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沉管碎石桩处理液化土层(一)
20041207挤密碎石桩处理液化地基1
浅谈沉管碎石桩施工
[摘要]：沉管碎石桩是指用振动方式在软弱地基中成孔，然后将碎石挤压入孔中，形成密实桩体和排水通道，提高地基的承载力、减少变形和增强抗液化性能。针对其施工情况简述其施工工艺和注意要点。
[关键词]：沉管碎石桩 施工 工艺 要点
前言
沉管碎石桩利用机械振动荷载预沉导管，通过桩管灌入碎石形式碎石桩复合地基，并在强力振动下对桩周围土体起到振密、挤密、排水减压以及预震的作用。施工中不需用大量的水，施工工艺较简单。
1 工程概况
宁淮高速公路淮安北环2标路线位于黄泛冲击平原区，该路段不良地质主要为淤泥、淤泥质低液限粘土和淤泥质的粉土，厚度在6～9米范围广泛分布。其物理力学指标为：W=51.0%，e=1.380，WL=59.6%，WP=21.0%，a0.1-0.2=1.12MPa-1，ES=2.31Mpa。该软土具高含水量、大孔隙比、
高压缩性、低强度等工程特性。该路段以沉管碎石桩处理作为复合地基，提高地基的整体承载力。
2 加固原理
沉管碎石桩加固液化地基的主要目的，提高地基土的承载力、减少变形和增强抗液化性。碎石桩加固砂土地基抗液化的机理主要有三个方面：
2.1挤密作用
在成桩过程中桩管对周围土层产生很大的横向挤压力，桩管体积的碎石挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙比减小、密实度增大。
2.2排水降压作用
碎石桩加固软土时，桩孔内充填碎石（卵石、砾石）和粗砂等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降压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，防止砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。
2.3砂基预震效应
碎石桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动，使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，对砂土增强抗液化能力是极为有利的。复合土层起垫层作用，垫层将荷载扩散使应力分布趋于均匀，从而提高地基整体的承载力，减少沉降量。
3 施工工艺
碎石桩采用振动沉管法施工，施工顺序采用跳打形式，并由外缘向中心进行，每根桩的碎
石灌注量不小于0.224m3/m，相邻两根桩必须采用跳跃间打，具体成桩工艺如下：
3.1清理整平施工场地，进行桩位放样。
3.2桩机就位，校正桩管垂直度应≤1.5%；检查长度及投料口位置，使之符合设计桩长。
3.3启动振动锤，将桩管下到设计深度。
3.4稍提升桩管使桩尖打开。
3.5停止振动，立即向管内装入规定数量的碎石。（第一次投料）灌满沉管。
3.6振动拔管，拔管前先振动1分钟以后边振动边拔管，每提升1m导管反插30cm，留振10－20秒，拔管速度为1～2m/min 。
3.7根据单桩设计碎石用量确定第一次投料的成桩长度，进行数次反插直至桩管内碎石全部投出。
3.8提升桩管开启第二投料口并停止振动，进行第二次投料直至灌满。
3.9继续边拔管边振动，直至拔出地面。
3.10提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料（第三次投料）直至地表。
3.11启动反插，并及时进行孔口补料至该桩设计碎石桩用量全部投完为止。每根桩的反插次数一般不低于12次。
3.12孔口加压至前机架抬起，完成一根桩施工。
3.13移动桩架至另一孔位，重复以上操作。
3.14做好场地内的排水工作，地下渗出的水要及时排出。【沉管碎石桩处理液化土层】
4 施工质量控制
4.1桩位的放样：应严格按设计图纸进行放样，确保桩间距及布置形式（等边三角形）。
4.2碎石材料按要求采用1～2～3自然级配，含泥量不大于5%，且最大粒径不大于4cm，不允许用未经监理工程师验收或检验的碎石，以确保碎石的质量。
4.3整个段落采用跳打形式，并由外缘向中心进行。
4.4根据成桩试验确定的技术参数进行施工，操作人员应记录施工开始时间、结束时间、成桩深度、碎石灌入量及电机的工作电流值，同时注意各种参数的变化。
