挤密碎石桩施工及质量控制

挤密碎石桩施工及质量控制

郭显所

中铁二十二局哈尔滨铁路建设集团公司

1、前言

振动沉管挤密碎石挤密桩简称碎石挤密桩。它是解决软弱粘性土地基承载力不足的一种地基处理方法。碎石挤密桩加固软弱地基主要是利用高频振动沉管填入孔中的碎石，振动能量通过碎石向桩底及四周传递，将桩底及桩周围的土挤密，并有一些碎石挤入碎石桩四周的软土中，形成碎石桩的同时，桩周也形成一个与碎石胶结的挤密带，提高原地基的承载力，碎石桩与桩间地基土形成复合地基，共同承担上部荷载。碎石挤密砂土，可以使地基的承载力增加，沉降量减少，防止地震液化的发生；用于加固软粘土，增大其整体稳定性。近些年来，我国铁路的软基处理中，碎石挤密桩得到了广泛应用。

2、工程概况

滨北线公铁两用桥改建工程路基DK0+965～DK1+215.76段，长250.76m（振动沉管碎石桩），线路中心最大填筑高度为9.184m，原设计为挖除1.5m～2.0m基底范围内的杂填土，并冲击碾压基底20遍，冲击碾压重力势能不小于23千焦耳，待碾压完毕后，于基底铺设0.5m厚的碎石垫层，并于垫层内平铺两层经编涤纶土工格栅，碾压完毕后其相关密实度标准应达到规范设计要求，后因该段路基杂填土较厚，原设计的对基底进行的冲击碾压20遍的处理措施因地表水汇集而无法实施，后经与业主、设计及地址勘察单位协商，决定采用挤密碎石桩施工方法对该段路基基底进行处理，清除地表0.5m厚的杂填土，其基底采用挤密碎石桩复合地基，桩径0.8m，桩间距2.0m，采用正方形布置，加固宽度为路堤坡脚外2m，桩顶设置0.5m厚的碎石垫层，于垫层内平铺两层80KN/m经编涤纶土工格栅，复合地基完成后，方可填筑路基。

3、工程地质条件

该段路基地形较坦，地貌为松花江低漫滩，地层为第四系全新统人工堆积层（Q4ml）及全新统冲积层（Q4ol）。

（1）第四系全新统人工堆积层（Q4ml）

杂填土：表层有0.5m左右生活垃圾，以下由砖、碎石等建筑垃圾组成，层厚1.0m～5.0m左右，施工等级II级。

填筑土：分布于既有路基，II级普通土。

（2）第四系全新统冲积层（Q4ol）

粉质粘土：黑色～灰色，软塑，层厚2.1m～3.7m。施工等级II级，б0=140kPa。

细砂：灰绿色，饱和，稍密，主要矿物成分以石英、长石为主，I级松土，本次勘探未揭示该层底板，б0=160kPa。

中砂：灰绿色，饱和，稍密，主要矿物成分以石英、长石为主，I级松土，本次勘探未揭示该层底板，施工等级I级，б0=230kPa。

本线所处区域土壤最大冻结深度2.05m。

4、碎石桩施工方案

4.1施工准备

（1）人员准备

碎石桩施工前先进行试桩，由工程部、安质部和试验室主要负责人共同参与，对试桩施工全过程进行技术指导和数据采集，并形成成果报告，试桩成功后进行大面积施工，同时每台桩机配备一名经验丰富、责任心较强的机械操作人员担任班组长，并派一个专门质检人员对施工过程进行详细记录，另安排上料人员两到三人。

（2）机械准备

根据本工程设计要求，我们采用的是DZ75KS型振动沉管机。并根据本项目的施工要求，对桩基设备做如下改造和完善；

1）由于机械自带沉管外径为60cm，为保证成孔达到设计的80cm直径，对沉管头加焊钢筋和铁板使其外径达到Ф75cm，因为在震动挤密碎石的工程中，碎石会向四周扩散，形成的桩径会比沉管外径大。

