挤密砂桩在软土地基处理实例及分析

陈 华

（福建路信交通建设监理有限公司， 福建 福州 350000）

1 工程概况

福州沿海地区某施工合同段位于福建省福州市马尾区琅岐镇海屿村，与琅岐江滨路连接。本项目软土路基段落为AK0+000～AK1+106、BK0+501.7～BK0+566.3、CK0+000～CK0+065.3、DK0+078.8～DK0+145.2、EK0+475～EK0+502.1、CQK0+000～CQK0+325.379,路基填土高度1.29m～7.49m，填筑宽度为14m～62m，全长1129.4m，软基处理面积36642.4平方米。

2 设计要求

软土地基处理的目的是同时满足稳定性要求和沉降要求。

3 试桩施工及结果分析

正式施工开始前，结合现场实际地址情况，现场组织了多种软基处理方式施工，现场施工情况及结果分析分别总结如下：

3.1 CFG桩（长螺旋钻杆）：

3.1.1 现场施工情况：

1）2016年7月4日项目部在互通软基试桩场地进行了CFG桩工艺性试桩，设计桩长9m，混凝土坍落度140mm～180mm，现场严格控制提管速度以满足规范要求，为保证桩顶混凝土工程质量，桩身现场按超灌0.5m控制。

2）现场试桩施工中，通过记录长螺旋钻杆提升带出的实际土层，确定地表下0.5m～5.9m为流塑状淤泥、流动性较大，层厚5.4m，试验室对现场钻取的流塑状淤泥进行试验，含水率70.4%、液性指数1.76、塑性指数20.49，与设计地勘资料基本相符。

3）试桩施工中，CFG桩6根桩设计C15混凝土7.2m3，现场施工灌注混凝土方量为17m3，超灌136%，充盈系数为2.36，超灌率较大。根据现场施工和地质情况初步判断，超方严重与流动性较大的流塑状淤泥地质有关。钻进过程中孔壁淤泥流入孔内，造成CFG桩孔径变大，同时泵压混凝土挤入孔壁外侧淤泥空腔中，造成较大超方。初步判断流塑状淤泥可能局部侵入桩身，存在桩身夹泥、混凝土离散，需通过桩基检测确认成桩质量。

3.1.2 CFG桩检测及试桩结论：

本合同段委托福建省交通科研所于7月13日，在业主、设计、监理和施工单位四方见证下对CFG试桩进行了小应变检测，现场检测波形显示CFG桩0～6m淤泥层桩身显示波列抖动异常，通过波形判断试桩桩身完整性类别为Ⅳ类桩（桩身有严重缺陷或断桩），检测人员建议通过桩身取芯进一步验证桩基完整性及CFG桩成桩情况。

7月15 日委托有相应检测资质的第三方检测单位对CFG桩进行了取芯，通过芯样判断桩身完整性，四方现场见证了CFG试桩1～3#、2～3#桩钻芯。钻芯情况为：

1）2 ～3 #桩取芯钻孔深度3.9m，0～2.37m段芯样连续、完整、胶结较好，芯样侧表面粗糙，骨料分布基本均匀；2.37m～3.9m段芯样离析、不连续，骨料松散，部分严重离析呈现为泥沙和少量碎石，胶结差。

2）1 ～3 #桩钻孔深度为2.9m，在芯样2.9m处出现芯样不连续、大部分严重离析，胶结差，骨料松散。

根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106～2014）标准、设计图纸和CFG桩相关规范要求，通过CFG试桩低应变检测和现场取芯检验报告判断：CFG试桩1～3#和2～3#桩不成桩或成桩较破碎，CFG桩软基处理方法不适用于本项目软基海积淤泥地质。

3.2 高压旋喷桩：

3.2.1 现场施工情况：

1）2016年7月7日项目部在互通软基试桩场地进行了高压旋喷桩工艺性试桩，设计桩长9m，为保证成桩效果实际超钻0.5m，按照0.8:1和1:1水灰比，分别选取170kg/m、190kg/m、210kg/m三种水泥用量，喷浆压力及提钻速度按照相关规范要求选取。

