振动沉管碎石桩在软基处理中的应用

(乌兰察布市公路工程局，内蒙古 乌兰察布 012000)
摘 要： 阐述了振动沉管碎石桩加固原理，对振动沉管法的施工技术、施工中的质量控制以及振动沉 管碎石桩质量检测进行了比较详细的论述。
关键词：公路施工；软基处理；振动沉管碎石桩；加固施工；社会效益
中图分类号：U416.1  文献标识码：A  文章编 号：1007—6921(2008)18—0130—02

公路工程软基处理常用方法有水泥土搅拌桩、堆载预压法、碎石桩或几种方法联合使用。水 泥土搅拌桩桩身施工质量难于控制，在软土层中易于出现夹泥、缩径、搅拌不均匀等桩身缺 陷，进而直接导致桩身承载力难于保证，而且易污染环境。堆载预压法设计要求地基土参数 较多，而且难于测定，最主要是施工工期较长。碎石桩施工方法有振冲法和振动沉管法。振 冲碎石桩施工时用水量大，产生大量泥浆，容易污染施工现场。而振动沉管碎石桩处理砂土 液化和饱和软粘土效果良好，具有施工速度快、工期短、无污染等特点。因而在公路软基处 理中，振动沉管碎石桩被广泛应用。
1 振动沉管碎石桩加固原理

碎石桩的加固机理一般可分为挤密和置换两种作用。对饱和粘性土，主要是置换；对砂性土 ，主要是挤密；对非饱和的粘性土。则同时兼有挤密和置换两种作用。一般认为，饱和土体 的挤密作用随土中细颗粒含量而减少，置换作用随细颗粒含量的增加而增加。对砂土、粉土 及非饱和粘性土，碎石桩起到了挤密、排水、预振作用。对饱和粘性土，碎石桩的作用则是 置换和排水。碎石桩用于地基处理，其本身是由散体材料组成，材料本身没有粘性强度，桩 体的强度主要是靠周围土体的约束和桩身材料的摩擦维持的，在承受上部荷载时，桩体主要 受力集中在桩顶附近4倍左右的桩径范围内。同时碎石桩由于设置了反滤性和渗透性都较好 的碎石褥垫层，使得土体固结排水路径大大缩短，固结速度大大提高，土体的强度和对整体 的约束能力也得到提高，从而使复合地基的承裁力得到提高。
2 振动沉管法施工
2.1 施工准备

施工前先清理平整场地，清除高空和地面障碍物；测量放出路基或涵洞轴线，按设计要求绘 制布桩图，并用白灰或小木桩标注于实地，测量原地面高程，确定空打深度；通过试桩确定 施工技术参数；碎石材料进场并送样检验。
2.2 机具设备

施工中一般采用额定功率37kW、激振力18t的DZ4O型或额定功率44kW(双电机)、激振力23t的 KS45型的走管式振动碎石桩机，振动锤电机推荐使用转数为1 450r／min的电机。
2.3 施工技术参数的确定

施工前须通过试桩确定施工技术参数，即确定反插次数和桩尖直径。试桩应对每一种振动锤 和桩管组合分别进行，试桩要选择多种组合，以找出最佳施工参数，既不浪费材料和机械， 又满足设计对充盈系数和密实度的要求。施工技术参数，对不理想的试桩结果采取相应对策 重新试桩，直到找到最佳技术参数为止，试桩常见问题及对策见表1。

