振动沉管碎石桩在地基处理中的应用

田贵智

（山西省水利工程质量与安全监督站，山西 太原 030002）

振动沉管碎石桩是以碎石（卵石）为主要材料制成的复合地基加固桩，适用于挤密处理砂土、粉土、粉质黏土、素填土、杂填土及可液化土地基。加固机理为碎石桩施工时一方面要在振冲孔内加填碎石（或卵石等）填料，在地基中形成一个大直径的密实桩体，置换原地基土；另一方面桩间土受到不同程度的挤密和振密，土的孔隙体积减少，密实度增加，桩和桩间土构成复合地基，使地基承载力提高，变形减少，并能够消除土层的液化[1-2]。相对其他地基处理技术而言，振动沉管碎石桩有无污染、因地制宜、就地取材、工期短、造价低等优点[3]，因而近年来该技术在公路等领域地基处理中得到了广泛应用。文章以某河道治理工程为例，对振动沉管碎石桩在水利工程地基处理中的应用及施工技术要点进行了探讨。

1 工程概况

某河道治理工程主要任务是防洪、河道蓄水、游船通行，以及为两岸景观建设搭建平台，主要包括河道拓宽、新建壅水闸坝及船闸、堤防及二级平台填筑、滩岸防护、两岸新建排污暗涵等建设内容。其中壅水闸主体、消力池和铺盖段等地基采用振动沉管碎石桩复合地基，碎石桩桩径600 mm，梅花型布置，桩间距1.3 m，设计要求处理后的复合地基桩间土应完全消除液化，复合地基承载力为155 kPa。

桩身范围内组成岩性为：人工填土、细砂、低液限粉土、低液限粘土。

第①层：杂填土，表层主要为施工完成后的碎石及粉细砂，层厚0.3 m～0.5 m。第②层：粉细砂（Q4al+pl），褐灰色，含云母、石英、长石，局部夹低液限粉土薄层，层底埋深7.4～8.1m。第③层：低液限粘土（Q4al+pl），褐灰色，含云母、石英、长石，局部夹低液限粉土，层底埋深大于14.0 m。

地下水位位于设计桩顶标高附近，拟建场地为液化场地，场地液化等级为严重液化，主要液化土层为第②层粉细砂。

2 施工质量要点

2.1 材料选择

碎石桩填料应采用未分化、具有良好稳定性和排水性的碎石料。本工程按设计要求采用20～50 mm 自然级配的碎石，含泥量小于等于5%，且最大粒径不超过5 cm。

2.2 试桩

对于不同的地质条件，采用不同的施工工艺和设备处理效果会有很大差异。在实际施工过程中，经常会出现设计的桩间距等参数与施工实际不相符或者按设计参数处理后达不到设计要求的情况，因此碎石桩施工前，应根据施工现场的实际情况进行试桩试验，以复核地质资料以及设备、工艺、施工顺序是否适宜，确定压入碎石量、一次提升高度和提升速度、工作电流等技术参数，以确保大面积施工质量。根据设计要求及现场实际情况，本工程共设碎石桩试验桩三组，每组7 根试验桩，各组试桩所处的位置均处于具有代表性的土质环境。按设计文件桩间距及形式绘制碎石桩施工平面图和试桩位置图，准确放出试桩桩位，成桩后28 d 进行质量检测。检测表明，在碎石桩间距1.3 m 和碎石桩充盈系数1.3 的情况下，碎石桩的液化基本消除，静载力试验和动力触探均符合要求，试桩成果为：一根桩打桩时间为17～25 min，打桩平均速度为1.37 m/min，反插次数为10～15 次，灌石量为1.45～1.5 m3，平均充盈系数为1.30。

2.3 施工工艺和方法

2.3.1 桩位放样

清理整平现场后根据业主提供的控制点，由专业测量人员测放出边桩中心线，并加以妥善保护、随时复核，避免由于标识被破坏导致的桩位不准。对于施工中由挤土作用造成的桩位偏差，要及时进行调整。

2.3.2 机具定位

移动碎石桩机，对准加固点，调整搭架，使桩管与地面垂直度不大于1%，并对桩管长度及投料口位置进行校正，使之符合设计桩长。打开电源，检查电压和振动锤的空载电流是否正常。

