中国水利水电第七工程局有限公司 四川成都 610081
摘要：国内沉管挤密碎石桩多用于公路地基加固处理，在水务工程建设中采用沉管挤密碎石桩项目极少。沉管挤密碎石桩施工能有效地保护周边环境，且具有施工工期快，投资费用省等优点。沉管挤密碎石桩在国内外取得了良好的经济效益和社会效益。本文以茅洲河界河综合整治工程（深圳部分）海堤段沉管挤密碎石桩为项目背景开展相关研究工作。海堤段沉管挤密碎石桩桩径600mm，间距1.6m，方形布置，桩长12m，垂直堤轴线方向11排。挤密碎石桩作业区域地质情况从上至下依次为：淤泥质土、淤质砂层、淤质土、泥质粉砂夹淤质土，多数地层呈软塑~流塑状态，对沉管挤密碎石桩成桩质量影响较大，考虑到该地区复杂的地质情况，对沉管挤密碎石桩施工关键技术进行研究，为类似工程的施工提供理论依据。
关键词：碎石成桩 大粒径级配 碎石灌注充盈系数 技术研究
1、大粒径级配碎石成桩可行性验证
根据设计要求，碎石桩成桩材料为粒径20~50mm的硬质岩的碎石或卵石，可部分掺砂，含泥量小于10%。碎石桩检测指标：复合地基承载力fspk>90kPa，单桩承载力大于110KN。
在设计要求基础上，现场试验过程中分别采用级配碎石粒径2cm～5cm、3cm～7cm、4cm～8cm三种级配碎石进行成桩试验，级配均采用1－2－3自然级配。每种粒径试桩30根。施工设备为ZJ90型步履式桩机，施工过程中对现场各项参数均做详细记录。施工完成后对试验桩进行动力触探试验检测。
（1）施工流程及要点如下：
1）清理整平施工场地，进行桩位放样
轴线放样：根据业主提供的控制点及设计图纸，由专业测量人员测放出中桩，并加以妥善保护。
测放桩位：放线定位严格遵守《工程测量规范》中有关桩基施工的规定。定位与打桩间隔不超过24 小时，施工过程中，要尤其注意防止破坏标识引起桩位不准，并随时复核，对因挤土作用引起的桩位偏差，及时调整。测量人员测量放出中心线及边线控制桩，并做好控制桩保护，标示桩点里程，根据桩位平面布置图，用钢尺布桩，布桩误差控制在20mm内。
2）机具定位
将打桩机就位，合拢合瓣桩尖，将管桩向下垂直，使桩尖对准桩位标记，继续向下垂移桩管使桩尖入土。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，机架和钻杆的垂直偏差不得大于1%，如发现偏差过大，必须及时调整。
3）振动下管
启动振动锤，待桩管达到设计深度后，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论值与松方系数计算，且孔内填料量不小于设计填料量的95%，避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。成桩直径不小于设计桩径的95%，成桩长度不小于设计桩长，一般宜超深100～200mm。
4）桩身拔管
管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，有专人负责碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管时先振动5～10s后开始拔管，边振边拔，每拔高度0.5～1.0m停振，如此反复直至全管拔出。拔管速度要均匀，一般控制在1.2～1.5m/min（平均速度）。
5）振动拔管成桩
灌料后原位振动→振动拔管→振动→反插→振动拔管→再次罐料→第二次振动。
以此为循环周期直至到设计桩顶标高完成一根桩施工作业（反插次数及反插深度均应满足桩身设计，横截面积为控制依据）。
6）加固密度的方式
加固碎石桩密度的方式，多采用边拔管边振动、留振和反插相结合的方法。地面下1.0～2.0m由于侧向约束薄弱，不利于成桩，至此深度时应采取超载投碎石法，再通过振挤以提高粒料的密实度。
（2）质量控制与检测
茅洲河界河综合整治工程（深圳部分）碎石桩质量控制采用综合指标法来控制碎石桩加固质量。
综合指标：
1）振动头工作频率：一般按24.5Hz控制；稳定电压一般为380 V±20V。
2）激振力：激振力采用300～320kN。
3）倒入碎石高度：倒入碎石高度一般为1～1.5m。
4）振动器密实电流：振孔器密实电流根据现场制桩试验确定，严格在超过密实电流的情况下作业。