4.5控制碎石桩的振动频率、留振时间、反插深度、桩管提升的高度和速度，确保桩身的连续性。
4.6施工过程中应及时挖除桩管带出泥土，孔口泥土不得掉入孔中。
4.7填料要分批加入，不宜一次加料过量，原则上要“少吃多餐”，每一深度的抗体在未达到规定的密实电流时应继续加料，继续振实，严格防止“断桩”和“颈缩桩”的发生。
4.8施工过程中如发现土层有较大变化，投料量或沉桩速度异常应立即停工，并报告监理工程师。
4.9施工完毕，整平场地，测量标高，整理施工记录。
5 施工质量的检验
挤密碎石桩施工前，必须进行成桩试验，桩数宜为9-16根。如发现质量不符合设计要求时，应调整桩间距、碎石用量、振动频率、留振时间、反插深度等参数。桩间土以标准贯入法试验为主，辅以其它试验方法。施工过程必须严格执行施工工艺，检查施工记录，施工完毕必须进行检测，以检验处理效果。
5.1检验方法
试桩阶段：试桩前后桩间土分别进行标准贯入、静力触探和瞬时瑞利波法等测试工作；碎石桩采用动力触探（重II型）法；单桩桩身和三桩复合地基分别进行静载试验。正常施工阶段：只进行动力触探测试工作。【沉管碎石桩处理液化土层】
5.2检测时间：在成桩15天以后进行。
5.3检验频率
试桩阶段：试桩前分别进行标准贯入、静力触探检测，每试验路段各不少于5个点；试桩后，标准贯入试验按碎石桩根数的1%布设测点；静力触探试验3点/5000m2，当工点面积小于5000 m2时，不小于3点；
动力触探在桩间土标贯击数达不到要求的点周围检测2-3根桩。
静载荷试验选择在先期的试验路段进行，桩头和复合地基各2点。
正常施工阶段：动力触探2-3‰。
5.4检验结果：在K16+806-K16+871.5路段，进行碎石桩施工后，砂土液化现象严重，地表土极为软弹，地表下沉，结果明显。十五天后随着地下水的渗出完毕，采用动力触探（重Ⅱ型）检测为中密以上，为优良级，单桩承载力达到了380Kpa以上。从检验结果来看取得了预想的效果，处理后的复合地基达到设计要求。达到碎石桩处理的三个效果：挤密、预振、排水固结。 6 施工时注意事项：
6.1有碎石桩处理的桥台位置，一定要先施工碎石桩后施工钻孔桩，边到边距离为2m。
6.2铺碎石垫层时一定要清出桩头，使排水通道畅通，地下水可利用通道排出路基之外。
6.3建筑物15m范围内不宜采用碎石桩，防止建筑物地基产生沉降。
6.4根据检测结果，碎石桩的顶部1～2米范围易出现不密实现象，在施工时要注意拔管速度和反插深度，可在桩机架上每50cm用红油漆作醒目标志，供操作手参考。
6.5在桩管的旁边要有人指挥，并随时用铁锤敲击桩管了解下料情况。
沉管碎石桩处理液化土层(二)
沉管碎石桩施工方法
沉管碎石桩施工方法
（一）工艺流程
干振碎石桩施工工艺流程如下：
测放桩位 机械就位 振动成孔 停振灌满料
数次反插并补料 加压成桩
振动提管至地面 振动提管 空中二次 反插数次
第三次投料至地面 数次反插 加料至满 提升下料
（二）技术措施
本工程施工将严格按照国标和部标中建筑工程施工与验收的有关技术规范、规程和标准执行，具体施工技术参数按现场试桩得出并经设计、监理等确认的技术参数进行。
1、 轴线放样
根据业主提供的控制点及设计图纸，由专业测量人员测放出拟建物轴线及控制点，并加以妥善保护，以便打桩时引测、控制、复核桩位。
由于打桩产生的挤土作用，可能对控制点造成影响，所以施工期间对控制点每周复测两次，发现位移及高程变化及时调整临时坐标值和标高值，以免引起较大误差。
2、测放桩位
放线定位严格遵守《工程测量规范》中有关桩基施工的规定。复合场地轴线及控制点无误后，采用经纬仪和钢卷尺由专业测量人员测放桩位，并做好标记，埋设桩尖，要求放样误差≤2cm。定位与打桩间隔不超过24小时，施工规程中，要尤其注意防止破坏标识引起桩位不准，并随时复核，对因挤土作业引起的桩位偏差及时调整。
3、试桩
为进一步掌握施工区域的地质土层状况，获取更准确的第一手资料，验证施工工艺在该区域的适应性及地区差异，检验设备选择是否合理，明确本工程的自身特点，以便更科学地指导施工，正式施工前，首先进行试桩工作以确定成桩参数，作为正式施工时的控制指标，并将试桩结果反馈给业主、设计单位。
试桩按正常桩施工，试桩位置一般为打桩流水起点的桩，亦可在业主、监理指定的位置进行试桩。做好试桩记录。
4、施工顺序
