振冲碎石桩复合地基综述

  振冲碎石桩在水利、交通、铁路、工业及民用建筑等方面有广泛的应用。振冲碎石桩的设计、施工、检测等环节都对工程质量和造价有重影响。通过对设计、施工、检测等各个方面的叙述,为设计、施工、检测等单位提供借鉴。
  关键词碎石桩;复合地基;设计;检测;
  Abstract Vibro replacement stone column used widely in the water conservancy, transportation, railway, industrial and civil construction and other wide range of applications. The Vibro gravel pile design, construction, testing and other areas have a major impact on project quality and cost. Description of the design, construction, testing and other aspects, provide a reference for the design, construction, testing and other units.Key words gravel pile; composite foundation; design; detection
   中图分类号TU47 文献标识码A文章编号2095-2104(2012)05-0020-02
  
   前言
   随着大规模的基本建设,地基处理工程日益增多,振冲碎石桩作为加固软土地基的一种有效措施,是通过在松软土中构筑碎石桩体,与软土组成复合地基,共同承担其上的荷载。碎石桩设计目前还处在半理论半经验状态,某些设计参数只能凭工程经验选定,再加上施工设备发展迅速,总体上是设计理论落后于工程实践,本文将对碎石桩相关的设计、施工、检测等程序作一综述。
  1、 碎石桩复合地基的设计
  1.1 碎石桩处理范围
   《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第7.2.1条规定,当用于多层建筑和高层建筑时,宜在基础外缘扩大1-2排桩,当求消除地基液化时,在基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的1/2。其实护桩的作用主为增强地基周围土的约束力,以达到提高复合地基的总体承载力和整体稳定性,并适当限制基础下桩与桩间土的侧向位移,减小复合地基的沉降量。大量工程实践证明,对于条基和独立柱基,由于设置护桩的数量相对很大,有时可达主桩的数倍,一般难以接受,工程上多采取提高置换率,适当增加基础范围内桩数,以提高其安全度加以解决。对于处理液化地基或满堂红布桩,由于重性不一样,增加护桩是必的。
  1.2 碎石桩参数的选取
  复合地基承载力特征值可用下式估算
   (1)
   (2)
  式中——振冲碎石桩复合地基承载力特征值 (kPa)
   ——桩体承载力特征值 (kPa)
   ——处理后桩间土承载力特征值 (kPa)
   —— 桩土面积置换率
   —— 桩身平均直径(m)
   —— 一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)
  从公式(1)、(2)可以看出,复合地基承载力特征值与四个未知量有关(、、、),四个未知量取值相关的因素有施工机具型号、基础型式、岩土特征。特别是最近几年大功率施工机械的发展,桩身直径、布桩间距提高较大,设计应加以注意。
  1.3 处理深度
   《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第7.2.1条规定,当相对硬层埋深不大时,应按相对硬层埋深确定。桩长不宜小于4米。当桩太短时,桩侧土体约束力较小,桩体密实度不易保证,桩体承载力较低,故而规范求桩长不宜小于4米。文献1曾报道了一地基土层,上部为厚6m的粉细砂,承载力特征值160kPa,其下为4m厚的淤泥质粉土,承载力特征值 80kPa,再下为砾石厚层,承载力特征值350kPa以上。地下水位距地表1.5m。该地基承受条形荷载,基础埋深1.5m。该工程采用了振冲桩法处理,处理深度6米,淤泥质粉土按下卧层验算,进行深宽修正后满足承载力求。因此,在确定设计桩长时,应根据基础类型、地质情况进行选择,满足承载力和建筑地基允许变形的求。
  1.4 整体稳定性
   近些年来,不少河堤、挡土墙、码头等采用振冲桩处理软弱地基。
  除满足承载力以外,整体稳定性也是必须考虑的。工程上仍采用圆弧滑动法计算复合地基或土坡的稳定性,所不同的只是将滑动面通过的复合土体,以其相应的复合抗剪强度或抗剪强度指标取代原土的抗剪强度或指标。复合指标可近似地通过共同协调面积比法求得。即Pribe方法,表达式为
   (3)
   (4)
  式中为考虑置换率与应力集中的参数,一般取0 4~0.6。
  1.5 复合地基的沉降
   振冲处理地基的变形计算应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007有关规定。复合土层的压缩模量可按下式计算
  
