振沖碎石樁在水工護(hù)岸地基處理中的應(yīng)用研究

【關(guān)鍵詞】振沖碎石樁；復(fù)合地基；地基處理；施工方法 

　　0 引言 

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程建設(shè)項(xiàng)目日益增多，建設(shè)用地日益緊張，一些沿海城市因?yàn)槭艿浇ㄔO(shè)用地保有量有限和發(fā)展經(jīng)濟(jì)等因素的壓力，而需在海岸邊進(jìn)行工程項(xiàng)目的建設(shè)。而海域地基承載力低、結(jié)構(gòu)松散、壓縮性大、物理力學(xué)性質(zhì)差。采用這種地基作為建筑物的基礎(chǔ)時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行加固處理，才能確保建筑物的安全性和穩(wěn)定性，海域地基處理技術(shù)成為一項(xiàng)亟待解決的課題。 

　　振沖碎石樁加固松軟地基，就是利用振沖器在軟土地基中成孔，并向孔內(nèi)分批填入碎石形成樁體并與軟土組成一個(gè)整體，共同承受外部荷載在松軟土中構(gòu)筑剛度較軟土大得多的碎石樁，組成復(fù)合地基，共同承受外部荷載[1，2]。碎石樁加固軟土地基具有施工速度快、適用性廣、效果好、造價(jià)低等顯著的優(yōu)點(diǎn)，在處理松散砂土地基、一般黏性土地基及飽和砂土地基中得到廣泛應(yīng)用，并積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[3-5]。目前振沖法加固在陸域上已屬成熟的處理地基技術(shù)，在港口工程地基處理中也開始逐步得到應(yīng)用[6-8]。 

　　由于海域條件復(fù)雜，海闊水深，以及風(fēng)、浪及潮汐等的侵?jǐn)_，振沖碎石樁未能在海域漁港碼頭工程的地基處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合某水工護(hù)岸工程，針對(duì)阻礙振沖技術(shù)在海域應(yīng)用的問(wèn)題，擬定了相應(yīng)解決的措施，對(duì)海上水下振沖碎石樁的施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，建立了海域施工各相關(guān)技術(shù)措施，為在海域復(fù)合地基軟基處理中廣泛推廣振沖碎石樁法提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。 

　　1 工程概況 

　　1.1 工程地質(zhì)條件 

　　大連港東部某項(xiàng)目永久護(hù)岸，上部主體采用直立式大圓筒結(jié)構(gòu)。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)和巖層特征及物理力學(xué)特征如下： 

　　本次勘察揭露的場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)自上而下分別為：流泥和淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、強(qiáng)風(fēng)化板巖。 

　　1）流泥和淤泥：為飽和流動(dòng)、流塑狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)含量較高，多見(jiàn)貝殼碎片，不能采取原狀試樣。該層在整個(gè)場(chǎng)地均有揭露，厚度2.6～6.4m。 

　　2）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：流塑狀態(tài)，偶見(jiàn)貝殼碎片，部分鉆孔底部強(qiáng)度有所增加，偶見(jiàn)薄層軟塑粉質(zhì)粘土。該層在整個(gè)場(chǎng)地均有揭露，頂面埋深6.2～10.2m，厚度2.3～6.4m。 

　　3）粉質(zhì)粘土：軟塑-可塑，搖震反應(yīng)無(wú)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，切面稍有光澤。部分鉆孔底部有薄層礫卵石或板巖、石英巖礫石，含量50～60%，粒徑0.1～5cm，以棱角形為主。該層分布于場(chǎng)地大部分地段，頂面埋深9.8～15.8m，厚度1.7～7.7m。 

　　4）強(qiáng)風(fēng)化板巖：巖體具散體結(jié)構(gòu)，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎石土狀，屬極軟巖，極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ級(jí)。該層分布于場(chǎng)地內(nèi)大部分地段，頂面埋深14.50～19.80m，厚度0.5～1.6m。 

　　1.2 設(shè)計(jì)地基處理方案 

　　根據(jù)上述工程地質(zhì)條件及結(jié)合設(shè)計(jì)斷面圖紙，淤泥質(zhì)土厚度均在12.0m以上，其中淤泥厚度10.0m以上。地基處理采用振沖碎石樁法，初步設(shè)計(jì)碎石樁體長(zhǎng)度在15.0～18.0之間，樁直徑為1.2m，樁呈正三角形布置，樁間距為1.6～1.8m，見(jiàn)圖1。 

