【摘 要】本文探討了振動沉管碎石樁在沉樁過程中的機理,沉樁的效果,并在此基礎上以一個工程為例對工程常見的施工問題以及處理方法進行探討。
【關鍵詞】振動沉樁碎石樁的機理;效果;常見問題分析及解決方法
一、前言
振動沉管擠密樁有碎石樁、砂樁、砂石混合樁等,碎石樁是擠密樁處理方法之一,分濕法與干法兩種,在軟土地基中應用較為廣泛。振動沉管碎石樁屬于干法碎石樁,對于砂土、粉土等的作用主要為擠密、振密及排水,對粘性土主要為置換、排水。通過振動沉管碎石樁對地基的處理,能減少地基的沉降量、提高復合地基承載力。
二、振動沉管碎石樁機理
振動沉管碎石樁加固機理:沉管在振動打入過程中對周圍土層進行側向擠密,管內填料振動拔升時,管內碎石在重力作用下落在地基土中形成碎石樁身,通過反插使得碎石樁體直徑擴大并達到樁體密實,按一定間距重復施打,又使樁與樁之間的土層密實度得到增加,同時打設的每根碎石擠密樁體,形成一個個良好的豎向排水通道。地基處理后表層通常設置0.5m厚的砂褥層,處理后土體中的水滲出進入豎向排水通道,再進入砂褥層中水平方向排出,有利于砂土、粉土地基中超孔隙水壓力的消散,有效地增強土體的抗液化能力,固結過程中,樁體本身及樁間土層承載能力得到提高,碎石擠密樁增強體與砂土、粉土地基等共同承擔荷載作用,形成碎石擠密樁復合地基。
振動沉管碎石樁作為一種大型樁機,有走管式、步履式、履帶式幾種,功率有俗稱的60、75、90、110、120甚至150型。根據(jù)設計要求的樁徑、樁長及地質條件選用機型。沉管碎石樁機的施工步驟主要為:(1)移動樁機及塔架,把樁機及樁尖對準樁位;(2)啟動振動錘,把樁機沉管下沉到設計的深度;(3)向沉管內投入規(guī)定數(shù)量的碎石;(4)振動提升時管內石料在重力作用下流入鉆孔中;(5)反插沉管,使石料密實并擴大樁徑;(6)重復(4)、(5)步驟;(7)成樁結束,樁機移至下個樁位,重復上述步驟,直至施工完成。
振動沉管擠密碎石樁具有設備簡單、操作方便、成本低、施工快、無污染等特點,在軟土地基處理中得到廣泛應用。經(jīng)過碎石樁處理的地基有以下幾個方面效果:
1、復合地基的承載力得到明顯提高。
2、與振沖碎石樁(濕法碎石樁)相比,振動沉管碎石樁克服了振沖碎石樁耗水量大和泥漿污染的弊病。
3、處理深度較深,有效的減少深層土體的沉降量,處理后的地基整體性較強。
三、常見的問題分析及處理
但是筆者認為,碎石樁用于地基處理,因其成樁原理、用料等有其特定的缺陷,其樁身是由散體材料組成,材料本身沒有粘性強度,樁體的強度主要是靠周圍土體的約束和樁身材料的摩擦維持的,在承受上部荷載時,樁體主要受力集中在樁頂附近4倍左右的樁徑范圍內,作為復合地基承載效果明顯,但遇到開挖或埋設管道等,復合地基即遭到破壞,同時對各種不同地質條件的地基,相同的處理方法,得到的地基復合強度不一樣。碎石樁處理的效果與地質條件、樁間距、樁直徑、樁深度、材料的選用等有密切的關系,因此正式施工前需要對整個處理區(qū)域合理選擇試樁范圍、試樁根數(shù),以取得最合理、最滿足設計要求的施工參數(shù)。另外在諸多工程實踐中如樁身拔管后頸縮,反插后造成斷樁、填料量難以下沉、打入困難、樁尖活瓣難以打開等均需在實踐中有待改進與加強。
因此,在實際施工中對沉管碎石樁的施工工藝需要進行分析,擬定最合理的施工方案,不能準備不充分就貿然施工,否則會造成施工質量達不到設計要求,浪費成本延長工期。
以某石化油罐地基處理為例,分析施工中經(jīng)常出現(xiàn)的問題及處理方法。
工程概況簡述:油罐基礎直徑32m~43m,由中心點向外呈放射性布置樁位,樁直徑0.6m,樁長19m~22m,采用振動沉管沉樁碎石樁工藝施工,碎石樁總數(shù)量共計105000m。處理后的地基承載力特征值fak≥200kPa。檢測需提供施工前后的物理力學指標如:空隙比、含水率、內摩擦角、地基承載力特征值及各土層的壓縮模量等及施工參數(shù)。
地質報告簡述:
、-1素填土:灰黃色,稍密,稍濕,成份以粘性土為主,為人工堆填物,局部含少量塊石,粒徑在2.0-20.0cm,硬雜質約占20%,經(jīng)過強夯處理,夯擊能量為點夯2000KN.M和3000KN.M,滿夯1000KN.M,揭露厚度為1.50~3.50m,夯擊停滯時間半年。
、-2填砂:松散~稍密,主要由吹填砂而成,含殘質貝殼,疏密不勻。場區(qū)普遍分布,厚度:3.0~6.0m。工程地質性能差。
、谟倌噘|土:灰色,軟塑,飽和,成份由粘、粉粒組成,含腐蝕質,嗅有臭味,厚度:1.00~5.60m。屬高壓縮該層為飽和軟粘土,力學性能差。
、壑猩埃簺_洪積成因,該層在新近回填區(qū)有分布,飽和,稍密告~中密,含少量粘性土,顆粒級配差,為中壓縮性土。厚度1.10~4.50m。力學性能一般。
、芊圪|粘土:灰黃色,可塑~硬塑,濕~飽和,成份以粘粉粒為主,手搓具有少許砂感,粘韌性一般,刀切面較光滑,無搖震反應,干強度中等。揭露厚度為1.50~3.00m。工程地質性能較好。
⑤殘積砂質粘性土:灰黃色,可塑~硬硬,飽和,母巖為花崗巖,組織結構已全部破壞,礦物成份除石英外均已風化成土狀,風化較為均勻,揭露厚度為1.90~8.20m。工程地質性能良好。承載力特征值為240Kpa。
、奕L化花崗巖:灰黃色,巖芯呈散體狀,手捏即散,遇水易軟化、崩解,組織結構基本破壞,礦物成份已風化成土狀。揭露厚度為2.30~9.90m。工程地質性能良好。承載力特征值為300Kpa。
經(jīng)現(xiàn)場查看并對照地質報告,發(fā)現(xiàn)該工程施工難度極大,主要表現(xiàn)在以下3個方面:
1、原場地經(jīng)過強夯處理,雖然夯擊能量不大,但對于振動沉管碎石樁機而言,沉管難度極大。如果當時設計時給予順序顛倒,即先進行振動沉管碎石樁施工,而后再表層強夯處理,則碎石樁施工難度降低,整個場地的地基承載力也將大大增加,F(xiàn)在是先強夯后打碎石樁,碎石樁沉樁極為困難,振動施工的全過程也將原強夯處理場地全部振松,強夯處理的硬殼層全部被破壞。