振冲碎石桩的施工工艺及质量控制

□周 峰（河南省水利第二工程局）

1.前言

南水北调中线一期工程总干渠陶岔渠首至沙河南段工程南阳段三标的娃娃河渠道倒虹吸工程位于南阳市卧龙区七里园乡武庄西200m处，管身出口斜管段、出口闸室段及出口渐变段基础地基处于第四系上更新统冲湖积层重粉质壤土、粉质粘土上，土体具有中等膨胀性。为解决中膨胀性土承载力不足且遇渗水膨胀的不良特性，采用振冲碎石桩对该地基进行处理，桩的长度以伸到砂砾石层或第三系软岩为准。

2.振冲碎石桩施工工艺

2.1 振冲碎石桩的布置形式

娃娃河振冲碎石桩采用等边三角形布置，桩径80cm，桩距1.5m，复合地基承载力特征值280kPa。

2.2 设备及材料要求

2.2.1 填料：桩体材料采用含泥量≤5%的碎石，粒径控制在30～100mm，不得含有已风化及易腐蚀、软化的石料。

2.2.2 成桩机械：振冲碎石桩采用电动振动沉管桩机成孔，电动振动沉管机的主要组成部件有桩架框架、绞车、滑轮组、电动振动锤、桩管、吊斗、底盘等，主要技术性能指标：行走速度：96m/h；侧振力：440kN；容许抗拔力：240kN；电动振冲器功率55kW。

2.3 施工程序

2.3.1 场地清理、平整：振冲碎石桩在高于设计开挖面1.0m的地面施工，坡面上的桩，在基面上开挖平台。对施工面的腐蚀土、生活垃圾、建筑垃圾进行清理，场地清理的边线要大于施工的工作面。

2.3.2 开挖排污沟、泵坑及管线布置：供水管、泥浆排污沟、泥浆泵坑、电缆线等管线在不妨碍施工机械运行的前提下进行布置。施工场地划分若干施工作业区，各作业区之间用土垅、地沟相隔。作业区内也需挖若干沟渠，使泥浆能流入集浆池，用车辆运走，振冲施工时需防止泥水漫流。

2.3.3 桩位放点：按照地基处理图设计的桩位、间距、数量，从已定好的2个轴线控制点引放定出每一个桩的桩位点，并撒白灰作好标识。

2.3.4 机具定位：测量放线后吊车就位，吊起振冲器，使其竖直、悬空，距地面10～20cm，并让尖端对准桩位，检查水压、电压和振冲器电流是否正常。

2.3.5 造孔：开启高压清水泵，注入高压水，开动振冲器，振冲器在压力冲击作用和振动作用下竖直贯入地层至设计深度。

2.3.6 清孔：造孔完毕后，将振冲器全部吊出后再对准孔位，保持坚直状态，贯入孔底，进行一次清孔排浆，记录清孔过程，并根据实际成孔排浆情况，确定清孔次数。

2.3.7 填料、振密、制桩：清孔完毕，控制室改用加密电流，并改变水压，采取连续填料，分段振密的制桩方法。由装载机向孔内倒石料，每次填料数量视土质条件按桩身理论方量值与充盈系数计算而定。做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数控制在1.05以上。避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。一般每次填料高度为0.5～0.8m。待石料沉入孔底后，再缓慢下沉振冲器，振密孔底桩体，当振冲器工作电流达到规定的密实电流后，留振10～20s。循环上段工序，进行下一段桩体的压密工作直至孔口，则完成一根桩的制桩过程。

2.3.8 清沟排污：打桩过程中，施工现场安排人力清沟，保证排污网络畅通，避免泥浆漫淌，沉淀后的泥浆采用泥浆罐车出运至弃土场排放，做好场地整洁，文明施工。

2.3.9 填料记录：施工过程中通过振冲器上配备的振冲碎石桩施工自动监控系统记录仪，对每段桩体的成孔电流、密实电流、填料量及留振时间等进行现场施工过程的实时跟踪记录，每桩施工均填写施工记录表。