　　2 施工工藝及過(guò)程 

　　2.1 施工順序 

　　振沖碎石樁復(fù)合地基廣泛應(yīng)用于軟基處理中，主要是通過(guò)樁體置換和對(duì)樁間土的擠密作用，促進(jìn)排水固結(jié)從而提高地基的承載力。振沖法施工一般包括造孔、清孔、填料、加密4個(gè)工序。具體施工工藝流程：碎石樁施工設(shè)備上船組裝-水上施工平臺(tái)就位固定-建立測(cè)量定位系統(tǒng)-振沖設(shè)備就位-振沖造孔施工-上料船就位-振沖加密施工-成樁-中間檢測(cè)，調(diào)整施工參數(shù)。 

　　本次施工按照1.8米樁間距→1.7米樁間距分4個(gè)小區(qū)域進(jìn)行施工。由于1.8米樁間距在施工檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)加固效果不理想，根據(jù)設(shè)計(jì)和監(jiān)理要求，在實(shí)際施工中，增加了1.6米間距的形式。其中1.8m間距的樁完成200根，1.6m間距的樁完成102根，1.7m的樁完成358根，累計(jì)完成660根。 

　　具體施工過(guò)程分為二個(gè)階段： 

　　1）第一階段：施工1.8m樁間距碎石樁，共計(jì)200根。由于本地區(qū)淤泥層比較深，施工造孔過(guò)程存在縮頸問(wèn)題。在施工過(guò)程需要大距離提拉導(dǎo)桿方能將石料送至孔底，這樣很大程度上影響了施工效率。由于淤泥對(duì)樁體的約束小，樁體頂部和底部密實(shí)度較高，中間部分密實(shí)度較差，決定在剩余的試驗(yàn)區(qū)域縮小樁間距同時(shí)改變送料方式進(jìn)行施工。 

　　2）第二階段：施工1.6m樁間距碎石樁，共計(jì)102根。施工1.7m樁間距碎石樁，共計(jì)358根。 

　　因此在施工過(guò)程中，按1.6米樁間距進(jìn)行施工同時(shí)對(duì)現(xiàn)有施工設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，提出了中空導(dǎo)桿下出料法進(jìn)行施工。大大縮短了石料進(jìn)入孔底的行程，確保振沖器周邊石料充足，樁體垂直度和連續(xù)性得到保證。 

　　2.2 海上水下振沖樁施工控制要點(diǎn) 

　　水上施工過(guò)程中關(guān)鍵控制工序要素主要有：船舶和樁位確定、施工深度控制、上料船配合填料以及海上成孔等，控制好水上施工的關(guān)鍵工序是保證施工質(zhì)量和確保進(jìn)度和關(guān)鍵。 

　　1）船舶定位、移位和樁位控制 

　　駁船被拖輪拖到施工區(qū)域內(nèi)，下錨固定在施工范圍內(nèi)，此時(shí)，在樁位布置軸線的延長(zhǎng)線上設(shè)置導(dǎo)標(biāo)，利用GPS定位設(shè)備移動(dòng)方駁到計(jì)劃施工位置。吊車起吊設(shè)備就位后要使成樁后的樁位偏差達(dá)到規(guī)范要求，在造孔時(shí)要控制孔位偏移。造孔過(guò)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(shí)向土質(zhì)軟的一側(cè)偏移。糾正方法可使振沖器向硬土一邊開始造孔，偏移量多少在現(xiàn)場(chǎng)施工中確定，也可在軟土一側(cè)倒入填料阻止樁位偏移； 

　�。�2）振沖器與導(dǎo)管安裝時(shí)中心線不在垂直線上或?qū)Ч軓澢�。糾正方法調(diào)整振沖器與導(dǎo)管的中心線在垂直線上，對(duì)彎曲的導(dǎo)管應(yīng)調(diào)直或更換； 

　�。�3）由于潮位的變化引起樁位偏差。本工程中對(duì)樁位影響比較大的是潮位的變化。潮水位的急劇變化容易引起水上施工平臺(tái)的偏移，從而造成樁位偏差。針對(duì)這種情況，在施工時(shí)要求施工機(jī)組時(shí)刻觀察潮位的變化，及時(shí)調(diào)整施工方駁的錨索，保證施工平臺(tái)的穩(wěn)定和固定。 

