振冲碎石桩施工工艺和质量检测.doc

振冲碎石桩在汾河二坝西干节制闸地基处理中的施工工艺和质量检测段树强，李海燕，郭擎瀛（山西省汾河水利管理局 祁县 030900）摘要：分析了汾河二坝西干节制闸地基振冲碎石桩的施工过程、工艺控制、质量保证措施；通过进行复合地基质量检测试验，证明该处振冲碎石桩基能够满足建筑物的地基承载力设计要求。关键词：振冲碎石桩； 液化土； 复合地基承载力中图分类号：TV553 文献标识码：B1 工程概况二坝西干引渠段始于二坝拦河闸前库区，终于一号节制闸，全长1.3km，一坝西干与二坝引渠接通后，由于引渠进口无控制闸，一坝西干输水进入引渠后，形成向库区倒流，因此在一坝西干输水渠入引渠口前增设进水闸，进水闸进口前沿桩号0+300，闸室长5m，分5孔布置，每孔净宽3m。设计流量60m3/s。闸室上游设15m长的扭面渐变段，下游设10m长的消力池，消力池后接10m长的海漫兼渐变段。2 工程地质条件根据工程地质勘测报告提供，汾河二坝位于清徐县长头村西，距一坝57km，场地位于太原盆地，其地貌形态属于汾河冲积平原。勘探深度范围内，拟建建筑场地地基土自上而下可分为6层：第层：素填土（Q42ml）,褐黄色，主要含有草根、煤屑、炉渣等，平均层厚1.63m。第层：粉土（Q41al+pl）,黄褐-褐灰色,很湿，松散状态，平均层厚4.03m。第层：粉砂（Q3lal+pl），褐色，饱和，松散状态，平均层厚8.50m。第层：（Q41al+pl），灰色-褐色，饱和，松散状态，平均层厚4.45m。第层：粉砂（Q3al+pl），灰褐色，饱和，中密状态，平均层厚5.85m。第层：粉砂（Q3al+pl），灰褐色，饱和，中密状态，本次勘察范围内未揭穿。该场地为严重液化土，属对建筑抗震不利地段，场地土类型属中等压缩型土，建筑场地类别为类，为均匀地基土。场地地下水对混凝土结构没有腐蚀性。为消除液化，提高天然地基承载力，经设计方同意采用振动振冲碎石桩进行地基处理。3 施工要求1）碎石桩规格和材质。振冲碎石桩桩径400mm，闸室段间距1.0m，外围间距1.2m，正三角形布置，有效桩长9.0m，保护桩头1.0m。材料为2050mm粒径级配良好的碎石，含泥量小于5%，不得使用风化易碎的石料。2）承载力要求。为了消除地基土液化，并提高复合地基承载力，闸室段大于等于130kPa，闸室外围大于等于120kPa。3）桩数分布。总桩数451根，其中闸室段253根，外围198根。桩位布置见图。4 施工准备施工前应做好各项准备工作，内容包括施工设备(见表1)、技术准备，现场准备，施工组织准备、物资和材料准备等。表1 施工设备配置表设备名称规格型号功率数量备注振动桩机DZ-6055kw1套施工装载机ZL-10A1台施工填料电焊机BK-50040kw1台机具维修氧焊设备1套机具维修水准仪S31台高程测量钢卷尺50m1盘测量放线备用桩管37710m备用 5施工工艺 施工顺序由一侧逐排施工，采用逐步拔管法成桩。5.1施工步骤 桩机就位、闭合桩尖：使桩尖对准桩位，缓慢放下桩管，对桩管垂直度进行双向校对。 一次成孔：启动振动器，然后将桩管沉至设计深度。 成桩：按要求向管内填料至计算高度，把桩管提升一定高度，提升时桩尖自动打开，桩管内的碎石料填入孔内，反插，加料，直至达到设计要求。 降落沉管，利用振动及桩尖的挤压作用使碎石密实。然后边振动边缓慢提拔振动器机桩管，速度控制在2.0m/min。拔管过程中发现软弱段或下料不足段及时反插。 平移桩机到下一桩位，重复步骤进行下一根桩的施工。5.2关键工艺控制鉴于以往的施工经验，结合该工程特点，在施工中重点抓填料量，提升速度和高度等因素。确保填料量满足设计要求。按照设计要求的填料量算出桩管内的填料高度，在填料口处设置明显标志，填料后以测绳实测填料高度。 拔管成桩过程中，严格控制提升速度，确保桩管内下料均匀。 必要时向管内加水，防止桩管带料。控制桩顶填料高度，确保桩顶密实度。6质量控制标准与保证措施6.1控制标准（1）桩数、桩径、填料质量符合设计要求。（2）桩身的密实度符合施工规范。（3）允许偏差项目： 成孔中心位移150mm；成孔垂直度21.5%；桩径误差320mm；孔深误差4100mm。6.2保证措施严格进行图纸会审。做好图纸会审工作，组织施工人员认真学习研究图纸，做好各层管理人员和施工人员的技术交底。实行工序管理验收制，开工前提交开工报告，报监理工程师签发开工通知开始施工。原材料设专职材料员进行控制。调整施工参数必须报请现场监理和设计人员批准。及时准确填写施工记录，并办理签证手续，保证工程完工后能提供全套完整的竣工技术资料。6.3防止质量通病措施 （1）机组就位检查桩位桩管直径范围内的地面土质，如遇到较大的硬块，由人工清理后再沉管成桩。如因下部地层不均匀引起的桩管跑偏，应提出桩管，查明原因，向孔内填入较大硬物导顺桩管，确保桩位准确及桩管垂直后在沉管成桩。