振冲碎石桩在膨胀土地基的施工应用
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摘 要：南水北调中线工程南阳段3标的部分建筑物地基处于第四系重粉质壤土、粉质粘土上，且具有中等膨胀性。为解决中膨胀性土承载力不足且遇渗水膨胀的不良特性，设计采用振冲碎石桩进行地基处理施工。振冲碎石桩是一种湿法施工，本文通过对振冲碎石桩施工机械、工法、质量控制的阐述，以供现场管理人员参考。
中图分类号：TU47 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0020(C)-0213-02
一、概述
南水北调中线工程南阳段3标的部分建筑物地基处于第四系上更新统冲湖积层重粉质壤土、粉质粘土上，土体具有中等膨胀性，为解决中膨胀性土承载力不足且遇渗水膨胀的不良特性，设计采用振冲碎石桩进行处理施工。振冲碎石桩施工采用潜水电动机型振冲器成桩法施工，它是一种湿法施工。
振冲法加固地基施工机具简单、操作方便、加固质量易控制，加固时不需钢材水泥，仅用当地产的碎（卵）石，工程造价低，具有明显的经济效益和社会效益。
二、振冲碎石桩成桩工艺
振冲法成桩工艺是在振冲器的振动作用下，通过自激振动并辅以压力水冲贯入土中并达到规定的设计深度。振冲器入土后，对周围土体进行冲击振动使其密实，然后在孔内填充碎石料，并多次振动密实成桩，多次填料加密并振动后就成为碎石桩。
南阳段3标振冲碎石桩桩径为φ80mm，桩长4―9m，采用三角形布置，桩距1.5―1.9m。主要工艺流程如下图1。
图1振冲碎石桩施工工艺流程图
三、施工机械及材料
（一）成桩设备。本标段振冲碎石桩采用无锡市江阴振冲器厂的ZCQ30型振冲器成孔，ZCQ30型振冲器的主要组成部件有电动机、振动器、通水管和减振器及导管等，其主要结构包括：吊具，水管，电缆，电机，联轴器，轴，轴承，偏心块，壳体，叶片，轴承，头部，水管ZCQ30型振冲器适用于桩径φ80mm，桩长9m以内的碎石桩，符合本标段要求的桩径φ80mm，桩长4―9m的施工实际要求。
（二）施工辅助机具。振冲法施工主要辅助机具和设施有：起吊机械、填料机械、电气控制设备、供水设备、排泥浆设施及其他配套的电缆、水管等。1、起吊设备。选用80kN起重机或QY16型汽车吊作为振冲器起吊设备，可满足30kW振冲器孔深9m以内施工要求。2、填料机械。振冲碎石桩的填料机械可选用装载机或人力手推车。经过综合考虑，在有充足人力资源条件下，30kW振冲器施工可采用人力手推车或装载机填料。3、电气控制设备。振冲碎石桩的电气控制设备有手动式和自动控制式两种。经过综合考虑，30kW振冲器施工采用自动控制式电气控制设备。4、供水设备。供水设备由储水设备、水泵、分水盘、压力表等组成。储水设施一般采用水箱，储水体积以大于4m3为宜。水泵和振冲器的水压力可用0.4―0.6MPa，水量为200―400L/min。分水盘一般为三叉式水管结构，主管与水泵出口相联，一支叉管与振冲器水管相联，按装压力表调节供水压力，一叉管将多余水量返回水箱。5、排泥浆设备。排泥浆设备由排泥浆泵和泥浆存储池组成。当没有储存泥浆场地，可用罐车将泥浆外运。
（三）桩内填料。桩孔内的填料可用含泥量不大的碎石、卵石、角砾等性能稳定的硬质材料，不得使用已风化及易腐蚀、软化的石料，材料最大粒径不大于80mm，一般为20―50mm。
四、施工方法
（一）场地清理、平整。对施工面的腐蚀土、生活垃圾、建筑垃圾进行清理，清理的腐蚀土运到临时堆料场或弃渣场单独堆放，用于恢复原地表；生活、建筑垃圾弃到监理人指定的弃渣场。