施工顺序一般可采用“由里向外”或“一边向另一边”的顺序进行。在地基强度较低的软粘土地基中施工时，考虑到减少对地基土的扰动影响，可采用“间隔跳打”的方法。对于群桩基础的中心距小于3.5倍桩径时也应间隔进行施工。
当加固区附近有其它建筑物时，必须先从临近建筑物这边开始施工，然后逐步向外推移。
5、桩机就位
桩机就位时机架必须水平稳固，沉管垂直对中，用吊垂进行目测，要求桩管底板中心与桩位误差≤2cm，沉管垂直度偏差≤1.5H%，并在打桩过程中随时跟踪检查桩管的垂直度。
6、振动成孔
机械就位合格后，沉管在自由状态下对正桩位，利用锤重及沉管自重徐徐静压1-2m后开动振动锤振动下沉，且宜收紧加压钢丝绳提高沉管效率，每下沉0.5~1.0m，留震5~10S，直至设计深度。
7、石料投放
石料选用级配良好的新鲜石料，粒径20~60mm，最大不超过80mm，含泥量小于3%，若石料被周围土体污染，应进行冲洗处理。石料必须复检合格后方能使用，已经风化的石块不能作为填料使用。
沉管至设计深度或沉管拔出地面时，及时投料或补料至满，并及时清除孔口、管壁的泥土，
防止混入石料中。必须保证投料量，碎石贯入量每延米不少于0.2m3，单桩最后一次加料必须能将设计石料全部用完。单桩填料量必须大于成孔体积。
8、反插
振动成孔后，停振灌料至满，先振动再开始拔管，边振边拔，每次拔管高度0.5~1.0m，反插深度0.3~0.5m，并停拔振动5~10S。
9、加压成桩
反插结束后，将料补满至地面，下落沉管至桩顶，收紧加压钢丝绳，加压成桩，并控制好桩顶标高。
10、施工记录
每根桩在施工过程中，必须做好原始记录并随时观测桩顶和地面有无隆起及水平位移。
（三）质量控制标准
（四）常见问题及对策
根据工艺要求及施工经验，施工中应切实注意振密挤实效果，防止发生“断桩”、“瓶颈桩”等质量事故。施工中常见问题及预防、处理方法如下表：
振动沉管碎石桩加固软基工作机理和施工要点是什么？
工作机理主要是挤密、排水、置换。沉管挤密碎石桩作为排土桩，沉管时桩管对桩间土产生很大的横向压力，土体产生径向位移，对桩间土有较为显著的挤密作用，使土密度提高，孔隙比减小。同时，沉管时土体在水平激振力作用下，桩周附近的土体产生振动孔隙水压力，土颗粒重新排列趋向密实。沉管反插也使周围土体密实度增大，提高地基抗剪强度和抗液化能力。碎石桩的存在，使地基中有了良好的竖向排水通道，缩短了孔隙水水平渗透路径，加速了孔隙水压力消散和桩间土的固结。碎石桩置换了部分土体，在上部荷载作用下，压力随着桩土的等量变形逐渐集中到桩上，从而使桩间软弱土分担的压力相应减少。
施工要点：
（1）碎石材料要有良好颗粒级配，以达到最佳密实度；
（2）选择性良好激振打桩机；
（3）成孔后留振10-20S才能拔管，拔管速度不应过快，控制在0.8-1.2m/min，上拔2m反插1m;
（4）地基表层1-1.5m处土的覆盖压力小，桩的密实度难达到要求，必须铲除碎石桩顶部位不密实碎石可采用压路机碾压密实。
振动沉管碎石桩施工指导书：
一、基本要求：
1、骨料级配要符合设计规范要求，不合格骨料严禁使用。
2、必须做成桩实验，根据试桩施工情况确定施工工艺参数。
3、必须严格按照成桩实验确定的施工工艺参数进行施工。
4、应严格按照设计桩位、桩长、桩数施工
5、应按照“由里到外”的施工顺序施工，严禁采用“由外到里”的方式制桩。
6、填土施工前应根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002进行复合地基承载力实验，复合地基承载力必须达到250Kpa以上。
二、操作要点
1、先进行桩位测放，测量人员测量放出中心线及边线控制桩，并做好控制桩保护，标示点里程，根据桩位平面布置图，用钢尺布桩，布桩误差控制在2cm内。
2、机具定位：将打桩机就位，合拢合瓣桩尖将管桩向下垂直使桩尖对准桩位标记，继续向下垂移桩管使桩尖入土。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，一般控制在1%以内。
3、沉管达到设计深度后，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，注入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数一般控制在1.02.避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。