5）留振时间：振动器留振时间一般为30～45s。
6）拔管速度：拔管速度以1.2～1.4m/min。
7）加固密度的方式：加固碎石桩密度的方式，多采用边拔管边振动、留振和反插相结合的方法。地面下1.0～2.0m由于侧向约束薄弱，不利于成桩，至此深度时应采取超载投碎石法，再通过振挤以提高粒料的密实度。要求单位深度灌碎石量大于0.38立方，当检验碎石桩发现有上下不连续、单位深度灌碎石量不足、碎石桩平面位置和垂直于复合地基强度不符合要求已有断桩、缩颈、沉桩等质量问题时，应视为质量问题。
（3）试验数据采集
（4）动力触探检测成果
按照设计要求，碎石桩施工结束28天后进行碎石桩密实度检测，检测方法为重Ⅱ型动力触探检测，检测标准为贯入深度在10cm时修正锤击数不小于5次。具体检测结果如下：
碎石粒径20-50mm、30-70mm成桩检测结果合格。
结论：根据试验检测成果，采用碎石粒径30-70mm级配碎石进行碎石桩施工可行，可在工程推广施工。在后续工程施工过程中可采用20-50mm、30-70mm两种级配碎石进行施工。
2、碎石桩碎石灌注充盈系数研究
经初步分析沉管挤密碎石桩碎石灌注充盈系数偏大原因主要为成桩地层为淤泥质土，土质呈软塑或流塑状态，在沉管成桩振动过程中造成碎石向周边扩散造成充盈系数偏大。解决方法上主要从优先形成碎石扩散束缚上着手，主要方法为划分合理成桩区域，在区域内优先形成周边桩体对区域内桩体成桩进行限制，降低区域内桩体成桩过程中碎石扩散的可能，从而控制充盈系数。
（1）试验方案拟定
试验方案一：沿堤轴线方向选定22列、11排区域进行试验，整体试验区域划为一个单元进行施工，施工过程中分5序进行施工，施工顺序按Ⅰ序→Ⅱ序→Ⅲ序→Ⅳ序→Ⅴ序进行，即从试验区域外侧向内侧环形施工，施工过程中对碎石桩碎石灌注量进行记录，对比每序孔位碎石灌注量变化。
试验方案二：沿堤轴线方向选定22列、11排区域进行试验，整体试验区域划为四个单元进行施工，施工过程中每个单元分3序进行施工，施工顺序为：一区→四区→三区→二区，区内按Ⅰ序→Ⅱ序→Ⅲ序施工。即从分区内按外侧向内侧环形施工，对碎石桩碎石灌注量进行记录，对比每序孔位碎石灌注量变化。
现场按照上述方案开展挤密碎石桩碎石灌注充盈系数控制相关试验。碎石桩施工设备为ZJ90型步履式桩机，碎石桩施工顺序为：清理平整场地→放线布设孔位→振孔器就位→ 振动挤土成孔→ 提起振孔器倒入碎石→ 重复振捣注入碎石→ 制桩至孔口→ 移位至下一点。
（2）试验结果
通过以上两种方案的试验验证，优先完成区域外侧碎石桩施工可对内侧碎石桩施工形成封闭约束，内侧碎石桩碎石灌注充盈系数明显减小，通过施工时序、区域的调整可达到控制碎石灌注充盈系数的目的。
通过方案一、方案二碎石灌注充盈系数的对比可得看出：
1、采取碎石桩区域内由外侧向内侧环向施工的方法可对碎石桩碎石灌注充盈系数进行有效控制。
2、通过两种方案对碎石灌注充盈系数控制的对比，方案二对碎石灌注充盈系数控制更为有效，且在施工过程中更便于操作，建议在后续施工及类似淤泥质地层碎石桩施工过程中按方案二进行推广。
结束语
淤泥质地层沉管挤密碎石桩施工关键技术研究是基于深圳市茅洲河界河整合整治工程（深圳部分）海堤段淤泥质地质条件下进行研究，采用现场试验、对比分析、归纳总结等方法进行关键施工技术提炼，得出以下结论：
1、确定了沉管挤密碎石桩采用大粒径（30-70mm）级配碎石成桩施工可行，可在本工程及类似淤泥质地层碎石桩施工中推广使用。
2、淤泥质地层中沉管挤密碎石桩施工通过划分施工区域、区域内划分施工单元，单元内按外侧向内侧环形施工的方法达到减小碎石桩碎石灌注量的目的，从而更好的控制施工成本。建议在类似淤泥质地层沉管挤密碎石桩施工中推广。
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论文作者:汤家源
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/5
标签：碎石论文; 系数论文; 淤泥论文; 粒径论文; 密实论文; 方案论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;