夯扩挤密碎石桩在排涝泵站地基处理中的应用

赵亚涛 蒋真真 王 潇

(北京金河水务建设集团有限公司, 北京 102206)

1 工程概况

通州区两河水网减运沟综合治理工程项目排涝泵站位于减运沟综合治理河道标尾桩号4 +474 ~4 +630段, 该排涝泵站设计规模为8.0m3/s, 潜水轴流泵4台, 单泵设计流量2.0m3/s, 设计扬程3.5 ~5.5m,配套电机功率160kW, 总装机容量640kW。 该排涝泵站主体结构尺寸为24.25m×24.6m, 本工程夯扩挤密碎石桩施工主要用于泵站主体结构基坑、 泵站挡土墙结构下部地基处理加固, 地基处理加固后须消除地基液化, 并满足复合地基承载力达到180kPa 的要求。

为了保证排涝泵站的施工质量与安全, 根据排涝泵站地勘资料及以往类似工程地基加固处理的经验,确定采用夯扩挤密碎石桩进行该工程地基处理, 夯扩挤密碎石桩成桩孔主要采用提升柱锤后自由下落的方法, 成孔完成后按要求进行分层填料、 分层夯扩, 形成竖向增强体复合地基, 确保地基满足承载力的要求且消除液化危害, 保证建筑物的施工质量。

2 夯扩挤密碎石桩技术参数

通州区两河水网减运沟综合治理工程为了消除地基液化并提高其地基承载能力, 选用夯扩挤密碎石桩进行地基处理, 夯扩挤密碎石桩桩底高程为8.86m,槽底施工高程: 主体结构出水池段为15.55m, 主体结构泵池段及挡墙区域为12.93m。

夯扩挤密碎石桩设计桩身直径550mm, 设计桩长为7.69m 和5.07m, 相应有效桩长有6.69m 和4.07m,桩身材料为粒径20 ~100mm 的连续级配砂石, 桩位呈正三角形布置, 桩心间距1.50m, 桩数1712 根(桩长7.69m 的1285 根、 桩长5.07m 的427 根)。 为保证夯扩挤密碎石桩成桩质量, 桩顶施工高程应高出基底混凝土垫层底面1.0m 以上, 施工完毕后将顶部预留的松散桩体挖除, 然后再进行铺设垫层施工(见表1、 图1 和图2)。

图1 夯扩挤密碎石桩布桩示意图(单位: mm)

图2 夯扩挤密碎石桩布结构大样(单位: mm)

3 桩体夯扩材料指标

夯扩挤密碎石桩复合地基又称柱锤冲扩复合地基, 夯扩挤密碎石桩成桩孔主要采用提升柱锤后自由下落的方法, 成孔完成后按要求进行分层填料、 分层夯扩, 形成竖向增强体复合地基, 其夯扩填料为级配砂石, 级配砂石应采用含泥量不大于5%的碎石、 卵石、 角砾、 粗(中) 砂等性能稳定的硬质材料, 易风化及易腐蚀、 软化的石料严禁作为桩身填料使用。填料要求粒径为20 ~100mm, 级配连续。

4 施工机械设备

排涝泵站工程地基处理加固(夯扩挤密碎石桩)主要采用步履式落锤载体桩机进行成孔及填料夯扩的施工, 并配备GPS 测量设备1 套(Rts-822R3) 进行桩位定点、 装载机等配合填料施工(见图3、 图4)。

图3 步履式落锤载体桩机

图4 全站仪

5 施工工艺

施工所需的人、 机、 料等, 应在正式施工前安排完毕, 以保证顺利施工。 第一步由施工测量人员对桩位进行定位、 放设; 第二步对夯扩挤密碎石桩打设设备进行安装、 调试; 第三步开始夯扩挤密碎石桩施工(工艺流程见图5)。

图5 夯扩挤密碎石桩施工工艺流程

5.1 测量放线

根据通州区两河水网减运沟综合治理工程项目排涝泵站桩位平面布置图, 对碎石桩的施工区域进行边界线放设, 并撒布白灰线进行标示。

5.2 桩位布设

根据通州区两河水网减运沟综合治理工程项目排涝泵站桩位平面布置图提供的边界区域及角部桩位坐标, 由项目部专业测量人员按照正三角形 (边长1.5m) 布置原则进行桩位布设, 并在相应点位上设置明显标志, 桩位测量误差不大于20mm, 定位完毕后报请监理单位验收。

