振動沉管碎石樁機(jī)理及常見問題分析

【關(guān)鍵詞】振動沉樁碎石樁的機(jī)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(yīng)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(fù)合地基承載力。

　　二、振動沉管碎石樁機(jī)理

　　振動沉管碎石樁加固機(jī)理：沉管在振動打入過程中對周圍土層進(jìn)行側(cè)向擠密，管內(nèi)填料振動拔升時(shí)，管內(nèi)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(kuò)大并達(dá)到樁體密實(shí)，按一定間距重復(fù)施打，又使樁與樁之間的土層密實(shí)度得到增加，同時(shí)打設(shè)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(shè)置0.5m厚的砂褥層，處理后土體中的水滲出進(jìn)入豎向排水通道，再進(jìn)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(qiáng)土體的抗液化能力，固結(jié)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(qiáng)體與砂土、粉土地基等共同承擔(dān)荷載作用，形成碎石擠密樁復(fù)合地基。

　　振動沉管碎石樁作為一種大型樁機(jī)，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(shè)計(jì)要求的樁徑、樁長及地質(zhì)條件選用機(jī)型。沉管碎石樁機(jī)的施工步驟主要為：(1)移動樁機(jī)及塔架，把樁機(jī)及樁尖對準(zhǔn)樁位；(2)啟動振動錘，把樁機(jī)沉管下沉到設(shè)計(jì)的深度；(3)向沉管內(nèi)投入規(guī)定數(shù)量的碎石；(4)振動提升時(shí)管內(nèi)石料在重力作用下流入鉆孔中；(5)反插沉管，使石料密實(shí)并擴(kuò)大樁徑；(6)重復(fù)(4)、(5)步驟；(7)成樁結(jié)束，樁機(jī)移至下個樁位，重復(fù)上述步驟，直至施工完成。

　　振動沉管擠密碎石樁具有設(shè)備簡單、操作方便、成本低、施工快、無污染等特點(diǎn)，在軟土地基處理中得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過碎石樁處理的地基有以下幾個方面效果：

　　1、復(fù)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(qiáng)。

　　三、常見的問題分析及處理

　　但是筆者認(rèn)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(qiáng)度，樁體的強(qiáng)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(shí)，樁體主要受力集中在樁頂附近4倍左右的樁徑范圍內(nèi)，作為復(fù)合地基承載效果明顯,但遇到開挖或埋設(shè)管道等,復(fù)合地基即遭到破壞,同時(shí)對各種不同地質(zhì)條件的地基，相同的處理方法，得到的地基復(fù)合強(qiáng)度不一樣。碎石樁處理的效果與地質(zhì)條件、樁間距、樁直徑、樁深度、材料的選用等有密切的關(guān)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(shè)計(jì)要求的施工參數(shù)。另外在諸多工程實(shí)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(shí)踐中有待改進(jìn)與加強(qiáng)。

　　因此，在實(shí)際施工中對沉管碎石樁的施工工藝需要進(jìn)行分析,擬定最合理的施工方案,不能準(zhǔn)備不充分就貿(mào)然施工,否則會造成施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,浪費(fèi)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(chǔ)直徑32m～43m，由中心點(diǎn)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(jì)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(xué)指標(biāo)如：空隙比、含水率、內(nèi)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(zhì)報(bào)告簡述：

　　①-1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(zhì)約占20%，經(jīng)過強(qiáng)夯處理，夯擊能量為點(diǎn)夯2000KN.M和3000KN.M，滿夯1000KN.M，揭露厚度為1.50～3.50m，夯擊停滯時(shí)間半年。

　　①-2填砂：松散～稍密，主要由吹填砂而成，含殘質(zhì)貝殼，疏密不勻。場區(qū)普遍分布，厚度:3.0～6.0m。工程地質(zhì)性能差。

　�、谟倌噘|(zhì)土：灰色，軟塑，飽和，成份由粘、粉粒組成，含腐蝕質(zhì)，嗅有臭味，厚度:1.00～5.60m。屬高壓縮該層為飽和軟粘土，力學(xué)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(xué)性能一般。

　�、芊圪|(zhì)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(yīng)，干強(qiáng)度中等。揭露厚度為1.50～3.00m。工程地質(zhì)性能較好。

　�、輾埛e砂質(zhì)粘性土：灰黃色，可塑～硬硬，飽和，母巖為花崗巖，組織結(jié)構(gòu)已全部破壞，礦物成份除石英外均已風(fēng)化成土狀，風(fēng)化較為均勻，揭露厚度為1.90～8.20m。工程地質(zhì)性能良好。承載力特征值為240Kpa。

　�、奕�風(fēng)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(jié)構(gòu)基本破壞，礦物成份已風(fēng)化成土狀。揭露厚度為2.30～9.90m。工程地質(zhì)性能良好。承載力特征值為300Kpa。

　　經(jīng)現(xiàn)場查看并對照地質(zhì)報(bào)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(qiáng)夯處理，雖然夯擊能量不大，但對于振動沉管碎石樁機(jī)而言，沉管難度極大。如果當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)給予順序顛倒，即先進(jìn)行振動沉管碎石樁施工，而后再表層強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)夯處理場地全部振松，強(qiáng)夯處理的硬殼層全部被破壞。