浅谈振动碎石桩的应用
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摘要：振动碎石桩是高速公路软基处理中常用的一种有效形式，由于能克服振冲法在施工中耗水量大和泥浆污染的缺点，近年来在国内得到了较多的应用。本文结合郑民高速公路液化地基的处理，对振动碎石桩的施工过程及其质量控制措施进行了简明阐述。
关键词：振动碎石桩应用
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
概述
郑州至民权高速公路地处黄河南部，属黄河冲积（泛滥）平原区，土层结构为第四纪全新统，土质较为松散，地下水位较高，部分地层加有饱和状态的亚砂土和沙土为可液化土层，同时沿线基本烈度处于6-7度区，这些构成了砂土液化的基本条件。目前对加固软土地基所采用的方法有粉喷桩、振冲碎石桩、砂桩等，但随着环保要求的不断提高，其中振冲碎石桩正逐渐被振动碎石桩所代替。
振动碎石桩是利用振动式打桩机，使沉管不断振动和反插，制成密实的碎石桩柱体，碎石桩与桩周土互相挤密，形成碎石桩复合地基。由于碎石桩强度比原地基高，又使桩周土互相挤密，这样形成的复合地基就具有较高的强度和较小的压缩性，达到加固软土地基的目的。它克服了振冲法在施工中耗水量大和泥浆污梁的严重缺陷，近年来在国内得到了较多应用。
2、施工过程
2.1施工准备工作
2.1.1编制振动碎石桩施工组织设计，清理平整场地，清理表面腐植土层30cm，消除高空和地面障碍物；测量放线，测量地面整平后的标高；严格按布桩图布设桩位（桩间距及形式应按设计要求进行，桩间距允许偏差为±10cm）。
2.1.2机械设备。
本工程碎石桩采用振动桩机振动成孔，桩机应根据桩径、桩长及加固工程与周围建筑物（民房）的距离相适应作出选择，工程上常用的型号有DZ22、DZ40、DZ60、DZ90A等。根据设计桩径400mm的要求以及满足工程进度的需要，决定采用DZ40-60系列走管式振动沉桩机，内置平底活页式桩尖；桩管直径一般为377mm或426mm；并设有二次投料口，最大沉桩深度能达20m；锤重≥35kN；激振力≥280kN；配套发电机功率≥120kW；容积相等的小推车数辆。
2.1.3材料。
碎石桩碎石填料应采用未风化、抗浸蚀的干净碎石，粒径20～50mm，含泥量不得大于5%，内摩擦角不小于38°。
2.1.4劳动力组织。
振动碎石桩施工的劳力定员根据打桩机的台班生产能力确定。每个施工班组通常由4～6人组成，班组以打桩机为中心建立各自的岗位责任制，在班组长的统一指挥下开展工作。
2.1.5现场工艺性试桩。
施工前，根据设计要求在现场进行制桩试验和必要的测试，便于确定主要技术参数，以保证大面积施工质量。应选择符合设计和规范要求的石料进行试桩，并记录制孔、清孔、制孔时间和深度、钻进速度（m/min）、压入碎石量及电流变化等，以选定科学合理的施工技术参数。
2.2施工过程
2.2.1施工工艺流程
场地平整测量放线桩套管就位调整桩套管下沉及接管终孔投料振密桩套拔出。
2.2.2施工中的工艺要求
（1）定位。
由测量技术人员按设计桩位通过轴线控制点逐个施放在现场，做好标示。
（2）桩套管就位调整。
当桩管被吊入卡桩钳口后，由指挥人员指挥将桩管徐徐下到桩管底活瓣离地面10cm左右为止，然后夹紧桩管，微调桩机使桩尖（活瓣）对准桩位，并将桩管沉入土0.5～1.0m，再从桩的两个正交倾斜面校正桩身的垂直度，待桩身的垂直度偏差小于0.5%时才开振。
（3）套管下沉。
桩套管就位后，开动振动锤使套管徐徐振入土中，同时记录全过程的电流值、速度、时间等，并要求随时校正桩锤与桩身的中心线重合，以防偏振。
