干振碎石桩处理软地基施工工艺浅探

１ 干振碎石桩的定义和原理
干振碎石桩是采用预沉导管、重锤振动压入工艺施工的碎石桩。其原理主要是振密和挤密松散沙土、粉土、黏性土、素填土、杂填土等地基。
２ 原材料要求
碎石桩施工碎石由岩石或砾石轧制而成，应洁净、干燥并具有足够的强度和耐磨耗性，其颗粒形状应具有棱角，不得掺有软质和其他杂质。施工中采用天然级配为ｌ ｃｍ～３ ｃｍ的碎石，含泥量小于５％，并不得含有大于４ ｃｍ的颗粒。
３ 机械设备的要求
干振碎石桩需采用走管式或履带式振动成桩机，内置平底活页式桩尖，桩管ｄ ４２６ ｍｍ，桩管长度为设计桩长加３ ｍ，并设有二次投料口，锤重大于 ３５ ｋＮ，工作电流８０ Ａ左右，激振力大于２８０ ｋＮ，配备发电机功率大于１２０ ｋＷ。
４ 设计参数
以陕西省吴堡—子洲高速公路设计为例：
（１）碎石桩长度一般为６ ｍ～１３ ｍ，设计桩径０．５ ｍ，桩间距１．４ ｍ，平面上呈梅花形布置。
（２）加固宽度至坡脚外２ ｍ。
（３）单桩承载力≥ ３００ ｋＰａ，复合地基承载力≥１５０ ｋＰａ。
５ 试桩要求
（１）在施工前，根据现场的实际情况，选择具有代表性路段范围外成桩工艺和成桩挤密试验。
（２）试桩的成桩挤密和成桩工艺试验，目的是为了调查各种机械参数，为大面积施工提供各种数据，保证工程质量。
（３）试验项目包括成桩时间、深度、压入碎石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机的工作电流等，以确定桩体在密实状态下的各项指标，以此作为设置碎石桩的控制指标。
（４）试桩数为９～１６根，按３ ｍ×３ ｍ或４ ｍ×４ ｍ布置，并对试桩进行标准贯入试验和承载力测试，以检验施工设备和方法是否符合要求。
（５）主要试验内容：桩间土的标准贯入试验；复合地基载荷试验；单桩承载力试验。
（６）若一次试验不成功，应改装或更换设备，改变施工方法，进行二次试桩或多次试桩的设置，直至全部试桩都符合要求。
６ 施工工艺
（１）施工放样，清理并平整场地，必要路段铺设碎石垫层，振动成桩机就位，校正桩管垂直度≤ｌ．５％，校正桩管长度符合设计桩长。
（２）用振动成桩机将桩管边振动边沉入土层，每下沉０．５ ｍ留振３０ ｓ，沉入速度控制在２ ｍ/ｍｉｎ ～３ ｍ/ｍｉｎ，直至设计深度，稍向上提桩管，使桩管下端的活瓣桩尖打开，桩管及桩尖外壁的真空破坏，这样可以减少起拔摩阻力。
（３）停止振动，立即往管内装入碎石，直至灌满为止。起振拔管，为了使桩管内碎石密实，在拔管前先留振１ ｍｉｎ，边振动边匀速拔管，拔管速度控制为１ ｍ/ｍｉｎ ～１．２ ｍ/ｍｉｎ，为使挤出拔管下端的碎石更加密实，每提升ｌ ｍ留振ｌ ｍｉｎ。
（４）根据单桩设计碎石用量确定第一次投料的成桩长度（约为桩管长度一半），进行多次反插直至桩管内碎石全部投出。
（５）再次投料，直至灌满，启动拔管，并进行多次反插，至管内碎石全部投出，反插深度应小于桩管长度，每提升１ ｍ反插０．５ ｍ。
（６）提升桩管高于地面停止振动，进行孔口投料至地表，启动反插并及时进行孔口补料至该桩碎石料全部投完为止；在孔口加压，保证孔口石料的密实。
（７）加料时应停机加料，并注意提升速度，防止因提升过高而出现断桩或缩颈现象，应每提升４ ｍ投料１次。
（８）桩孔内的碎石灌入量应通过现场试验确定，结算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数β确定。
（９）提升和反插速度必须均匀，反插由深到浅，每根桩反插次数视情况而定，每次３～５遍，每根桩不得少于１２遍。
（１０）试桩（施工）过程中应及时挖除桩管带出的泥土，孔口泥土不得掉入孔内。
（１１）施工过程中应记录沉桩深度、制桩时间、每次碎石灌入量、反插次数、电机电流值。
（ｌ２）施工碎石桩时，应根据试验桩的成果严格控制电流，使其大于密实试验桩的电流。
（ｌ３）挤密碎石桩时，对砂土、粉土和杂填土地表宜从外围向中间进行，对于黏性土地基宜从中间向外围或隔排施工。
（ｌ４）碎石桩施工完毕后，其顶部应铺设碎石或砂砾垫层。在整个施工过程中，应保证碎石料不被周围土体污染。
（ｌ５）碎石桩桩长应严格按照设计长度施工，当进尺困难且电机电流为空载电流２倍或将施工机架多次顶起时，可认为已到硬土层或岩层。
７ 容易出现的质量事故及防范处理
７．１ 断桩或缩颈
由于土壤含水量大于临界含水量，在成桩过程中的强力振动造成土壤液化，在拔管灌注碎石过程中造成缩颈或断桩，影响工程质量。
断桩或缩颈与土壤的含水量及施工工艺有着密切关系。对于含水量＞４０％的地基，笔者认为不宜使用碎石桩，建议采用旋喷桩；对于含水量较大但不超过４０％的地基，为防止出现断桩、缩颈，在施工过程中应降低钻进速度和拔管速度，减小激振力，控制碎石投入量，便可避免断桩、缩颈的发生。
７．２ 承载力不足
（１）对淤泥层深度不了解，未能穿透淤积层，形成软弱下卧层，导致承载力不足。
（２）反插次数不足，碎石的充盈不足，没有反插的部位碎石密实度小，影响承载力。
（３）桩长不够。由于选用的机型较小，激振力小，本来没有达到设计桩长，误认为已经到达硬上层或岩层。
７．３ 桩尖活瓣未能打开
桩尖活瓣没有打开使桩长不够或者灌石量不足。采取的措施是更换桩尖活瓣或调整各种施工参数，找到与之相适应的参数来保证工程质量。
８ 碎石桩的质量检验
（１）单桩碎石灌入量应≥０．２２４ ｍ３/ｍ。
（２）检验碎石量、沉管振动时间、提升速度和高度、挤密时间、桩位偏差等。
（３）施工前对桩间土做标准贯入试验，比较各土层强度的增加情况，判断土层的承载力。
（４）桩身密实度检验时，应采用重Ⅱ型动力触探法，贯入量１０ ｃｍ时，击数应≥５击。
（５）复合地基承载力的检验。
（６）单桩承载力的检验。
９ 质量检验的时间要求
施工后碎石桩的质量检验必须间隔一段时间才能进行，对于饱和黏性土地基应保证间隔时间≥２８ ｄ，对于粉土、砂土和杂填土地基，应保证间隔时间≥７ ｄ。
１０ 碎石桩检查项目
检查项目见表１。
总之，碎石桩施工必须从原材料、施工工艺等各个方面加强质量控制，只有这样，用碎石桩处理软地基才是一种好的方法。