淤泥质土地基振冲碎石桩处理施工工艺分析

韩克文 （东华工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024）

1 工程概况

国内某电站下水库的拦砂坝坝轴线位于下水库进出水口上游，距离下水库一期进出水口的直线距离有1654m，拦砂坝的结构形式为复合土工膜防渗黏土芯墙坝，坝顶绝对标高为1066.0m，大坝上游和下游的坝面坡度都是1:2.2。大坝的最大坝体高度为23.5m，大坝最大轴线长度为548m，坝顶最终完工宽度为6m。

2 主要施工方法

2.1 主要的施工设备

2.1.1 振冲设备

振冲器的选择和加密对象、加密孔位布置及其他施工技术参数密切相关，在施工环境条件确定的情况下，决定加固效果的决定性因素是振冲器的性能。根据前期试验的开展情况和获得的效果、设计文件的要求和地质条件特点，现场施工采用BJ75型振冲器，该设备的主要参数见表1。

BJ75型振冲器的主要施工技术参数 表1

BJ75型振冲器具有性能稳定、可靠度高的特点。在采用振冲碎石桩处理地基的生产实践过程中，该型号的振冲使用较为广泛。由于该设备具有施工工效高、速度快且施工质量稳定性高、击振力大、穿透坚硬土体的能力强的特点，因此采用该设备加固处理后的地基，后期的沉降量和不均匀沉降量都不大，可满足大坝坝基的承载力和稳定性的要求。

2.1.2 起重吊装设备的选择

起重吊装设备的起吊力和起吊高度必须都能满足现场施工的需要。振冲碎石桩施工的常用起吊设备有打桩机、汽车吊和扒杆等。根据工程的实际情况合理地选择起吊设备，本工程选择25t的汽车吊作为起重吊装设备。

2.1.3 电气控制设备的选择

电气控制装置需同时满足现场施工配电和控制施工技术参数的需要，施工技术参数主要包括：振冲施工的留振时间、钻孔电流量、加密电流量等。BJ75型振冲器采用的是自动控制加密电流量、振冲留振时间等参数，当施工中的电流量和留振时间都达到规定数值时，控制设备会自动发出提示信号，指导现场的施工。

2.1.4 填料设备的选择

现场的填料设备选用3.0m的装载机。

2.2 振冲碎石桩施工方法

2.2.1 振冲桩施工工序

施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程图

测量放线：根据提前画好的桩位图，将计划施工区域的桩位放出来，并做好标记。

场地清理、将施工电源和水源引入施工现场，做好施工的准备工作。

准备工作完成后，将施工设备移至空位，并且将振冲器对准预先确定好的桩位。

振冲成孔施工步骤

①首先将振冲器对准施工桩位，其次开启设备的压力水泵，等到振冲器的末端出水口开始喷水以后，然后再开启振冲器，待振冲器空转运行稳定以后，再开始成孔施工。施工过程中要控制振冲器的入土速度，振冲器需慢慢的贯入土中，贯入过程中控制好贯入参数，当桩尖达到设计的持力层后停止贯入。

②成孔施工过程中，要求振冲器始终处于悬垂的状态。因振冲器和导管之间的连接采用的是橡胶减震器，所以如果导管稍微偏斜一点是可以的，但是偏斜量不能太大，以免产生振冲器偏离贯入方向的问题。

③地基的土质情况、振冲器类型和水击压力等直接影响设备的成孔速度和成孔能力，一般情况下，淤泥质土壤地层条件的成孔速度比较快。

钻孔清孔：成孔过程中，如果返出的泥浆较粘稠、孔中遇到狭窄地段或孔中出现缩孔等问题时，需对钻孔进行清孔处理。清孔的方法是在需要扩孔部位反复上下提拉振冲器或者将振冲器提出孔口，使孔口返出的泥浆变稀，保证振冲孔能够顺直、通畅，进而使填料能够顺利下沉。

振冲料的加密：加密的方法是强迫振冲料制桩的施工工艺流程。制桩过程需连续地进行，填料的加密从孔底部位开始施工，底部完成后逐段向上分段施工，分段过程中要求中间不出现漏振的情况。当加密电流和留振时间达到设计要求以后，再将振冲器缓慢地上升，继续加密下一段，每段加密的长度要符合试验的参数要求。