5.3 冲扩桩机移机就位

冲扩桩机对位时, 应先对设备进行调平并支撑稳定, 然后调整重锤使其中心与桩位中心对齐, 重锤距地面不大于5cm。

5.4 冲击成孔

根据通州区两河水网减运沟综合治理工程地质土层资料以及以往施工经验, 选择的冲扩桩机柱锤重4.0t, 锤长6.0 ~8.0m, 直径450mm; 成孔深度: 主体结构出水池段不小于5.07m, 主体结构泵池段及挡墙区域不小于7.69m; 成孔直径: 不小于550mm。 成孔过程中如遇不利地质, 导致无法完成该桩位成孔工作, 应中断成孔, 并将该桩位已成孔洞部分分层夯扩至地面高程, 然后在其原桩点位周围不超过1.5m(桩间距) 范围内进行重新成孔填料夯击成桩。

5.5 填料

夯扩挤密碎石桩的夯扩填料为级配砂石, 级配砂石应采用含泥量不大于5%的碎石、 卵石、 角砾、 粗(中) 砂等性能稳定的硬质材料, 易风化及易腐蚀、软化的石料严禁作为桩身填料使用。 填料要求粒径为20 ~100mm, 要求级配连续, 填料采用装载机铲运至桩孔处, 配合人工铲运将填料注入孔内, 每次填料方量为0.30m3。

5.6 柱锤夯实

夯扩挤密碎石桩填料应分层填入、 分层夯实, 严禁超填, 保证每次填料量为0.3m3, 且每层填料至少夯击3 次, 末次贯入度(提锤高度2m) 应小于设计要求, 若无法满足, 则需继续夯击直至满足贯入度要求。 如此反复施工直至距桩顶2.0m 位置处。

5.7 夯桩顶

为保证桩顶施工质量合格, 分层夯扩填料施工至距桩顶地面2.0m 时应以低锤密击的方式进行夯扩,避免造成地面隆起(隆起不超过15cm), 单击贯入不大于12cm (见图6)。

图6 成孔及夯扩示意图

5.8 清土、 凿桩头

待所有夯扩挤密碎石桩施工完毕后, 开始进行桩间土清运工作, 清运采用小型挖掘机挖土, 配合自卸汽车将弃土运至指定地点, 然后人工清理槽底。 为避免超挖, 桩间土清运过程中应安排测量人员定期复核槽底高程。

桩间土清运完毕后, 进行桩头凿除工作, 桩头上部采用小型挖掘机进行截断, 在截掉大部分桩头后,由人工使用小锤、 钢钎将桩顶修平至设计高程, 然后报请监理部门测量桩径及截面积。

5.9 试桩

待桩体打设形成5m ×5m 群桩后, 进行试桩试验, 试验结果合格并报监理审批同意后, 再进行后续桩体的打设。

通过复合地基静载试验, 检测夯扩挤密碎石桩复合地基承载力特征值是否满足设计要求; 通过重型动力触探试验, 检测夯扩挤密碎石桩桩体的密实度; 通过标准贯入试验, 检测夯扩挤密碎石桩桩间土的密实度, 并判定是否已消除液化。 通过上述试桩试验, 保证成桩的承载力满足设计图纸要求, 消除地基液化,并将试验的结果作为施工技术参数用于后续桩体施工。

6 结 语

本文通过夯扩挤密碎石桩施工在通州区两河水网减运沟综合治理工程项目排涝泵站地基处理施工当中的实践, 详细阐述了夯扩挤密碎石桩施工工艺及质量控制要点, 为后续类似地基加固处理工程的施工提供了指导意见与方向。 夯扩挤密碎石桩先通过提升柱锤后自由下落的方法成孔, 然后按要求分层填料、 分层夯扩成桩。 成孔直径一般为300 ~600mm, 深度不大于10m, 采用质量为2 ~10t 的柱状锤(简称柱锤),通过自行起重机或其他设备, 将柱锤提升至距离地面一定高度后落下, 将填充在孔内的填料分层夯实形成桩体, 同时对桩间土进行挤密, 形成复合地基, 并在桩顶部设置200 ~300mm 厚砂石垫层。

夯扩挤密碎石桩复合地基, 对由于震动引起的超静孔隙水压力有着良好的消散作用, 使地基液化现象大为减轻, 同时将砂层标贯锤击数提高了30%, 以消除砂土液化现象, 保证处理深度范围内地基土上下均匀, 为液化砂土地基处理探索了新的途径, 不仅如此, 还通过严密的施工参数对桩体的质量进行控制,采用合适的夯扩设备对桩身填料进行挤密压实, 使松散砂土颗粒重新排列, 提高砂土的承载力和压缩模量。

夯扩挤密碎石桩作为一项新技术、 新工艺, 对粉土、 砂土、 黏性土等地层承载力不足以及在地基液化问题的处理方面, 有着良好的效果, 并且夯扩挤密碎石桩工艺简单, 质量易控, 施工速度快, 且具有无污染、 造价低等优点, 值得推广应用。 ■