2）现场试桩施工中，通过记录钻机钻杆带出的实际土层，确定地表下0.4m～5.8m为流塑状淤泥、流动性较大，层厚5.4m，试验室对现场流塑状淤泥取样进行试验，含水率70.4%、液性指数1.76、塑性指数20.49，与设计地勘资料基本相符。高压旋喷桩试桩工艺参数见表1。

表1 高压旋喷桩试桩工艺参数表

3.2.2 高压旋喷桩检测及试桩结论：

本合同段委托第三方桩基检测单位于7月15日，在业主、监理和施工单位三方见证下对高压旋喷桩进行了钻芯取样验证成桩效果及桩身完整性，三方现场见证对1～2#和3～2#桩进行钻芯取样。

1）3 ～2 #桩设计桩长9m，水泥浆水灰比为1:1，每米水泥用量210kg，取芯钻孔深度5.5m，0～2.97m水泥土芯样连续、完整、胶结较好，芯样侧表面较光滑，水泥土搅拌基本均匀，断口基本吻合，芯样呈短柱状；2.97m～5.5m段水泥土芯样松散。

2）1 ～2 #桩设计桩长9m，水泥浆水灰比为0.8:1，每米水泥用量190kg，取芯钻孔深度8.4m，0～3.8m水泥土芯样连续、完整、胶结较好，芯样侧表面较光滑，水泥土搅拌基本均匀，断口基本吻合，芯样呈短柱状；3.8m～8.4m段水泥土芯样松散。

根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106～2014）标准和高压旋喷桩施工相关规范要求，现场通过芯样判断高压旋喷桩试桩1～2#和3～2#桩在淤泥层成桩效果较好，砂层段旋喷水泥浆未能达到设计加固效果，通过芯样现场判断高压旋喷桩在本项目软基富水砂层中无法成桩，高压旋喷桩软基加固施工工艺不适用于本项目软基处理。

3.3 挤密砂桩：

3.3.1 现场施工数据分析

通过对已施工的挤密砂桩试验桩进行试桩检测，并根据现场施工人员的原始记录及监测记录，计算出每个施工工序时间和每次上料工程量，以确保施工过程中对拔管速度、灌砂量等原始数据符合要求。

在试桩施工中，为更好的区分拔管速度对成桩质量的影响，分别选择0.8m/min、1.0m/min、1.2m/min、1.4m/min、1.7m/min、2.0m/min共计6种拔管的速度进行，每两根桩分别进行了1种拔管速度的试桩，共计12根。本次挤密砂桩试验桩原设计灌注量为29.04m3，但现场施工实际灌注量为41.6m3，超灌43%，充盈系数为1.43。

3.3.2 试桩结果及分析

根据28天龄期的检测结果，其单桩承载力、标准贯入度及复合地基承载力三项指标及各项质量检测数据均满足规范和设计要求。

经过对现场试桩所选用的拔管速度和充盈系数的对比分析发现，拔管速度和充盈系数成反比关系，即随着拔管速度的增加，充盈系数不断减小，并且在拔管速度为1.7m/min时，充盈系数为1.40左右，拔管速度为1.4m/min时，充盈系数为1.42左右，符合设计对充盈系数的要求。结合以上结论并结合现场人员、机械及平均充盈系数等实际施工情况，确定在大面积挤密砂桩施工过程中拔管速度为1.4m/min。

4 挤密砂桩施工

4.1 施工准备

1）编制挤密砂桩施工技术方案并上报监理工程师批复。并在施工前绘制好施工区域桩位平面图，并按施工顺序编号标识。

2）整理施工材料堆放场地，做到场地平整、无积水。

3）按施工图要求对桩位、桩间距的分布形式进行布控。本标段砂桩桩径Ф500mm,桩距1.2m～1.5m不等,桩位在平面上呈三角形(布桩图均可清楚体现)。

4）根据本项目的地质情况、桩径及桩长,合理选择拟投入的机械设备。本标段选用DZ90KS振动沉桩机,内置平底活页式桩尖,并设有二次投料口。原材料应采用渗水率较高的洁净中粗砂，不得采用海砂、山砂等不符合规范要求的材料。

4.2 挤密砂桩施工工艺流程

施工准备（机具、设备安装调试、砂料检验及储备、地表土清理、组装调试、测量放样定位、绘制桩位平面图）→挤密砂桩就位→沉管成孔→制桩（下料、振动挤密、至孔口标高）→移动桩机到下一孔位→检桩→堆载、卸载→沉降、位移现场监测。

