振冲碎石桩试桩施工技术总结

振冲碎石桩试桩施工技术总结

潘红

中铁二局第四工程有限公司北京地铁7-6项目部

摘要：地基土液化是一种特殊的工程地质现象，如何对地基液化进行处理是保证建筑稳定的关键工序。本文对碎石桩处理液化原理、施工方法作了简要阐述。北京地铁7号线东延工程环球影城站项目位于北京市通州区，本文主要对环球影城站砂土地基加固施工进行了详细阐述，为以后类似工程作一个参考借鉴。

关键词：振冲碎石桩；复合地基；试桩；地基液化

1工程概况

1.1工程概况

北京地铁7号线东延06标环球影城站是7号线东延与八通线南延的换乘站，也是两条线路的终点站，位于环球影城主题公园度假区。本工程包括1站4区间，总长约813.35m，东侧紧邻北京东六环，南侧紧贴京哈高速公路。

1.2工程地质、水文情况

根据勘察报告，工程场区地面以下52m深度范围内地层按其沉积年代可划分为人工堆积层、新近沉积层及第四纪沉积层三大类。车站建筑场地所处环境对建筑抗震不利，基底地段以黏性土、粉土与砂土交互层为主，根据地勘资料显示在抗震列防度为8度时存在液化现象，须对其地基进行处理，消除砂土的液化沉陷。

1.3施工工艺的选择

1.3.1工艺选择

解决地基液化的基本途径是增加土的密实度、改善土的抗液化性能和改善排水条件。增加土的密度、或者改善土的抗液化特性，使土体在地震荷载作用下不发生液化；改善排水条件，可以使土体在地震荷载作用下，孔隙水压力迅速扩散，减少液化的可能性。地基处理可采用挖除置换、强夯、振冲等方法。地基处理方案不能对已建成的下部结构产生较大扰动和振动，且需要处理的土层埋深较深3～4m，不宜采用置换、强夯处理措施，可以考虑对砂土层采用振冲法处理地基液化。振冲方式主要分高压水冲成桩法和锤击成桩法，针对两种成桩方式的不同进行了对比，见下表。

表1高压水冲法和锤击法施工对比

根据上表所述，振冲碎石桩（高压水冲法）对干法（锤击）碎石桩施工不仅更快，同时挤密能力也比干法碎石桩好，其处理液化能力强。振冲碎石桩对周围建筑振动较小，但缺点是施工过程中产生泥浆污染环境。结合现场实际情况及业主施工进度要求，综上所述选择振冲碎石桩进行地基液化处理较好。

1.3.2振冲碎石桩处理液化地基的原理

振密作用：在成桩过程中，振冲器产生的振动通过导管传递给土地基产生孔隙水压，导致部分土体液化，土颗粒重新排列趋于密实，从而起到振密作用。挤密作用：制桩时振冲器振动对周围砂层产生很大的横向压力，将土体挤向周围土体使之密实，灌注碎石后振动、反插也使土体受到挤密，从而提高了地基的抗剪强度和抗液化性能。排水减压作用：振冲碎石桩在土层中形成良好的排水通道缩短土中的排水路径，加速孔隙水压力的消散，增强了土体抗剪能力，因此在地震力作用下孔隙水压力不易积累增长，也就不会发生液化。预振作用：振冲碎石桩施工时振动作用在使土层振密、挤密的同时还获得了预振，这对增强地基的抗液化的能力极为有利。

2碎石桩施工工艺

2.1工艺流程

场地确认→场地平整→设备组装→桩位测放→振冲施工→资料移交→试验检测

2.2振冲碎石桩试桩目的

振冲碎石桩施工前，应根据现场的实际情况进行成桩试验，取得单桩成桩时间、桩机提升速度、反插次数和充盈系数等参数。然后对地基处理质量进行检测，如果达到设计要求则总结试桩成果形成报告报监理单位审批后方可进行大面积施工。

2.3振冲碎石桩具体施工方法

（1）清理场地，接通电源、水源。施工现场先设置好泥水排放系统，组织好运浆车辆将泥浆运至预先安排的存放地点，尽可能重复使用沉淀池上部清水。

（2）施工机具就位，起吊振冲器对准桩位。

（3）启动供水泵和振冲器，水压可用0.2-0.6MPa，水量可用200-400L/min，将振冲器徐徐沉入土中，造孔速度宜为0.5-2.0m/min，直至达到设计深度。记录振冲器经各深度的水压、电流和留振时间，直至设计桩底标高。

（4）造孔后边提升振冲器边冲水直至孔口，再放至孔底，在重复两三次扩大孔径并使孔内泥浆变稀，开始填料制桩。

（5）填料加密：大功率振冲器投料可不提出孔口，每次填料不宜大于50cm，将振冲器沉入填料中进行振密制桩。当电流达到规定的密实电流值和规定的留振时间后，将振冲器提升30-50cm进行下一段次加密，每段加密长度应符合技术要求，留振时间5~8s。