振冲碎石桩施工顺序见图1。

图1 振冲碎石桩施工示意图

3.检测

振冲碎石桩施工结束后，在完工28d后进行成桩检验，检验时主要对以下项目进行检测：

3.1 桩体密实度检测：采用重型动力触探跟踪检测桩体密实度，密实桩标准为动力触探平均贯入10cm的锤击数≥7～10击，小于标准值为不密实桩。桩体随机抽验率为1%～5%，每项试验的桩数≥3根。

3.2 桩体抗剪强度、承载力及压缩模量检测：桩体现场原位试验，检测数量不小于桩孔总数的2%，且≥3根。桩体剪力试验、静载荷试验的剪力盒、承压板的直径与桩体直径一致。

3.3 桩间土处理效果检测：桩体现场原位试验，选用标准贯入试验、静力触探、动力触探、十字板剪力试验测定振冲后的标贯击数、静探的地层端阻力、侧阻力、动探击数以及十字板不排水剪强度的变化。采用钻探取土器取样进行振冲后土的室内物理力学性质试验。检测试验方法选择1～2种进行对比试验，土层单项检测组数>5组。

4.质量检查与控制标准

4.1 振冲碎石桩位，应按施工图纸要求测定，振冲施工的孔位偏差应符合下列规定：

4.1.1 施工时振冲器喷水中心与孔径中心偏差不得>5.0cm；

4.1.2 振冲造孔后，成孔中心与施工图纸定位中心偏差不得>10cm；

4.1.3 造孔完成后的桩顶中心与定位中心偏差不得大于桩孔直径的0.2倍。

4.2 振冲器贯入土中应保持垂直，其偏斜应不大于桩长的3%。

4.3 振冲器每贯入1～2m孔段，应记录1次造孔电流、水压和时间，直至贯入到施工图纸规定的完孔深度。

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4.4 完孔后应清孔1～2遍，要求孔口返出泥浆变稀为止。

4.5 填料的加密应符合下列要求：

4.5.1 加密电流、留振时间、加密段长及填料数量，应符合试桩选定的参数；

4.5.2 应用电气自动控制系统控制加密电流和留振时间；

4.5.3 加密必须从孔底开始，逐段向上，中间不得漏振；

4.5.4 加密电流的方式，应采用自升式或冲击式。

4.5.5 孔底以上1～1.5m处填料量应为施工图纸规定值的2倍，全孔填料充盈系数应>1.05。

4.6 振冲施工开始前，复核振冲孔位的现场放样成果，确认无误后，方可开始振冲孔的造孔；振冲造孔和清孔结束后，对每个振冲孔进行孔位、孔深、孔斜和清孔验收。

4.7 振冲填料和加密施工过程中，按试验桩选定的施工参数，定时进行以下项目的检查和验收：桩位偏移值；检查记录各加密度长度及其加密电流值和留振时间；分段抽检填料的级配和质量；检查记录各加密段的填入量。

5.质量保证措施

5.1 严格控制水压、电流和振冲器在固定深度位置的留振时间。水量要充足，使孔内充满水，防止塌孔，使制桩工作得以顺利进行；水压视土质及其强度而定，一般对强度较低的软土，水压小一些；对强度较高的土，水压大些；成孔过程中水压和水量尽可能大，当接近设计加固深度时，降低水压，以免影响桩底以下的土；加料振密过程中水压和水量均小些。

5.2 电压控制在380±20V，并保持稳定。电流为空载电流加10～15A为加料振密过程中的密实电流，严禁在超过额定电流的情况下作业，振冲器在固定深度位置留振时间为10～20s。

5.3 填料时不得过快过多，勤加料，每批不加过多。施工中，每段桩体均做到满足密实电流、填料量和留振时间三方面的规定。当达不到规定的密实电流时，向孔内继续加碎石并振密，直至电流值超过规定的密实电流值，以避免出现断桩、缩径现象。