南水北调潴龙河倒虹吸振冲碎石桩施工与检验

邢九平

（河北省水利工程局，石家庄050021）

1 工程概况

潴龙河倒虹吸是南水北调中线邢石段中的大型河渠交叉建筑物，其进口、出口渐变段地基为壤土和中砂，天然地基土承载力较低，不能满足上部建筑物对地基承载力的要求，需要进行地基加固处理。

潴龙河倒虹吸进、出口渐变段（桩号196+084～196+129 和196+339～196+387）翼墙地基处理设计采用振冲碎石桩施工，振冲桩桩径0.8m，桩位正方形布置，共设桩618 根。其中进口段桩距1.8m，设桩372根；出口段桩距2.2m，设桩246 根。碎石桩均伸入地下泥砾层0.5m，最大桩深11.5m。

2 振冲桩施工原理

碎石桩利用振动器振动贯入，以端部高压水流边振边冲，在软土基中成孔，在孔内分批填入碎石加以振密制桩，通过在地基中形成密实桩体和挤密作用，与原地基构成复合地基，从而达到提高地基承载力、减少沉降和不均匀沉降的作用。

3 主要设备和材料

3.1 主要设备

振冲器BJ377-130kW、汽车起重机25T、装载机ZL30（转喂料设备）及高压水泵22kW 各1 台；泥浆泵22kW、泥浆泵7.5kW 各2 台；控制电源操作台、电流表、电压表等。

3.2 桩体填充材料

采用含泥量小于5%的卵石，最大粒径不大于15cm。使用填料级配良好，不均匀系数大于5，曲率系数1～3。

4 施工准备

4.1 料场设置

在倒虹吸的进口、出口施工区附近空地位置各设置一个临时碎石备料场，储量100m3。施工所需碎石料按设计要求技术指标进行控制，施工时利用装载机端料至制桩部位直接喂料。

4.2 供水供电系统

在现场非施工部位挖一个20m3的集水池，自生活营区采用埋地管道引水至施工现场集水池，采用22kW 离心泵供水。用电从生活营地变压器引线接至工作面，从现场配电室内的配电箱引出，接引用现场用电设备，施工用电功率为180kW。

4.3 场地整修

平整施工场地，施工场地强度较低不能满足施工机械行走压力要求时，铺设垫层进行硬化。

4.4 污水排放系统

在振冲桩施工范围外设置排污坑，规格为4m×3m×0.6m（长×宽×高），坑内铺设塑料布防止泥浆外流。在施工场地内设排污沟形成排污网，将施工过程中排出的淤泥浆通过排污沟流入排污坑，再用泥浆泵将淤泥浆通过准6.67cm 管抽入基坑外的沉淀池，弃浆掺拌干土后运往渣场堆放。

5 振冲试验

根据工程实际，采用试验桩和工程桩相结合的方式，在进口渐变段左侧施工区选择9 根临时桩作为试验桩，接受检测论证。试验前先根据经验选出振冲试验施工参数，再按照振冲工艺流程进行试桩施工，在试验过程中详细记录冲孔、洗孔、制桩时间和深度，记录冲水量、水压、填入碎石量和电流的变化等数据，发现问题及时分析原因并调整参数。

振冲试验完成10d 后，会同监理、设计等有关部门进行试桩验收检测，完成振冲试验报告，对试桩成果进行分析论证，确定最终振冲碎石桩的施工技术参数为：造孔电流80～256A，造孔水压0.4～0.6MPa，加密电流135A，加密水压0.2～0.4MPa，留振时间8s，加密段长度50cm 等。

6 振冲桩施工流程

6.1 测量布桩

场地平整后由测量人员进行现场测量，复核确定标准控制点，再根据控制点按照设计图纸用钢尺放线布桩（控制桩位偏差不大于0.2m），并测量孔位标高。每个桩点用木桩固定并标以醒目标记，编制桩号，填写布桩记录。

6.2 调试设备

组装调试振冲设备与现场照明系统安装、安装水泵和排污泵、挖排污沟同时进行。汽车吊按设计位置就位，连接振冲器和导杆，确定振冲标尺，连接控制线路，吊起振冲器，接通电源，启动上水泵，开启振冲器，记录空载运行参数，按照试验桩确定的振冲碎石桩施工技术参数，调整电控系统、上水系统到正式施工状态。

6.3 造孔

汽车吊操作工操作吊车使振冲器尖端对准布置好的桩位，竖直缓慢下降至离地面30cm 以内，由主控室人员开启高压清水泵，注入高压水，待振冲器下端射水口出水的水压、水量达到工艺施工参数时，开启振冲器。待振冲器内的偏心块达到额定转速时，下沉振冲器贯入地层进行造孔。造孔过程中控制吊车卷扬绳的下放速度，一般不超过2m/min，并始终保持振冲器竖直地打孔，按导杆标尺打至设计深度，振冲器偏斜控制在桩长的3%以内。

