振动挤密碎石桩消除地震液化施工方法探讨

□潘秀玉（河南省水利第一工程局）

1.工程概况

南水北调中线一期工程总干渠沙河南～黄河南 （委托建管项目）潮河段第三施工标段，渠道桩号SH(3)146+200～152+200，全长6000m。本标段特殊土处理中有弱膨胀土处理段累计长350m，换填粘性土厚1.0m；地震液化段处理长度5280m，采用强夯、挤密砂桩和换土+强夯等不同方法处理；挤密碎石桩是潮河段基础处理的工作重点，占基础处理工程总量的75%，设计采用振冲沉管打桩法进行挤密碎石桩施工对液化砂土区加固，桩径0.6m，桩间距2.0m,材料采用10～50mm级配碎石，处理深度12m，深入非液化土层0.5m，正三角形满堂布置。根据设计图纸和现场工程地质条件可知，液化砂土区部位结构松散，岩性不均，采用振动沉管桩机成桩对部分渠段成孔困难。为了更好地组织施工，提高工作效率，项目部在基础处理工程施工过程中根据呈现的不同地质情况向监理和业主建议进行机械改进和调整施工工艺，决定对挤密碎石桩施工质量进行控制，使液化处理后标贯实测值不低于临界标贯值。

表1 塌孔、有效桩长偏差统计表

2.现状调查

本标段跨梅河、龙王和耿坡等3个工程地质段。其中SH（3）146+200～SH（3）146+685，SH（3）148+350～SH（3）149+335，SH（3）150+490～SH（3）152+200 需要进行地震液化处理。 由于岩性不均，局部具有地震液化，夹砂土壤和细砂透镜体，软弱膨胀泥岩结构等复杂地质情况的影响，在按设计参数在试验区进行成孔成桩时造成桩孔塌孔和有效桩长偏差严重 （试验数据见表1），并且采用标准贯入试验法进行地震液化化判别时有部分桩间土不能消除液化（判别结果见表2）。

3.方法探讨

3.1 更换振动电机，确定合理的钻孔动力

3.1.1 由项目部物资机械部进行电机市场功率调查，确定挤密碎石桩在黄河以南施工挤密碎石桩最大功率为120型偏心振动电机能够满足施工要求。

3.1.2 由项目部水电班人员将原90型偏心振动电机更换为120型偏心振动电机。

3.1.3 更换电机完成后，进行施工区域以外试验并在电机上加设试验检测振动力仪器，校核激振力增加值。

3.2 桩间距参数试验，确定最优合理参数

3.2.1 小组成员讨论，制定作业计划，向监理提出申请，编写挤密碎石桩试验方案。

3.2.2 对桩间距进行调整：获得监理同意后，确定选择试验的桩号 SH（3）151+880～SH（3）151+980，共分四个试验区。 试验一区（151+880～151+900渠道右岸）：桩间距 1.9m，共 9根桩，设计桩长9.58m。试验二区（151+900～151+920渠道右岸）：桩间距1.9m，共9根桩，设计桩长9.58m。试验三区（151+900～151+920渠道左岸）：桩间距1.8m，共9根桩，设计桩长11.37m，试验四区（151+920～151+950 渠道右岸）：桩间距 1.8m，共 9 根桩，设计桩长9.58m，各试验区主要施工参数表见表3。

3.3 增加引孔或锤击沉管施工

3.3.1 增加地质复杂区域引孔：根据各试验区检测情况分析，挤密桩施工可采用桩间距1.8m方案，并尽可能采用振动挤密工艺，提高充盈系数。

3.3.2 对于地质复杂中间夹有致密层的区域采用锤击引孔法：在此期间，监理多次组织讨论会，就潮河段挤密碎石桩施工进行专家研讨咨询，最终提出解决问题方法如下:采用柴油冲击锤打引孔，引孔直径≤400mm，后采用直径600mm振动沉管机挤密施工；采用长螺旋钻机打引孔，引孔直径≤400mm，钻孔深度以穿透坚硬土层达到处理的液化砂土层为止，后采用直径600mm振动沉管机挤密施工。