（二）开挖排污沟、泵坑及管线布置。供水管、泥浆排污沟、泥浆泵坑、电缆线等管线在不妨碍施工机械运行的前提下进行布置。填料堆放在施工场地附近，施工场地宜划分若干施工作业区，各作业区之间应有土垅、地沟相隔。作业区内也需挖若干沟渠，使泥浆能流入集浆池，用泥浆泵泵送至指定地点或用车辆运走。振冲施工时需防止泥水漫流，做到文明施工。
（三）桩位放点。按照地基处理图设计的桩位、间距、数量，从己定好的2个轴线控制点引放定出每一个桩的桩位点，并撒白灰作好标识；经监理验线合格后进行下道工序。
（四）机具定位。测量放线后吊车就位，吊起振冲器，使其竖直、悬空，距地面10―20cm，并让尖端对准桩位，检查水压、电压和振冲器电流是否正常。
（五）造孔。开启高压清水泵，注入高压水，开动振冲器，振冲器在压力冲击作用和振动作用下竖直贯入地层至设计深度。
（六）清孔。造孔完毕后，将振冲器全部吊出后再对准孔位，保持坚直状态，贯入孔底，进行一次清孔排浆，记录清孔过程，并根据实际成孔排浆情况，确定清孔次数。
（七）填料、振密、制桩。清孔完毕，控制室改用加密电流，并改变水压，采取连续填料，分段振密的制桩方法。将振冲器提离孔口1.0―1.5m，由手推车或装载机向孔内倒石料，每次填料数量视土质条件按桩身理论方案量值与充盈系数计算而定。做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数一般控制在1.05。避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。一般每次填料高度为0.5―0.8m。待石料沉入孔底后，再缓慢下沉振冲器，振密孔底桩体，当振冲器工作电流达到规定的密实电流后，留振10―20s。
（八）清沟排污。打桩过程中，施工现场安排人力清沟，保证排污网络畅通，避免泥浆漫淌，沉淀后的泥浆采用泥浆罐车出运至弃土场排放；做好场地整洁，文明施工。
（九）填料记录。施工过程中通过振冲器上配备的振冲碎石桩施工自动监控系统记录仪，对每段桩体的成孔电流、密实电流、填料量及留振时间等进行现场施工过程的实时跟踪记录，作为设计、监理部门质量签认的主要依据。每桩施工均填写施工记录表。
振冲碎石桩施工顺序（a）准备，对中孔位；（b）造孔，清孔；（c）填料，加密；（d制桩完成
五、质量控制要点
（一）严格控制水压、电流和振冲器在固定深度位置的留振时间。水量要充足，使孔内充满水，防止塌孔，使制桩工作得以顺利进行；水压视土质及其强度而定，一般对强度较低的软土，水压小一些；对强度较高的土，水压大些；成孔过程中水压和水量尽可能大，当接近设计加固深度时，降低水压，以免影响桩底以下的土；加料振密过程中水压和水量均小些。
（二）电压一般为380±20V，并保持稳定。电流一般为空载电流加10―15A为加料振密过程中的密实电流，或为额定电流的90%。严禁在超过额定电流的情况下作业。振冲器在固定深度位置留振时间为10―20s。
（三）填料注意加料不过猛，原则上“少吃多餐”，勤加料，但每批不加得太多。施工中，每段桩体均做到满足密实电流、填料量和留振时间三方面的规定。
六、总结评价
经振冲碎石桩置换后的地基能有效解决膨胀性土的遇水膨胀、失水干缩开裂的不良特性，保证地基承载力、渗透变形达到建筑物允许范围，确实是一种既经济、又实用的地基处理方法。
作者单位：河南省水利第二工程局
参考文献：
[1]夏可风等著.《水利水电工程施工手册》（第一卷）.北京.中国电力出版社.2004.ISBN7508324188.第六章.
[2]GB50007―2002.2002.《建筑地基基础设计规范》.中华人民共和国建设部编.北京.中国建筑工业出版社.
[3]《工程地质手册》编写委员会编.《工程地质手册》.北京.中国建筑工业出版社.2007.ISBN9787-112-08828-7.
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