振沉管碎石桩施工工艺见下图。

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2.4.1 整平原地面及准备工作。按照施工现场的实际地形、平整场地、场地的外边缘要伸 出设计最外缘桩孔5m，以便施工需要。在平整好的场地上面铺填1m厚的碎石土碾压密实，修 好道路，接通水电。做好材料的计划工作，振动沉管碎石桩应选用未风化的干净砾石或轧制 碎石，碎石粒径要控制在2～5cm，最大粒径应≤5cm。粒径过大，容易卡孔，含泥量应≤10 ％。材料的堆放应按设计工程量分堆堆放，以方便施工使用需要。
2.4.2 测量定位。按照设计图纸认真复核，现场用经纬仪和50m钢尺打点定位，并做好标识 。施工顺序一般采用由里向外，由一边推向另一边，可以挤走部分软土，而对于抗剪强度低 的粘性土地基。为减少制桩对原土基的扰动，则应采用间隔跳打方式。
2.4.3 打桩机就位。将打桩机按施工计划移至桩位，打桩机就位后，应检查打桩机是否平 稳，导向架是否与地面垂直，如不能满足垂直偏差≤1.5%，成孔中心与设计桩位偏差≤50mm ，则应立即重新调整机位，以满足要求。
2.4.4 振动沉管。打桩机按桩点就位后。各项要求均满足规范与设计要求，即可开机进行 振动沉管，振动至设计标高。下沉速度通过现场试验确定。
2.4.5 拔管、振动、加料。当沉管达到设计桩底标高后。将碎石从进料口加入，填料时要 分批加入，不宜一次加料过多。拔管、振动、加料应同时进行。边拔管、边振动、边加料， 每拔管3～5m时应下沉振动一次，以确保碎石振捣密实。应控制拔管速度，不能过快，否则 会导致成桩直径较小，甚至产生缩径或断桩，也不能过慢，过慢则振动时间长，会使得桩体 下部细颗粒材料含量较多。桩底细颗粒过多而降低桩身强度，也容易离析。当沉管拔离地面 时，再用钢盘压在桩孔处，让沉管在钢盘上下沉振动，当碎石密实后，拔起导管停止振动。 应注意，碎石灌入量不应少于设计值的95%。如有不能顺利下料时。可适当往管内加水少许 。拔管速度、复振深度、加料次数应通过试验确定。
2.4.6 移动桩架至下一孔位，重复作业。
2.5 施工中的质量控制
2.5.1 桩长控制。为了保证成桩质量必须保证成桩桩长，成桩桩长要注意两点，一是桩尖 为圆锥形，桩尖处的深度应比设计深度深一个桩尖长度，二是碎石桩桩头部分的密实度难以 保证，成桩顶部也要高出设计桩0.5m。
2.5.2 活瓣桩尖的要求：①桩尖的制作  使用普通与桩管等直径的活瓣桩尖，须经多次反 插才能达到设计投料量，实践证明扩大头型活瓣桩尖效果优于普通活瓣桩尖，减小了桩管下 沉及上拔阻力，增大了反插与挤密作用效果，提高了功效；②密封性要求  桩尖密封性好可 减少进入桩管的泥土数量，保证桩的尖部施工质量；③桩尖开启角要求  如反插时活瓣桩尖 完全打开，石料在管内形成活塞运动，不能对桩体进行有效的压密。桩尖由四块活瓣组成， 在扩径段外焊接8块限位块，使桩尖活瓣开启角≤60°。在桩管提升时，活瓣打开，稍向内 倾斜，不影响下料。反插时由于桩尖受到向上的压力，活瓣闭合，使桩间土挤密，桩体压密 。
2.5.3 碎石填料的要求：碎石桩应选用未风化的干净砾石或轧制碎石，碎石粒径要控制在2 ～5cm，最大粒径应≤5cm，粒径过大，容易卡孔。含泥量应≤10％。
3 振动沉管碎石桩质量检测

碎石桩施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间方可进行质量检验。对粘性土地基，间 隔时间可取3～4周，对粉土地基可取2～3周。关于施工质量检验，常用的方法有现场检验、 动力触探试验和单桩载荷试验。关于加固效果检验，常用的方法有单桩复合地基和多桩复合 地基大型载荷试验。
3.1 现场检测

现场检测包括对桩径、桩距、桩长、垂直度以及投料数量的检查，该项工作由监理及质检人 员完成。现场检测的项目、数量及要求见表2。

3.2 重Ⅱ型动力触探检测

重Ⅱ型动力触探的检测有两个目的，一是检测成桩的密实度，看是否达到要求的标准；二是 检测桩长是否达到设计要求。要求动力触探检测频率2，每贯入深度10cm击数≥5击为合格 ，检测评定标准按表3执行。

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3.3 单桩载荷试验

单桩载荷试验，可按每200～400根随机抽取一根进行检验，但总数不得少于3根。
3.4 复合地基载荷试验

复合地基载荷试验检验数量不应小于总桩数的0.5%，且每个单体工程不应少于3点。
4 结束语

振动沉管碎石桩克服了振冲碎石桩耗水量大和泥浆污染的弊病，又克服了搅拌桩易出现断桩 缩径，质量不易控制的弱点，适宜于处理高速公路软弱土和可液化土。

振动沉管碎石桩施工突出表现为投入设备简单，现场施工文明、造价低、进度块、施工质量 易控制的优点，在高速公路软基处理方面具有显著的社会效益和经济效益。
［参考文献］
［1］ 杨长顺.振动沉管碎石桩施工技术［J］.铁道建筑技术，2003，（3）.
［2］ 阎锡海.振动碎石桩施工技术［J］.赤峰学院学报（自然科学版），2004.
［3］ 高俊峰.振动沉管挤密碎石桩施工技术［J］.铁道标准建设，2004，(09).
［4］ 李利，万瑞义，王隽义，等.振动沉管碎石桩在加固软弱地基中的应用［J］. 东北电力学院学报，2003，（06）.