振桩过程中，如发现下沉速度突然减小，此时可能遇上硬土层，应停止下沉而将桩略提升0.6～1.0m，重新快速振动下沉，可较易打穿硬土层而顺利下沉。沉桩时如发现有中密以上的细砂、粉砂、重粘砂等硬夹层，其厚度在1m时，可能沉入时间过长或难以穿透，继续沉入将易损坏桩头和桩机，并影响施工质量。此时应会同有关部门共同研究，根据实际情况采取恰当的措施。
（4）终孔投料。
当桩管贯入量达到设计高程时，终孔前振动锤最后贯入度小于3～4mm以内，或者振幅衰减为额定的1/3～1/5以下，应停振终孔，把桩管提升到一定高度（下料顺利时提升高度不超过1～2m），提升时桩尖自动打开，桩管内的碎石流入孔内。
（5）振密。
碎石从桩管投料口处投入桩管内时边振实、边往上拔桩管，形成密实碎石桩，提升速度控制在5～8cm/min。当桩套管提升到规定高度时，将套管再次下沉，利用振动及桩尖的挤压作用使碎石密实。压振密实度以标高为主，电流控制为辅。压缩比为2:1，即管中料每2m压缩到1m。
（6）桩套管拔出。
重复（4）和（5）二道工序，桩管上下运动，碎石不断补充，桩体不断增高，直至将桩套管拔出地面，碎石桩完成。
2.2.3施工要点
（1）碎石桩施工顺序应从四周边开始向中心进行，先单排后双排，由外往里进行，圆弧段桩距，以轴线为控制，内弧稍密，外弧稍疏，相邻两根桩必须跳跃间打。
（2）施工时要注意电、料的控制。电主要是控制振密过程中的密实电流；料要注意加料不得过猛，原则上要勤加料，但每批不宜加得太多，每振密段也不宜太长（≤50cm），碎石料粒径
（3）制桩时严禁周边土方开挖，以防止桩身位移。
（4）施工结束后，应将基底标高下的松散层挖除或夯压密实，随后加铺碎石垫层，以利于排水。
3、质量控制措施
（1）碎石必须要有良好的级配，且碎石料径不大于50mm。同时要保证碎石的强度。
（2）应严格控制留振时间和密实电流的变化，留振时间达到施工控制参数的要求，切勿欠振；而密实电流的变化反映挤密程度及效率。当电流达到一定的不变值，表明桩体的密实度接近饱和。
（3）桩机操作人员必须具备操作上岗证，施工技术员要在现场监测记录数据，并比较电流等参数是否在预计的范围内。如遇到特殊情况须改变电流等参数，要及时指挥操作人员的操作。
（4）每次开工前要检测桩机的性能以及仪表工作是否正常。
（5）在强调碎石振密的重要性的同时，应该切忌过分振压碎石桩，只要达到设计和规范的要求即可。过分振压碎石桩不仅增加了碎石用量，而且还有可能使地基土的天然结构受到扰动而导致破坏，承载力反而降低，经现场观测证明，碎石在达到密实状态后再加压会变松，碎石桩成孔时应采用静压，至持力层时振动钻进1m即可。
4、效果评价
(1)振动碎石桩可以有效地加固可液化地基，本区加固后的检验成果表明，加固后均消除了液化；达到设计目的。
(2)振动碎石桩加固可液化地基可以大大提高地基承载力，载荷试验结论表明，两种桩距处理后的复合地基容许承载力比处理前提高了1倍左右，均达到或超过了设计要求。
(3)振动碎石桩主要依靠振动和挤密作用加固地基，施工时土层中产生超孔隙水压力，其影响范围可达到5m，且随距离增大而衰减，其衰减规律基本符合u=γβ，实测β值约为-0.65。
(4)振动碎桩有效加固范围约为3～3.5d(d为桩径)，从技术经济角度出发，可以适当加大桩距。
(5)振动碎石桩复合地基桩土应力比可取为2～3。
(6)振动碎石桩成桩后，地基强度随龄期有一定的增长，但幅度较小。
(7)振动碎石桩抗液化加固效果可以采用标准贯入试验(SPT)、静力触探试验(CPT)和瑞利波法(S∧SW)来检验，三者之间具有很好的一致性。
5、结束语
近年来，振动碎石桩在公路工程中越来越显示其重要作用。在郑民高速公路中使用，取得了较好的效果。由于地基问题的复杂性，实施中还会出现一些其它问题，在今后的工程实践中还要进一步积累经验，不断完善，不断提高工程质量。