5 常见质量问题及预防措施

5.1 桩身不密实

5.1.1 原因分析

灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，成桩桩身密实度不足，引起疏松现象。

5.1.2 预防措施

按照设计要求严格控制投砂量和拔管速度，桩管内的加水量必须充足，确保管内砂料振动密实，定期对桩机振动设备进行保养检修，防止机械振动力不足。

5.2 桩身倾斜

5.2.1 原因分析

沉桩时桩管竖直度不够，或受邻桩振冲影响，容易引起已成砂桩倾斜。

5.2.2 预防措施

1）沉桩时要现场校正桩管竖直度，对于偏差值大于规范要求的，应及时调整机身。

2）按规范要求布置桩位及打桩顺序，相邻桩采用间隔跳跃施工，避免因相互间振动对桩身竖直度造成影响。

3）施工前按规范要求，对施工场地进行平整，压路机振压密实，避免桩机钻孔时产生不均匀沉降造成机身偏斜。

5.3 短桩

5.3.1 原因分析

1）桩底空松、桩底端砂料偏少或无料会引起短桩。

2）沉管时遭遇局部硬土层或孤石，处理不当也会造成桩长不够。

5.3.2 预防措施

1）拔管前必须保证管内灌满砂料，并留振1min，确保砂料填满孔底。在拔管过程中若发现下料不足，应及时补充填料，确保桩长达到设计要求。

2）沉管成孔时，遇到硬土层或孤石，应立即停机，向现场监理上报情况，拔出沉管，在桩位旁边试打，确定硬土层范围，报请设计及业主进行桩长桩位变更或采取其他措施。

5.4 断桩

5.4.1 原因分析

断桩是挤密砂桩施工中常见的病害，造成的原因有塌孔、沉管活页打不开等。

5.4.2 预防措施

1）严格按照工艺性试桩及规范要求，严格控制拔管速度，确保砂料及时填充密实。禁止在管内无料时进行空振，造成塌孔。

2）对沉管底部活页经常进行检修，确保施工时开合顺畅。

5.5 堵管

5.5.1 原因分析

1）桩机活页开启不灵活，造成砂料下料困难。

2）施工现场砂料含水量较大，易造成桩机管内的砂结块成团并在施工过程中堆积密实，造成堵管。

3）现场装载机铲运砂料时，带进泥团，造成堵管。

5.5.2 预防措施

1）桩管就位沉管前，先行向管内灌注部分砂料，防止淤泥挤入桩底活页缝隙。

2）下雨天砂含水量大，一次性下料量不宜超过1.5m3（具体根据现场情况而定，当发生堵管时，及时调整一次性下料量），下料拔管过程中，同时向管内充水，确保砂料全部沉入孔中。

3）砂料按规范要求检验合格后方可进场，确保堆放场地预先清理干净，确保无杂物、泥团混入。若现场砂料中混入泥团等杂物，灌砂前一定要将泥团等清理出来，防止堵管。

6 挤密砂桩检测及软基沉降监控量测

本标段挤密砂桩质量检测依据设计图纸要求，采用静力触探作为挤密砂桩质量的主要检测手段，辅助配合的还有尺量桩径，检查施工记录等。

静力触探抽检频率为2%，在实际抽检过程中，各段落挤密砂桩静力触探合格率均能达到设计及规范要求。挤密砂桩施工结束后在路基填筑之前设置测点进行软基沉降监控量测，自2017年3月起至8月止，四个检测阶段期间，各监测点均未超出预警值，第一次沉降量稍大，后期沉降量趋于平缓；水平位移监测点（相对初测）位移变化量较小，未见明显发展，现场巡逻均未发现路基病害。

7 结束语

通过此次试桩试验表明挤密砂桩应采用透水性较好的中粗砂，它的主要作用是具备较好的排水固结作用，对改善挤密砂桩与周边介质的性能，提高施工区域整体的地基复合承载力具有相当成效。挤密砂桩施工后，桩与桩之间，桩与周边土体之间进一步受到挤压密实,复合地基承载力得到进一步提高,在实际工程实施过程中，可结合工程地质及施工前的试桩分析总结情况，来确定具体的砂桩施工工艺参数，使其处理效果符合设计及规范要求。