（2）桩尖难开，造成带料。沉管前认真检查桩尖，保证其灵活，如果因地层特点，桩尖难打开时，可上拔桩管一定高度后加料，然后需在拔桩管位置适当留振，保证桩底碎石密实。（3）下料不均匀，使桩体不连续。如果下料困难可向桩管内加水，控制提升速度及留振时间，消除局部带料问题，或及时反插保证填料量。 （4）桩顶带料。可在桩顶带料区段及时反插保证填料量。7 复合地基质量检测 7.1、检测目的和要求 采用单桩复合地基载荷试验确定处理后复合地基承载力特征值，要求进行现场检测；闸室段和闸室段外围分别布置载荷试验3组。具体检测桩点见图1（图上个黑点即检测桩点）。7.2试验设备配置试验采用压重平台反力装置，加载及反力系统由液压千斤顶、钢梁、承压板、配重组成。加压由一台500kN的液压千斤顶及其配套加压系统来完成，加载值由量程60MPa等级0.4级压力表量测。沉降观测采用通常使用的基准梁、百分表观测系统。在压板的两个正交直径方向对称安置四个量程50mm（精度0.01mm)的百分表，百分表经万能表架固定于两根6m长的工字钢组成的基准梁上。7.3 试验方法本次检测采用单桩复合地基载荷试验，压板边长闸室段为1.0m,闸室段外围为1.1m,压板下铺中粗砂找平（厚度50150mm）。本次试验闸室段最大加荷至280kPa,外围最大加荷至260kPa,每级加载值为预估极限荷载的1/10，荷载分级见表2、表3：表2 闸室段单桩复合地基载荷试验加荷级率表荷载级别12345678910荷载/kPa285684112140168196224252280表3 闸室外围单桩复合地基载荷试验加荷级率表荷载级别12345678910荷载/kPa265278104130156182208234260每加一级荷载的前、后应分别测记1次压板下沉量，以后每0.5h测记一次，当连续2h内，每1h小于0.1mm时，认为压板下沉量已趋稳定，即加下一级荷载。当出现下列情况之一时，可终止加载：压板周围的土，出现明显的侧向挤出；沉降s急剧增大、压力-沉降（P-s）曲线出现陡降段；、在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；累计沉降量已大于压板直径的6%（63.00mm）;当达不到极限荷载，而已达到方案设计最大加载压力。荷载可分为34级，每卸一级荷载测记回弹量，直至变形稳定。7.4单桩复合地基载荷试验结果及分析7.4.1 试验数据整理根据试验记录，分别绘制P（荷载）s(沉降)曲线（图2）及s(沉降)lgt（时间）曲线（图3）。P（荷载）s(沉降)曲线反映了不同荷载作用下，沉降量变化趋势；s(沉降)lgt（时间）曲线反映了在相同时间段，不同荷载作用下的沉降情况。7.4.2复合地基承载力特征值的确定方法例如：S1点试验最终加载至280kPa，累计压板沉降量31.47mm，卸载后残余沉降16.91mm。根据建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）附录A.0.9，当压力-沉降曲线是平缓的光滑曲线时可按相对变形值确定复合地基承载力；对振冲桩复合地基：当以粉土或砂土为主的地基可取s/b=0.01所对应的压力；按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半。其中：s相对变形值，mm； b承压板的宽度，mm。 b取值为1 000mm,相对变形：s=0.01×b=10mm。从图可以看出该曲线呈圆滑型，特征点不明显，无明显陡降段。按相对变形s=10mm从图找出对应的复合地基承载力特征值为175kPa，规范规定按相对变形确定地基承载力特征值不应大于最大加载压力的1/2，因此取最大加载值的一半140kPa作为该点的复合地基承载力特征值。各点试验结果见表4、表5。表4 闸室段单桩复合地基载荷试验结果表点号最终荷载/kPa累计沉降/mm残余沉降/mm复合地基承载力特征值/kPaS128031.4716.91140S228025.4613.26140S328022.1212.10140表5 闸室外围单桩复合地基载荷试验结果表点号最终荷载/kPa累计沉降/mm残余沉降/mm复合地基承载力特征值/kPaS426044.3021.56130S526045.1328.19130S626022.7411.221307.4.3 复合地基承载力特征值的统计成果根据建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）进行统计，闸室段3个试验点复合地基承载力特征值平均为140kPa，极差为0，可将平均值140kPa作为闸室段的复合地基承载力特征值。闸室外围3个试验点复合地基承载力特征值平均为130kPa，极差为0，可将平均值130kPa作为闸室外围的复合地基承载力特征值，均满足设计要求。6