重复以上步骤，从下到上加密，直到设计要求桩顶标高加密完成。

加密完成后，关闭振冲器和压力水，整个成桩过程完成。振冲碎石桩工序示意图，见图2。

图2 振冲桩施工工序示意图

2.2.2 振冲碎石桩施工质量控制标准和施工技术要求

①成孔和清孔过程

a.施工过程中，要求振冲器的喷水嘴中心轴线和钻孔的孔径圆形偏差小于5cm；

b.振冲成孔完成以后，成孔的中心点和施工图纸的中心偏差要小于10cm；

c.成桩的桩顶中心点与图纸定位的中心点偏差小于桩孔直径的0.25倍。

d.振冲器在贯入土中的整个过程均要保持垂直，偏斜度不得超过规范要求。

e.每孔段振冲器贯入1m～2m左右，详细地记录一次造孔电流、造孔水压力和造孔成孔时间，直到贯入到设计要求的深度，整个贯入过程均要记录清楚。

f.成孔完成以后，对孔进行1～2遍的清孔作业。

②填料作业和加密施工

填料方法的选择：填料选用强迫填料法施工，该方法的原理主要是利用振冲器的自重和振冲器的振动力，将桩孔上部的填料送到桩孔的下面部分，层层向下送料，直至填料不再下层。

桩孔加密的技术措施如下

a.先控制制桩的电压是380V左右，要求电压的波动范围控制在±20V以内，否则不允许施工。

b.桩孔的加密电流为90A。

c.振捣器的留振时间控制在10s～12s。

d.造孔的水压力控制在0.4MPa～0.6MPa，加密的水压力控制在0.3MPa～0.5MPa。

e.每次的加密段长度控制在30cm～50cm。

f.加密电流和留振时间采用电气自动控制系统予以控制。

g.加密施工从孔底部分开始进行，从下向上逐段加密，整个加密过程要求中间段不能有漏振现象，直至加密到设计的孔顶高程。

2.3 振冲碎石桩施工的质量保证和质量通病预防、纠偏措施

振冲碎石桩施工过程中要做好施工质量控制，施工的质量控制点主要：钻孔的深度、桩位的偏差、填料量的控制等。施工过程中要随机抽检桩体的密实度和桩间土的加密效果。

2.3.1 桩位偏差的质量控制措施

桩位的偏差要达到规范要求，首先就要求造孔过程中控制好孔位的偏差。根据以往的施工经验，造孔施工过程孔位发生偏移的原因和采取的纠偏措施如下：

①因土质情况不均匀的原因，引起造孔过程中钻头向土质较软的一侧滑移。

纠偏措施：振冲器造孔先从土质较硬的一侧开始进行，产生的偏移量大小根据现场实际施工情况确定；同时，也可以采用在土质较软的一侧倒入填料，防止桩位向土质较软的一侧移动。