振冲器每贯入1～2m 孔段，记录一次造孔电流、水压和时间，直至贯入到施工图纸规定的造孔深度。

6.4 清孔

造孔完毕后，将振冲器全部吊出后再对准孔位，保持竖直状态贯入孔底，视打桩实际成孔排浆情况进行1～2 次清孔排浆，要求孔口返出泥浆变稀为止。

6.5 制桩

清孔后，电控柜改用加密电流、加密水压参数，采取连续填料、分段加密的制桩办法。将振冲器提离孔底40～50cm，用装载机向孔内填碎石骨料，待石料沿孔边进入孔底，再缓下振冲器加密孔底桩体，重复以上过程直至制桩完成。每桩施工均填写施工记录表。

6.6 施工中常见问题及处理

6.6.1 造孔

如果振冲器贯入速度过慢，可适当加大水压；如果振冲器电流过大，可减慢振冲器贯入速度并减小振动力；如果孔口回水少，可能是孔内有堵塞部分或遇强透水层，根据具体情况可采取增大孔径进行清孔或采取加大供水量的方法处理。发现孔位有偏移现象，可在偏移一侧倒入适当填料，调整振冲器的垂直度。

6.6.2 填料

如果孔内有堵塞段，造成填料不畅，可用振冲器扩孔，铲去孔口泥土；如果填料把导管卡住造成填料不畅，可暂停填料，慢慢上下活动振冲器，直至消除石料卡住导管的现象。

6.6.3 加密

如果振冲器电流过大，则可以减慢填料速度，放慢振冲器下降速度；对加密好的部位，及时上提振冲器，防止电流超过额定电流跳闸埋住振冲器。

6.6.4 振冲器电流过大

振冲器电流过大造成跳闸停电或振冲器电机损坏，可能会造成振冲器埋在孔中。处理措施：吊车提住振冲器，启动振冲器慢慢上提，可多次启动振冲器直至提出。若一时不能提出振冲器，暂停电机运行，继续水冲，过2～3h 待石料束缚振冲器及导管的应力解除后再按上述步骤提拔。

7 质量检验

7.1 桩体检测

根据监理指示现场试验区选择1 根振冲桩，采用现场桩体的容重试验确定振冲桩体振密程度；采用重型动力触探检测桩体密实度，要求动力触探锤击数大于等于20 击，小于标准值为不密实桩。

7.2 桩间土处理效果检测

采用成桩前后的现场原位测试，选用标准贯入试验、动力触探等试验进行。

7.3 复合地基承载力试验

主要采用桩土复合地基静载荷试验，测定其复合土体承载力及沉降量。

复合地基静载荷试验采用单桩竖向抗静压载试验进行。在成桩后，对单桩复合地基通过一刚性承压板（承压板直径0.8m 与桩径一致）逐级施加竖向压力（荷载），观测试验承压板随时间产生的沉降量，以确定复合地基承载力特征值。

7.3.1 试验配备

反力装置：地锚装置；加荷观测系统：载荷试验钢梁1 套，千斤顶1 台，高压油泵1 台，大量程机械百分表2支，高精度油压表1块。

7.3.2 加载方式

试验反力系统采用压重平台反力装置，试验加载方式采用慢速维持荷载法。现场试验最大加载量按复合地基承载力标准值的2倍进行，故本次试验最大加荷量为560kPa。荷载值通过压力传感器测量（或通过压力表测量，再由千斤顶的标定曲线换算给出，测试仪自动记录），试桩沉降则通过承压板四边对称架设的机械式百分表 （位移传感器，测试仪自动记录）测量。

单桩复合地基静载荷试验共分8 级，每级荷载达到相对稳定（即1h 内沉降量小于0.1mm）后加下一级荷载。试验采用人工加荷观测系统。

7.3.3 加载观测

（1）加荷分级。按最终加载量的1/8 分级施加。

（2）沉降观测。每级加荷前后各读记一次沉降，以后每隔30min 测读一次，每次观测值记入试验记录表。沉降量测采用在承压板周围的50mm 行程对称安装百分表测定。

（3）沉降相对稳定标准。每小时的沉降量小于0.1mm，则认为已经达到相对稳定，可以施加下一级荷载。

（4）终止加载条件。当出现下列情况之一时，即可终止加载：①沉降急骤增大，土被挤出或承压板周围出现明显的裂缝；②累计的沉降量已大于承压板宽度或板直径的6%；③当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力值的两倍。

8 结语

潴龙河倒虹吸振冲碎石桩施工结束后，通过试验检验，桩体密实度及复合地基承载力均满足设计要求。

实践证明，振冲碎石桩施工具有技术可靠、工艺简单、节约材料、加速地基固结等优点，处理软弱地基后能使地基承载力提高1.2～1.3 倍。

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