4.效果检查

对策实施后，对各项对策措施的实施情况进行了及时检查和抽查，对相关数据进行了统计分析，显示各项措施取得了良好效果，有效桩长偏差降低，塌孔（缩孔）现象大大减少，地基土液化现象明显改善，同时工程进度加快，保证了合同工期要求（见表 4）。

5.碎石桩施工

5.1 施工工艺

5.1.1 施工准备

施工前，先用推土机将施工区域表层腐质土推至施工区外，并拢成堆，然后再进行场地平整，清除场地内障碍物，并标记处理场地范围内地下构造物及管线等。

表2 地基土的液化评判表

表3 各试验区主要施工参数表

表4 效果检查表

5.1.2 测量定位

根据桩位布置图用全站仪定出施工区四个角桩的位置，作为施工中平面位置的控制桩。再用钢尺人工根据设计图纸把各碎石桩桩位放样出来，用白灰点和竹签做上记号便于施工，桩位偏差≤2cm。桩设计直径60cm，桩间距采用1.8m，正三角形布置。

5.1.3 柴油锤引孔

采用履带式冲击柴油锤引孔，引孔直径为400mm，深度为小于设计桩长，根据地质情况，引孔范围8～10m。引孔前校正桩位及桩垂直度，引孔完成后，履带式柴油锤移至下一桩位继续引孔。在引孔过程中发现地面以下3～4.5m和7～8.5m为较硬层；4.5～6m为软层。根据引孔情况在成桩过程中特别注意软层的反插次数。

5.1.4 振动沉管机就位

振动沉管机移动就位，桩位偏差≤15cm，就位后用靠尺检查桩管垂直度，通过调整机架两个后支撑调整至合格，即桩身垂直度≤1%。按照由外到内，隔排跳打的原则施工。

5.1.5 灌料振冲

采用逐步拔管法。往沉入土层的沉管填满碎石后，启动振锤，先拔管0.5m左右，留振 30s，然后每拔 1m，停拔振动 20～30s，反插0.5m，并由密实电流控制桩体密实情况，如未达到规定密实电流时，应提起振冲器，继续加料振冲，直至该处密实电流达到规定值为止。重复进行至桩顶部再留振30～40s，拔管速度一般控制在1～1.5m/min。成桩过程中不断补足碎石到理论填料量的120%～140%以上，在孔口部位进行反插、加压，保证孔口石料的密实，关闭振动锤，移位至下一桩位。施工完毕后，整平场地，测量标高，整理施工记录。

5.2 质量控制

5.2.1 沉管碎石桩施工时，应严格控制填料量、提升速度和高度、反插次数和时间、电机的工作电流等，以保证挤密均匀和桩身的连续性。

5.2.2 桩管拔起时速度不能过快，要根据试验确定，通常为1～1.5m/min。

5.2.3 填料量

可以反映出每根桩体用料的情况，施工前必须试桩，从试桩资料中可以得出每根桩平均的填料量，用这个值作为施工时的控制标准。

5.2.4 密实电流

反映桩体和地基加固的密实情况，因此检验密实电流就可以基本上了解地基的加固效果。密实电流的规定值应根据现场制桩试验定出。

5.2.5 留振时间

留振时间的长短，视土质而定，颗粒细，留振时间可长一些，一般在 20～30s。

填料量、密实电流和留振时间是相互联系和制约的，只有在一定的填料量情况下，才可能保证达到一定的密实电流，而这时也必须要有一定的留振时间，才能使填料挤紧振密。

5.3 质量检测

桩间土检测采用标准贯入试验法进行地震液化判别，由甲方认可有资质的检测单位进行检测。

检测方法：采用桩间土标准贯入试验参数来评价桩间挤密后地震液化砂层的处理效果。

检测时间：检测时间为成桩7～14d后。

检测部位：桩间土在成桩正三角形的中心点。

检测单位：河南省水利勘测有限公司。

经多次成桩检测显示，挤密碎石桩处理均能成功消除地震液化，达到预期的目的。

6.结语

试验证明，碎石桩处理地震液化地基效果良好，且施工机具简单易于掌握，特别是锤击引孔成桩法适用于中间有硬质砂层，直接成孔困难的地层。鉴于它的这些优点，挤密碎石桩在南水北调地震液化处理施工过程中得到了广泛应用。对于施工单位，熟悉和掌握碎石桩的施工原理、施工工艺是完全必要的。