②振冲器导管上部横向拉杆的拉绳松紧度不适中或者拉绳的拉力方向不对，引起振冲器的钻头发生偏移。

纠偏措施：根据适宜方向调整拉绳的松紧度和拉绳的方向，使拉绳处在合适的位置。

③安装振冲器和导管时，振冲器和导管的中心不在垂直线上或导管出现弯曲现象。

纠偏措施：调整振冲器与导管的位置，使两者的中心线处在垂直线上；弯曲的导管采用调直设备，应调直或直接予以更换。

④施工过程中填料不均，填料只从一边进行，造成填料挤压振冲器，导致桩位发生偏移现象。

纠偏措施：调整填料的方式，填料从孔的四周均匀地加入，保持填料的均匀。

⑤桩位偏差超过规范或设计的要求。

纠偏措施：重新测量放线找准桩位，按新孔的要求重新造孔、加密、成桩。

2.3.2 桩长施工控制

①振冲器和导管安装完成以后，为使振冲器操作人员方便控制振冲器的贯入土的深度。采用钢卷尺量测，在振冲器和导管中做好长度标记，每隔0.5m标记为一段。

②施工过程中要注意场地高程的变化，造孔的深度要根据场地的实际高程控制。

③施工过程中，当地面出现淤积抬高或地面出现下沉情况时，根据地面抬高或下沉情况，振冲器的贯入深度也要做对应的调整，最终要保证成桩长度满足设计和规范要求。

2.3.3 施工技术参数的过程控制

振冲碎石桩施工的主要技术参数如下：加密段长度、加密电流、加密水压、留振时间、造孔水压、填料数量等。

当使用加密电流、加密段长度和留振时间作为振冲碎石桩施工的综合指标时，填料的数量要受到上述指标的约束。

2.3.4 防止抱卡钻杆的控制

根据地层情况，振冲碎石桩施工过程中可能会出现抱卡导杆的情况，发生该情况将会对施工工效和施工质量造成影响。根据以往类似工程中的施工经验，采取如下措施可减少发生抱卡钻杆的情况，保证振冲器的成桩能够顺利地进行。

①钻杆采用大直径高强度的钻杆；减少钻杆和振冲器之间连接处的直径突变；增加振冲设备的自重；增加振冲器的穿透能力。

②施工过程中，要出现抱卡钻杆的前兆时，立即停止继续下放振冲器，使振冲器在原深度中先停留下来。加大水压力先预冲一段时间，然后再继续慢慢下放振冲器。同时，要求在该段及附近段要反复多次上下提拉振冲器清孔，防止出现卡孔现象，能够实现穿透该地层。

③施工过程中，由于不可预料的原因而发生振冲器抱卡在孔中时，可以使用大吨位的汽车吊提住振冲器，然后启动振冲器，将振冲器缓慢的上提，反复多次并上提，直至振冲器提出抱卡位置；若短时间内不能及时提出振冲器，可以先暂停电机的运行，继续向孔内冲水，冲洗一段时间以后，待束缚振冲器及导管的障碍物应力消除后，再按上面的步骤重新提拔振冲器；当振冲器的电机发生损坏，大吨位的吊车也不能提出振冲器时，可使用另外的振冲器在抱卡钻孔的周围钻孔，或者采用反铲挖掘机开挖一定深度，减小钻孔的阻力，再使用反铲挖掘机或大型装载机配合大型吊车提拔振冲器。

2.3.5 桩头密实度的控制

①桩体加密应加密到基础设计高程1.0m以上，确保桩顶密实度满足设计和规范要求。

②当加密施工接近桩顶时，可以采取在孔口堆料强打、反复振捣的措施，也可以采取在桩顶部的留振时间，适当延长或增加振捣次数的措施。

3 施工结果分析

拦砂坝振冲碎石桩施工完成后，由专业的实验检测单位，进行桩间土标准贯入度实验、桩体密实度检测的重型动力触探试验、复合地基静载试验、桩间土室内土工检测试验等试验。通过试验检测资料的综合分析，得出如下结果：

①桩间土的密实度根据标准贯入度试验锤击数进行测定，共检测10个点，其中5个点的桩间土的密实程度为中等密实；另外5个点的桩间土的密实程度为密实。

②桩体的密实度检测通过动力触探试验测定，根据动力触探结果判断桩体密实。

③经试验测定，振冲碎石桩的复合地基承载力特征值，可以满足不小于250kPa的设计要求。

④粘聚力和内摩擦角情况：密度为1.89g/cm的振冲碎石桩桩体内摩擦角为40.15°，粘聚力为197.53kPa；密度为1.96g/cm的振冲碎石桩桩体的内摩擦角为40.79，粘聚力为210.27kPa；密度为2.08g°/cm的振冲桩桩体的内摩擦角为41.33，粘聚力为207.62kPa。

⑤根据以往类似工程的试验结果，当复合土体的等效内摩擦角不小于30°时，复合土体的等效粘聚力不小于7.25kPa。

4 结束语与建议

拦砂坝坝基河床表层为淤泥质土，力学性质较差，地基承载力仅为80kPa。通过振冲碎石桩加固处理，地基承载力达到了250kPa以上，大大地提高了地基承载力，满足30m级大坝应力要求。通过拦砂坝振冲碎石桩施工的成功经验，为软土地基处理积累了经验和方法。