)行施工，確保樁位正確無(wú)誤。2、進(jìn)場(chǎng)碎石須按要求嚴(yán)格控制各項(xiàng)指標(biāo)，確保成樁施工質(zhì)量。3、為確保碎石樁的成樁質(zhì)量和對(duì)軟土的擠密效果，提高樁間土承載力，碎石樁的施工次序宜為“由內(nèi)向外”或“由一邊向另一邊”的順序依次成樁，這種順序易擠走部分軟土，便于制

13、樁。在建筑物附近施工時(shí)，宜采用跳打方式制樁，確保建筑物安全。4、碎石樁的樁長(zhǎng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工，對(duì)局部樁長(zhǎng)打至基巖的，可適當(dāng)調(diào)整樁長(zhǎng)。每樁沉管達(dá)到設(shè)計(jì)或第一次抬機(jī)時(shí)，承包人須報(bào)請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)旁站監(jiān)理工程師記錄并檢驗(yàn)簽認(rèn)樁長(zhǎng)。5、成孔時(shí)的成孔速度應(yīng)力求均勻，嚴(yán)格控制提管速度。為確保設(shè)計(jì)碎石樁碎石充盈系數(shù)1.32，碎石貫入量0.17m3/m的要求，根據(jù)試樁結(jié)果，對(duì)本路段振動(dòng)沉管制樁要求為：從底部至距地表下3米范圍，提管速度不得大于1m/1.5min，地表3米范圍內(nèi)，提管速度不大于1.0m/min，每提高1m反插0.5m，并停振不少于15s；地面下0.3m停振一次，停振在滿(mǎn)足密實(shí)電流時(shí)方能提管，否則再反插停振。

14、提管后樁頂碎石堆高不小于0.5m，確保碎石灌入量和樁身質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，避免出現(xiàn)樁體不連續(xù)、縮徑和密實(shí)不勻。6、添加碎石時(shí)勤加，一次添加的碎石量不宜過(guò)多，同時(shí)做好耗用碎石的記錄，每樁核算一次。若耗用碎石量小于設(shè)計(jì)用量，應(yīng)及時(shí)查明原因，并應(yīng)在原樁位或旁邊另行補(bǔ)打。7、在雨季期間或樁機(jī)無(wú)法進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)而事先鋪填碎石的施工地段施工，由于撥管時(shí)帶起的泥土?xí)廴舅槭?，?dǎo)致碎石墊層排水功能失效；要求必須及時(shí)清除泥土和被污染的碎石。對(duì)未填碎石的地段，拔管帶起的松散泥土應(yīng)及時(shí)清除。8、施工中必須認(rèn)真及時(shí)準(zhǔn)確地核實(shí)每樁長(zhǎng)度，密實(shí)電流，提管速度，停振時(shí)間、反插次數(shù)和碎石灌入量，確保按設(shè)計(jì)樁位打造高強(qiáng)度的碎石樁。9、加

15、強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理，嚴(yán)格按批準(zhǔn)的試樁工藝要求認(rèn)真施工，確保安全生產(chǎn)。四）、碎石樁成樁質(zhì)量檢驗(yàn)1、試驗(yàn)檢測(cè)在碎石樁施工完成兩周后，采用重型動(dòng)力觸探儀測(cè)試碎石樁的密實(shí)度和均勻性，抽檢頻率5%，N5次/10cm，連續(xù)灌入；樁間土（等邊三角形中心土）采用輕型觸探儀或土工試驗(yàn)方法測(cè)定，單樁承載力、復(fù)合地基承載力采用靜載試驗(yàn)。具體檢測(cè)的位置、樁數(shù)應(yīng)選擇具有代表性的部分進(jìn)行。2、工程量驗(yàn)收、計(jì)量施工完成后，認(rèn)真核實(shí)現(xiàn)場(chǎng)及“碎石樁放樣圖”，對(duì)漏打樁位及對(duì)進(jìn)行補(bǔ)打。根據(jù)各工作日“記錄”結(jié)果進(jìn)行工程量匯總，并報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行簽認(rèn)。五）、碎石樁樁頂處治1、因碎石樁施工中，振動(dòng)沉管及機(jī)械擾動(dòng)，樁頂表面50cm左右為松

16、散狀，密實(shí)程度較低，再加上局部存在因拔管過(guò)程中泥土帶入表層，污染碎石樁頂面，堵塞排水固積通道等問(wèn)題。在碎石樁驗(yàn)收完畢應(yīng)清除樁頂已污染部分，補(bǔ)足干凈碎石，并對(duì)樁頂原地面進(jìn)行碾壓使其密實(shí)。2、碎石樁檢驗(yàn)合格，原地表清除干凈，并經(jīng)填前碾壓后即可進(jìn)行碎石墊層、碎石土、土工格柵等工序的施工。五、靜載荷試驗(yàn)結(jié)果靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)采用壓重平臺(tái)反力梁裝置，液壓千斤頂慢速加載維持荷載法。荷載根據(jù)安裝在千斤頂上油壓壓力表讀數(shù)，按照千斤頂率定曲線進(jìn)行壓力荷載換算求取，沉降量由對(duì)稱(chēng)安裝在荷載板兩側(cè)的百分表讀取。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：樁號(hào)：K5+050K5+280序號(hào)檢測(cè)類(lèi)型 檢測(cè)樁 位 號(hào)設(shè)計(jì)值（Kpa）實(shí)測(cè)值（Kpa）檢測(cè)時(shí)間1

17、單樁09.022復(fù)合右224-2136.4245.522001.09.033右224-4218.242001.09.014右220-14218.242001.10.015右220-11218.242001.10.02六、質(zhì)量控制要點(diǎn)為有效確保碎石樁施工質(zhì)量，即樁的連續(xù)性，密實(shí)度，樁長(zhǎng)、樁距等要求，各相關(guān)參建部門(mén)（單位）應(yīng)抓好以下幾個(gè)方面：一）、原材料方面粗骨料應(yīng)采用粒徑為25cm級(jí)配良好的干凈（含泥量不大于5%）碎石。二）、施工方面1、嚴(yán)格按試樁提供的參數(shù)及成樁步驟控制拔管高度及拔管速度，否則，易出現(xiàn)斷樁或縮頸，不能保證樁身連續(xù)性；2、嚴(yán)格控制碎石用量、樁長(zhǎng)、樁距，確保按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。3、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，派駐有責(zé)任心的工程技術(shù)人員進(jìn)行跟班作業(yè)。三）、質(zhì)量檢驗(yàn)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行成樁檢測(cè)及驗(yàn)收，抽檢必須具有代表性。七、加固效果評(píng)價(jià)及結(jié)論1、通過(guò)實(shí)踐證明，用振沖碎石樁處理高速公路軟弱地基，具有較好的技術(shù)效益：經(jīng)加固處理的地基土的壓縮模量、承載力基本值均顯著增長(zhǎng)，達(dá)到了提高地基承載力、減少地基土沉降量和差異沉降量、加速沉降穩(wěn)定時(shí)間