4、桩身拔管：管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，应有专人负责碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管时应先振动5~10S后开始拔管，边振边拔，每拔高度0.5~1.0m停振，如此反复直至全管拔出。拔管速度要均匀，一般为0.8m/min。
5、拔管成桩：振动沉管碎石桩的拔管作业与沉管灌注桩作业相同，其程序为：灌料后原位振动---振动拔管---振动反插---振动拔管---再次灌料---第二次振动。以此为循环周期直至到设计桩顶标高完成一根桩施工作业（反插次数及反插深度均应满足桩身设计，横截面积为控制依据）。
三、质量控制
碎石块（粒径不大于50mm）以及采用石场的石硝，通过试验确定出最佳级配，一般经级配后石料干重度Y=18.7KN/m3.保证每孔填料量，并做好填料现场记录。严格控制振动挤密次数及电动机功率。保证每孔填料量，并做好填料现场记录。严格控制振动挤密次数及电动机动率。进行必要的成桩检查。在试打及工程桩每100根抽查1～2根，检查桩体是否成型完整，扩径是否满足要求（d=0.8m）。最后进行荷载试验，以便最后确定路基处理效果。
3.1 振动沉管碎石桩施工准备
3.1.1 场地平整
施工前根据提供施工场地工程地质报告书，同时调查施工范围内的高压线、电话线、地下管线等结构物，再进行场地平整。施工时先沿碎石桩施工边界深挖临时排水沟，排地面水和降底地下水水位。再挖除30cm植被淤泥至原状土，同时用符合路基规范要求的透水性材料料 回填平整场地，再填30cm~60cm碎石垫层，保证弃土挖废、振动沉管桩机站位稳定性和施工材料进场。
3.1.2 绘制桩位平面图、桩编号
碎石桩成孔直径为φ400mm，布置范围为路基隔离栅范围，采用梅花性布置，在主线区间距为1.0 米，匝道区间距为1.1 米。按排按统一方向编序号。如图：
3.1.3 桩机进场、组装调试
(1).施工设备
①振动沉管桩机机具设备(重量30.5吨)。振动锤：型号DZ－60(双电机)，单电机转速1450r／min，单电机功率30kW；卷扬机2组；φ380mm刚沉管1根(下端安装活瓣式合拍φ400mm)；钢主管1 根；钢滑移管2根；钢架(包括平衡杆)1套；喂料斗1个；控制电源操作台，150A 电流表，500V 电压表。
②加料设备。装载机1台、斗车4部。
③电源设备。发电机组：型号6160,120Kw/台。
（2）桩机进场、组装调试
汽车运施工设备至平整好的场地,用起重机把振动沉管桩机机具设备安装,接通发电机电源测 试振动、提升、滑移功能，保证施工正常安全使用。
3.1.4 材料进场
碎石桩碎石填料采用末风化、抗浸蚀的干净砾石或轧制碎石，粒径20～50mm，其含泥量不 大于5%，内摩擦角不小于380。
3.2 施工措施
3.2.1 测量放线
①导线点、水准点复核测量,采用双控测量,各技术指标均需符合国 家标准。
②测量场地的施工标高，并做好原始记录。
③控制桩布设：按桩位平面布置图用每 20 排放1 条线，每排10 个点,测出坐标和高程,并进行这些点用水泥砂浆保护。地形变换应加密。
④实地放样布置桩位：每20 排控制点之间用钢尺按碎石桩排距定出每排保护桩；每排控制 桩用钢尺按碎石桩间距定出每根桩。上排施工完再放下排。
3.2.2 技术参数的确定【沉管碎石桩处理液化土层】
振动沉管碎石桩施工过程可以通过填料量、密实电流、留振时间、反插次数和振密提升速度五个参数来控制，振动沉管碎石桩的质量是以振动锤振动时的工作电流达到规定值为控制标准。经试验确定技术参数如下：1.密实电流控制在90~110A；2.填料量0.166m3／m（桩径400mm）；3.振密提升速度1.8m／min；4 留振时间大于10s；5 反插深度:每提升1.2m/次；
6.沉管造孔贯入速度为4.5m／min。
3.2.3 单桩施工顺序 施工从桥台背后逐排向后打或以中间往两边打，本工程施工从桥台背后逐排向后打。桩机施 工第一排时采用间隔跳打施工,如下图。
①机具定位：振动沉管碎石桩机利用卷扬机组滑移，使钢滑移管至平行每排轴线且沉管中心每排轴线垂直相交，再横向滑移，使沉管中心对准桩孔位置放下沉管,偏差小于50mm，竖 直度小于1.5%。
②造孔
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