（6）重复上一步骤工作，自下而上逐段制作桩体直至孔口，记录各段深度的填料、最终电流值和留振时间，并均应符合设计规定。

（7）关闭振冲器，关水，单根制桩结束。

（8）施工下一根桩重复上述1-7步骤。振密孔施工顺序，宜沿直线逐点逐行进行。

图1振冲桩施工工序示意图

3施工参数的确定

根据试桩检测结果和设计要求确定挤密桩参数如下：

根据场区地层条件和设计要求，拟定加固技术参数如下。

1、振冲机具选择：采用BJ－30kW型振冲器，额定电流60A。

2、拟定其他施工工艺质量控制参数：

制桩电压为380V±20v，留振时间5~8s，成孔水压0.4~0.6MPa，制桩水压0.2~0.6MPa，加密段长度500mm，加密电流70A-75A。

3、碎石填料粒径选用20~80mm能满足设计要求。

4、单根成桩平均时间为20分钟，平均提升速度为1.2m/min，平均反插次数为14次；平均碎石桩充盈系数为1.18。

4常见问题及对策

根据工艺要求及施工经验，施工中应切实注意振密挤实效果，防止发生质量事故。常见问题及预防、处理方法如下表：

表2碎石桩常见质量问题及预防措施

5施工质量控制措施

（1）应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直，垂直偏角不应大于1.5%，成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm，桩径偏差控制在±20mm内，桩长不小于设计桩长。

（2）施工用电允许偏差380±20V，并保持稳定。密实电流一般宜为潜水电动机的空载电流加10～15A，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5～8s。

（3）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，以免影响桩底下的土；加料振密过程中水压和水量均小些。记录振冲器经各深度的水压、电流和留振时间。

（4）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。当达不到规定的密实电流时，向孔内继续加碎石并振密，直至电流值超过规定的密室电流值。避免出现断桩，缩径现象。

（5）提升和反插速度必须均匀，反插深度由深到浅，每根桩在保证桩长和碎石量的前提下，总反插次数一般不得小于14次。

6试验检测结果

对于消除液化的地基检验采用标准贯入试验。桩间土质量的检测位置应在等边三角形的中心，检测数量不应小于桩孔总数的2%。按要求现场标准贯入抽检4点均合格（贯入量100mm锤击次数不小于5次为密实合格，消除液化），试验桩处理的该块地基均消除了地震液化。

表3振冲碎石桩标准贯入试验表

7碎石桩试桩成果总结

7.1碎石桩试桩成果

试验碎石桩质量符合《建筑抗震设计规范》（2016版）（GB50011-2010）、《岩土工程勘察规范》（2009版）（GB50021-2009）的质量标准和评定标准；工程质量合格率达到100%，本次试桩工程能够满足指导本标段碎石桩的施工，为后期大规模施工提供可靠的技术支持。施工现场按照试桩参数和施工总结的经验顺利完成了碎石桩的施工，完成后的碎石桩经过标准贯入试验检测全部合格，达到的预期的效果。

图2振冲碎石桩施工照片图3振冲碎石桩地基处理效果图

7.2施工也存在不足之处

（1）施工过程中碎石桩易发生机械故障，影响施工进度。

（2）施工过程中碎石料斗吊料投入振冲桩机进料口时有散落现象，影响碎石桩灌石量控制。

（3）施工过程中场地产生了较多的泥浆未及时排出，对文明施工造成了一定影响。

7.3下一步质量控制重点

（1）加强振冲桩机、施工机具的维修和保养工作，确保机械设备正常运转工作。

（2）加强碎石桩碎石灌入量控制，经过实量的碎石桩料斗装碎石时要准确，碎石桩机进料口两边设置挡板，防止投入碎石机进料口时散石现象，影响碎石灌入量。开始填料不宜过多，防止堵塞孔口或堵塞返水，以免影响砂土土的泥土排除。填料时要把握时机，控制速度。

（3）加强碎石桩桩长、桩径控制，穿过软弱夹层地层时放慢拔管速度，并减少拔管高度；提升和反插次数不得小于试验参数，控制好留振时间和加密电流，确保碎石桩不产生缩径、缺碎石的凹桩。

（4）振冲碎石桩施工时产生的泥浆及时进行处理，加强现场的文明施工力度管理。

结束语

我国是一个多地震的国家，用碎石桩处理地基液化前景看好。碎石桩施工技术简单，成桩快，工期短，成本低，经济效果明显，是一种值得进一步研究和推广的地基处理方法。碎石桩的工艺现在虽然已经比较成熟，但在施工过程中还需要严格控制各个关键工序，确保碎石桩以及复合地基的工程质量。