2）根据施工工艺要求，为有效控制拔管和反插高度，在每台机械机架上做好尺度标识，每间距50cm用红漆标识，以确保操作手能有效控制反插及提管高度。

3）沉管安装最大长度，根据地勘资料和设计文件确定，保证该机械在完成区段碎石桩施工时能达到持力层，如果沉管长度不够，立即焊接备用管后继续施工。

4）把管头放料门改装成自由开启的双叶门，对叶门外开，离管底约15-20cm。

5）上料设备采用Z30铲车，电力系统采用电压稳定的国电。

3、材料准备

碎石桩所用碎石应由未风化的干净砾石或轧制碎石而成，粒径宜为20～50mm，要求含泥量不大于5%。

4.2施工方法

4.2.1工艺流程图

4.2.2施工方法

（1）沉管对中：桩位放样标记对中，在桩位中心位置堆积高度大于20cm、直径大于50cm碎石料，以确保在沉管时淤泥不堵塞双叶门。

（2）开启机械沉管到持力层，达到持力层的标志是：电流突然增大，瞬间总电流达到100A以上，沉管明显受阻或下沉缓慢，并伴有剧烈的振动。如果沉管到设计6m时仍未达到持力层需继续沉管，也就是对每根碎石桩桩长按必须达到持力层进行控制。记录实际桩长。

（3）沉管到位后开始加料，并保证连续加料，边振边填，加料不宜过猛，每根桩总加料量达到设计要求。

（4）拔管：振动拔管，高度1m（由标识控制）。

（5）反插：反插0.5m。

（6）留振密实：反插0.5m后再提管0.3m，使双叶门打开，留振15～20秒，使管内石料在振动作用下，通过自重等作用填充密实孔内石料，以达到密实效果。

（7）重复以上拔管－反插－留振工序过程，完成该桩全部工作。

（8）对试桩做详细施工记录，并请旁站监理复核无误后签字认可，再进行下一试桩作业。

4.3注意事项

（1）碎石桩的设备根据加固深度选择合适的成桩设备，严禁没有计量装置的机械投入使用，采用的材料具有质量合格证。

（2）应保证碎石桩导向架的垂直度，碎石桩的垂直偏差不得超过1.5%，桩机操作者与碎石投料施工应保持密切联系，保证碎石桩机填充碎石时连续供料。

（3）振动法施工时，应根据沉管和挤密情况，控制填石量，提升高度和速度，挤压次数和时间，电机的工作电流等，以保证挤密均匀和桩身的连续性。

（4）严格按照设计桩位、桩长、桩数以及试验确定的参数施工。对沉管法，套管往复振动次数与时间、套管升降幅度和速度，每次填料量等需满足现场试验确定的各项工艺参数要求。成桩直径和桩长不得小于设计值。施工时桩位水平偏差不大于0.3倍套管外径，套管垂直度偏差不应大于1%。

（5）当实际灌注碎石量没有达到设计用量要求时，应在原位将管桩打入，补充灌注碎石后，复打一次，或在旁边补桩一根，桩体在施工过程中必须保证；连接、密实。

（6）在软黏土中施工，管桩未入土前向管内灌注1.0-1.5米的碎石，打到预定深度后复打2-3次，这样可以保证桩底成孔更好。

（7）向管桩内灌注碎石的同时，应向管桩内通水或者压缩空气，利于碎石排除管桩。

（8）管桩排碎石不通畅时可以适当加大风压，管桩快拔出地面时，应减小风压，防止砂料外飘。

（9）碎石桩施工前必须进行成桩试验，至少两根，以掌握对该场地的施工经验及施工参数，采用重复拔管法施工时，掌握桩管拔起的高度h，桩管压下的高度h1，桩管压下的振动时间t，以及碎石的含水量，以便保证碎石桩成型后，必须大于中密状态。

（10）碎石桩的施工顺序应以外围或两侧向中间进行。

4.4质量检验

1、碎石桩施工允许偏差应符合下表。

2、对饱和粘性土应待孔隙水压力基本消散后进行，间隔时间宜为1-2周，对其他土可在施工结束后3-5天。

3、检验的数量应不小于桩孔总量的2%。

4、处理地基后可以采用标准灌入静力触探或动力触探的方法检验桩及桩间土的质量，以满足设计要求，碎石桩必须大于中密状态，复合地基承载力必须大于设计值。

5、结束语，

该段铁路已经开通运营一年的时间，通过使用单位的反馈及我单位定期的跟踪测量，该段高填方路基及过渡段沉降量完全符合设计要求，地基加固效果显著，所以碎石挤密桩对软基处理的施工工艺是值得推广的。

参考文献：

[1]TB10414-2003《铁路路基工程施工质量验收标准》

[2]张纯根《碎石桩施工工艺及检测》