　　2）樁長(zhǎng)控制 

　　水上施工的樁長(zhǎng)根據(jù)海平面的潮落位控制。首先在施工前，在每根振沖樁施工前測(cè)量水深，作為振沖器造孔終止深度的依據(jù)，同時(shí)根據(jù)勘察報(bào)告加固軟弱層深度和造孔電流最終確定成孔深度。并且在加密快完成時(shí)，再次測(cè)量水深確定制樁的樁頂標(biāo)高。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(zhǎng)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；施工中當(dāng)水面出現(xiàn)上漲或下降時(shí)，根據(jù)水尺的標(biāo)記，確定水位高程和振沖器上的標(biāo)尺，確定振沖器入土深度。 

　　3）填料控制 

　　本工程所用樁體材料堅(jiān)硬、具有一定的強(qiáng)度、水穩(wěn)定型好，不易風(fēng)化且級(jí)配良好且碎石含泥量不大于5%的碎石。碎石進(jìn)場(chǎng)后使用前需要按照有關(guān)要求進(jìn)行復(fù)試，合格后方能用于施工。 

　　拋石船孔口上料使用斗容為0.5～1.5m3的反鏟挖掘機(jī)，挖掘機(jī)將石料轉(zhuǎn)倒進(jìn)設(shè)置在作業(yè)平臺(tái)邊沿上的上料斗中。上料斗將升起，投放到導(dǎo)桿上端的接料斗內(nèi)，完成一次投料過(guò)程。改變傳統(tǒng)的投料方式可以確保投料的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，可提高施工效率。 

　　4）成孔質(zhì)量控制 

　　水下施工時(shí)，表層土有淤泥存在，特別是在水下成孔時(shí)水流可能會(huì)受到海水影響，制約上流水流攜帶泥砂的能力。因此為保證成孔質(zhì)量，確保石料能夠順暢進(jìn)入孔內(nèi)，保證成樁質(zhì)量，在水下成孔時(shí)采用大水量沖孔。可以考慮在振沖器的減振器處將水管開孔，加強(qiáng)沖孔攜渣能力。加密過(guò)程中，碎石樁會(huì)含一定的粘土，影響樁體碎石顆粒的嚙合，從而降低樁體強(qiáng)度，為減少樁體的含泥量，施工中應(yīng)加大加密水壓，延長(zhǎng)清孔過(guò)程，多次提拉振沖器至孔口，減慢加密速度。 

　　2.3 實(shí)施效果 

　　根據(jù)打設(shè)前后水深比較，1.8m間距的樁頂平均標(biāo)高為-7.6m，平均樁長(zhǎng)18.65m，打設(shè)后平均隆起0.65m；1.7m間距的樁頂平均標(biāo)高為-7.0m，平均樁長(zhǎng)19.26m，打設(shè)后平均隆起0.4m；1.6m間距的樁頂平均標(biāo)高為-6.8m，平均樁長(zhǎng)19.05m，打設(shè)后平均隆起0.6m。 

　　通過(guò)實(shí)際投放石料與施工前后海底面隆起情況分析，以及對(duì)樁體重力觸探結(jié)果分析，振沖碎石樁可以成樁且樁體連續(xù)，碎石樁置換作用得到充分應(yīng)用。特別是通過(guò)對(duì)振沖碎石樁下料方式的調(diào)整，在施工速度及施工質(zhì)量上有了進(jìn)一步的改善。 

　　3 結(jié)論 

　　3.1 進(jìn)行海上水下振沖樁施工時(shí)，樁的定位是施工控制的難點(diǎn)，施工前要完善實(shí)際樁點(diǎn)坐標(biāo)，施工時(shí)實(shí)時(shí)掌握樁位的偏差，并不斷地進(jìn)行修正。 

　　3.2 對(duì)于海域地基，因淤泥層較厚會(huì)產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，是碎石下落不到位，并且樁間距過(guò)大時(shí)，碎石樁周圍約束小，導(dǎo)致樁體密實(shí)度稍差。1.8m樁間距由于樁與樁之間在淤泥層互相影響較小，密實(shí)度稍差；1.6m樁間距與1.7m樁間距成樁質(zhì)量相差不大，較1.8m樁間距樁體質(zhì)量有明顯的改善。振沖碎石樁樁徑1.2m，樁間距1.7m等邊三角形布置、樁底深入粉質(zhì)粘土1.0m，為最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。 

　　3.3 本地區(qū)淤泥層較厚，淤泥對(duì)樁體側(cè)限較小。通過(guò)對(duì)比檢測(cè)數(shù)據(jù)，邊樁對(duì)工程樁的樁體質(zhì)量有一定的影響，因此，建議適當(dāng)增加護(hù)樁排數(shù)，以利于提高復(fù)合地基的整體抗滑穩(wěn)定性。 

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