振冲碎石桩施工技术在基础处理中的应用

张小利

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 概述

禹门口一级泵站扩建工程靠近一级站上游，扩建工程主要是为北赵灌区（设计提水量15.06m3/s）、西范灌区和西范东扩灌区（设计提水量13.8m3/s）解决水源问题，并兼顾向禹门口灌区和汾南灌区补充水源（考虑输水损失，确定设计总流量40m3/s）。扩建项目一级泵站装机量6300 kW，2台机组，总提水流量40m3/s，确定设计扬程为5.91～11.67m。出水池处是压力钢管部位，其地表地层岩性为人工堆积含有碎石等的低液限粉土，厚约1m，其下为第四系全新统粉土质砂、含细粒土砂，结构松散。为提高地基承载力，消除出水池及压力钢管地基液化性，采用振冲碎石桩 技术对地基进行加固处理。碎石桩桩径0.8m，间距2.0m，桩长10m，正三角形布置，共布置碎石桩430根，处理宽度为基础外延5m，桩顶铺设50 cm厚的碎石。

2 施工方案

2.1 施工准备

第一，施工前先平整场地，使压力钢管和出水池达到设计高程（压力钢管设计高程379.43m、出水池设计高程379.00m），平整时遵循“宁填勿挖”的原则，若有坚硬物体需全部挖掉，确保振冲器顺利下钻。

第二，对场内运输道路布置，包括道路两侧排水沟、料场、清水池、深沉池等。

第三，根据图纸要求进行布桩，并绘制测量放线图，交付监理单位复核后，进行测量放样，每个桩位均以钢钎作标志，编制桩号。

第四，施工前进行现场成桩试验，确定满足设计要求的施工机具、施工工艺及技术参数。

第五，施工各项准备工作完成后由技术负责人根据试桩结果及设计要求进行技术交底。

2.2 施工过程

振冲碎石桩是利用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石挤压入土孔中，形成大直径的碎石所构成的密实桩体。

工程试桩施工在振冲碎石桩施工范围内进行布置，根据振冲碎石桩施工平面布置图，先从第一排进行布桩试验。

第一，把振冲器用起重吊机起吊并对准桩位，然后启动水泵和振冲器，水压控制在400～600 kPa之间，水流量控制在350～400 L/min之间，喷水偏差不大于50 mm，再将振冲器缓缓沉入土中，此时应注意电流变化范围，振冲器以1.5m/min左右的速度往下沉时，观察电流和水压变化的范围，并根据经验判断是否进入粉细砂层。

第二，根据地质情况确定是否需要清孔。冲洗时提升振冲器进行两次清孔，并记录整个造孔所需时间。

第三，在孔内倒入事先准备好的碎石料，再把振冲器沉入孔内进行振密。如为软弱地质层，碎石料扩散范围较大，观察电流变化情况，如一时难以提高，继续向孔内填加碎石料并振密，继续观察电流变化直至达到密实电流为止。为确保振冲器不卡死，填料时采用间接填料法，随着碎石料不断下沉到孔底，孔内碎石逐渐振实成桩，并记录制桩过程的时间和填料量。

第四，观察试验振冲碎石桩的成桩过程和记录数据，经统计分析并结合相关规范要求，确定该试桩区主要技术参数为：造孔电流65～75 A，造孔水压0.8 MPa，密实电流 70～80 A，加密水压 0.8 MPa，留振时间 10～20 s，填料量 0.3～0.4m3。

2.3 操作要点

第一，清理场地。平整场地到桩顶的设计高程并布置桩位。第二，放线定位。测量放线后吊车就位，用吊车把振冲器吊起，使其距地面10～20 cm垂直悬空，尖端对准桩位，观察水压、电压和振冲器电流是否正常。第三，造孔。打开高压水泵，灌入高压水，开启振冲器，使振冲器在压力冲击和振动的作用下垂直贯入至设计深度。第四，清孔。造孔完成后用回水把稠泥浆返回地面，根据实际排浆情况，确定清孔次数。第五，填料、振密与制桩。清孔后，改变加密电流、水压，采用连续的填料方式进行分段振密的制桩方法。首先将振冲器提至距孔口1.0～1.5m的距离，用装载机把石料放入接料器，然后向钻孔内进行填料，填料量根据土质情况确定。石料沉入到孔底后，慢慢下沉振冲器，将孔底桩体振密，电流达到密实电流后，留振10～20 s。重复以上工序，再进行下一段桩体的施工至桩体孔口。第六，停机、关水，移动振冲器至下一桩位重新开始下一根桩的施工。第七，清沟排污。在打桩的同时安排施工人员进行清沟，保证排污网路畅通，避免泥浆漫淌，沉淀后的泥浆采用泥浆车出运至弃土场排放。第八，做好填料记录。桩体的充盈系数为1.2～1.5，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实时跟踪记录，作为监理部门质量签认的主要依据。每桩施工均填写施工记录表。第九，铺设碎石垫层。振冲碎石桩处理完成后，在桩顶上铺填50 cm厚的碎石垫层，全部处理范围均采用20 t振动压路机重叠轮迹碾压至少2遍。

3 质量检验

3.1 质量控制措施

第一，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，使制桩工作顺利进行。水压视土质及其强度而定，强度较低的软土，水压应小一些；强度较高的土水压应大一些。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，以免影响桩底以下土体。加料振密过程中水压和水量应均小些。

第二，电压一般为380±20 V，并保持稳定。电流一般为空载电流加10～15 A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10～20 s。

第三，碎石采用干净砾石或轧制碎石，粒径宜为4~10 cm，含泥量小于5%。

第四，填料时加料不宜过猛，勤加料，但每批加料不得太多。施工中，每段桩体应满足密实电流、填料量和留振时间等方面的规定。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。

3.2 碎石桩质量检验

振冲碎石桩施工完成一个月后进行单桩复合地基荷载试验，按每300根随机抽取1根进行检验，总数不少于3根。要求复合地基允许承载力不小于120 kPa；桩体密实度抽查5%；复合地基承载力抽查5%，采用重Ⅱ型动力触探方法测试。碎石桩软基处理经检测符合有关规范及验收标准要求后，经监理工程师批准方可进行下一道工序。

4 结语

振冲碎石桩是利用振冲法加固地基，主要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，该技术可靠、机具设备简单、操作方法易于掌握，而且具有节省三材、施工速度较快、节约投资等优点。目前该技术在坝基、道路、桥梁、工业与民用建筑地基处理中得到了广泛应用。尤其在高速公路工程施工中处理软地基或路基加固方面效果较好。但振冲碎石桩施工技术在泵站工程基础处理中应用甚少。故在禹门口一级泵站扩建工程中使用该技术施工前进行了试验段施工，确定了符合设计所要求的施工工艺、参数以及施工机具，并作为应用振冲碎石桩施工技术的控制指标。该工程采用振冲碎石桩施工技术后，消除了出水池及压力钢管基底地基液化问题，提高了地基承载能力，地基稳定性得到增强，减少了基础不均匀沉降，收到了良好效果，可为类似工程施工提供参考依据。