   式中 ——复合土层压缩模量(Mpa)
   ——桩间土压缩模量(Mpa),宜按当地经验取值。
  2、 碎石桩复合地基的施工
  2.1施工机械
   传统的30kW、55kW 的振冲器处理地基已无法满足不断提高的设计地基承载力的求,而更趋于使用75kW、125kW甚至130kW 振冲器,180kW振冲器国内已处于试验中。
   升降振冲器的机械可用起重机、履带吊车或者汽车吊,有些施工单位对吊车进行改装,能够同时吊装两台或者三台振冲器,一次就能成孔2-3个,极大的提高了施工效率,降低了施工成本。
   填料机械,一般采用铲车,根据场地和施工机组灵活配置,一般一台振冲器配一台铲车。
   电器控制装置可控制振冲施工中造孔电流、加密电流、留振时间等,施工中当电流和留振时间达到设定值会自动发出信号(当电流达到设计值时,指示灯亮,当留振时间达到时,电铃响),指导控制施工。
  2.2施工注意事项
   施工中的一些控制参数对施工质量和施工效率都有影响,在实际施工中应注意以下几点
  2.2.1 水压
   水压可用200-600KPa,水量可用200-400L/min,在粗砂中施工如遇下沉困难,可在振冲器两侧增焊辅助水管,加大造孔水量,但造孔水压宜小。当土层含砂量高、桩径大、桩较长时,“抱孔”现象出现的较为频繁。通过提高冲水水压,在一定程度上解决了“抱孔”问题,可随之而来出现了“串孔”问题,且场地泥浆排放量加大。解决“抱孔”的关键是使砂粒不在导杆周围沉积和密实,若能用气体代替水体来使砂粒保持悬浮状态,能更好的解决“抱孔”问题。文献2中采用气协法,较好的解决了抱孔现象。
  2.2.2 加密电流及留振时间和加密段长度
   加密电流应根据现场地质条件和试验确定。对于中砂~粗砂地层,经常出现假的加密电流信号,即加密电流超过正常值很多,遇到这种情况首先控制加密段长度,其次操作人员细心认真观察,避免发生漏振。振冲器在固定深度上振动一定时间称为留振时间。只有电流稳定在某一数值,这一稳定电流才能代表填料的密实程度。加密段长度以30-50cm为宜,这样才能保证分段挤密,这主通过控制好填料量来实现,即施工中加填料不宜过猛,原则上“少吃多餐”。
  2.2.3 与其他施工方式的联合
  振冲桩可以与强夯、CFG桩等复合地基处理方式联合运用,相互取长补短。在大连,振冲桩与CFG桩联合处理海边的软弱地基,已经建造起多栋二十多层的高楼。
  3.碎石桩复合地基的检验
  3.1 施工质量的检验
   《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第7.4.3条规定,振冲桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验,检验数量为桩数的0.5%,且不少于3根。对碎石桩体检验可用重型动力触探进行随机检验,对桩间土可在处理深度内用标贯、静力触探等进行检验。特别需提醒的是,施工质量的检验与验收检测是不同的概念,原则上应是施工单位对自己施工质量的自检,出于成本或其他原因的考虑,这一过程经常被省略了,这是极其错误的。
  3.2 竣工验收的检测
   《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第7.4.4条规定,地基竣工验收时,承载力检验应采用复合地基载荷试验。竣工验收一般是业主或施工单位委托具有检测资质的第三方进行。鉴于承载力载荷试验承压板的面积,往往并不等于设计置换率所控制的面积,测得的结果需进行修正。
  3.3 检验的相关问题
   在当前的施工中,某些施工单位为了节约成本及保证检测合格,振冲填料时填入粒径很大的块体,有的直径甚至达到100cm,远远超出规范规定的填料粒径限制;或者在地基浅层进行特别的处理,如二次成孔,扩大表层的桩径。在验收检测这种短暂荷载的作用下,能保证合格,但是对建筑物建成后的长期荷载,则有可能发生差异沉降,造成危害。因此,检测手段还需进一步完善。
  4、结语
   采用振冲碎石桩处理后,本河道工程经过几年的运行和洪水的考验,基础沉降基本稳定,没有出现明显的裂缝,表明该设计和施工方案是可行的,这为相似工程的处理提供了借鉴。
  
  参考文献
   1.何广讷.浅议复合地基的承载力.地基处理J. Vol.17No.456-57
  2.齐景波,季惠彬.气协法在超长振冲碎石桩施工中的应用.岩土工程界J. Vol.11,No.1077-78
  3.张永钧等.建筑地基处理技术规范S.北京中国建筑工业出版社. 2002.
  4.何广讷.振冲碎石桩复合地基M.北京人民交通出版社. 2001