2.3.3 振动沉管

桩管下沉开动振动机，边振动边下沉桩管至设计深度。

2.3.4 填料

沉管到设计深度后稍微向上拔管并停止振动，将碎石由加料口灌入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。

2.3.5 振动拔管

启动拨管，应有专人负责碎石灌入量，以防乱灌现象。拔管前先振动数秒，至电流稳定以后边振动边拔管,每拔1～1.5 m 停止振动，拔管速度要控制均匀，并进行多次反插，直至管内的碎石全部投出。

2.3.6 成桩

重复以上填料、振动拔管、反插等步骤，直至碎石桩的设计桩顶标高，完成一根桩的施工作业。移动机械到下一桩位，重复以上操作。

2.4 质量控制措施

第一，施工放样要严格遵照碎石桩施工平面图，保证其布置形式及桩间距符合设计要求。

第二，碎石桩填料按设计要求选用未风化的20～50 mm 自然级配碎石，含泥量小于等于5%，且最大粒径不超过5 cm，不得使用未检测或检测不合格的碎石，保证填料的质量。

第三，成桩施工过程应严格遵循碎石桩施工方案及试桩确定的参数，根据沉管及挤密情况，严控填料量、提升高度和速度、电机的工作电流等，同时确保桩身的连续性。施工过程中若地层条件与勘察有较大差异，或者投料量、成桩速度出现异常情况应该立即停工并上报。

第四，碎石要分批加入，控制数量，按少量多次原则进行，每段桩体在没有达到规定的密实度时，须继续加料振实，严防“颈缩桩”和“断桩”的发生。

第五，施工过程中应及时挖除桩管带出的泥土，严防孔口泥土掉入孔中。

3 处理效果评价

委托试验室对该项目沉管碎石桩复合地基进行检测，通过桩间土标准贯入试验及室内土工试验判定地基处理后液化消除的情况，通过重型动力触探试验判定碎石桩桩体密实度，通过复合地基静载试验确定地基处理后复合地基承载力特征值是否满足设计要求。检测表明地基处理后液化已消除，复合地基承载力特征值满足设计要求。下面以消力池地基段检测为例分项简要说明。

3.1 桩体密实度检测

重型圆锥动力触探试验采用自动落锤法，试验从基底标高开始连续贯入，锤击数随深度增加而增大，修正后的锤击数介于6.00～17.00 击，根据《建筑地基检测技术规范》（JGJ340-2015），判定沉管碎石桩桩体密实度为中密～密实。

3.2 桩间土处理效果检测

本次液化判别根据河道蓄水后最高水位进行计算，检测区标贯深度均从设计桩顶标高算起，按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录P 采用标贯试验判别法进行判定。实测标贯击数应进行校正，并以校正后的标准贯入锤击数N 作为复判依据。经计算判定地基土液化已消除。

3.3 复合地基承载力检测

复合地基静载试验采用压重平台反力装置，加载采用慢速维持荷载法，试验荷载分10 级施加，每级加载值35 kPa，逐级加载，直至达到试验要求的最大加载量350 kPa。每加一级荷载前后都要各记录一次承压板沉降量，以后每隔30 min 记录一次，直至沉降量相对稳定为止。本次检测累计沉降量介于11.92～17.95 mm 之间，卸荷后压板残余沉降介于7.92～13.64 mm，各试验点在其最大试验荷载350 kPa 作用下，荷载沉降曲线及沉降时间曲线上无明显特征点，且累计沉降量均小于承压板边长的0.06 倍（72 mm），各试验点均未达到破坏状态，荷载试验沉降量与压板边长的比值s/b=0.010 时对应的荷载，大于最大加载值的1/2。因此，依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），在本次试验的最大试验荷载下，试验点复合地基承载力特征值取其最大试验荷载350 kPa的1/2，即175 kPa，满足设计要求。

4 结语

检测结果表明振冲沉管碎石桩能够有效地消除地基土的液化性，提高地基的承载力，只要选择合理的施工工艺，掌握工艺质量控制要点，不断完善质量问题的对策，就能保证桩基工程整体的施工质量达到设计和规范要求。