振冲碎石桩在地基处理中的应用

佟兆红

山东电力工程咨询院有限公司山东省250000

摘要：振冲碎石桩是在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，在软弱地基中成孔，再将碎石压入土孔中，形成大直径的碎石所构成的密实桩体，它与地基土形成复合地基共同承担上部荷载。目前，碎石振冲桩作为一种既经济又效果明显的地基处理方法，越来越引起人们的重视。基于此，本文主要对振冲碎石桩在地基处理中的应用进行分析探讨。

关键词：振冲碎石桩；地基处理；应用

1、前言

碎石振冲桩是依赖周围土体的侧压力保持形状并承受荷重，承重时桩体产生侧向变形，基础对碎石桩施加的应力不仅自上而下传递，同时也通过桩体的侧向变形传递给周围土体，这样碎石桩和周围土体一起组成一个刚度较大的人工复核地基，振冲碎石桩不但提高了地基承载力，减少了地基沉降，同时也提高了地层的抗液化能力。

2、工程概况

新疆某2×350MW电厂厂址位于南疆某市郊冲洪积平原，根据施工图设计阶段岩土工程勘测报告书,岩土地层主要为第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）和第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl），岩性以粉土、粉细砂和细砂层为主。天然地基承载力较低，达不到设计要求。且场地液化等级为中等～严重液化，液化地层最大层底埋深16.50m。必须进行地基处理。即从技术、施工可靠性、工期、环境、工程造价等方面经多方案比选，决定采用振冲碎石桩处理该地基。

3、施工设备及材料选用

3.1.施工设备

施工设备如下表1所示。

3.2材料的选用

所用碎石粒径4～10cm，最大粒径不得大于15cm，其中4～8cm的含量不低于70%，含泥量小于5%，级配合理，要经检验符合设计的质量要求。

3.3施工条件

现场达到三通一平。施工用电现场设置1000KVA变压器两台，主电缆采用地下埋设；施工用水，现场打水井；环主施工区布置临时施工道路。

4、施工过程

本次地基处理为振冲置换法。振冲碎石桩是指用振动、水冲的方式在软弱地基中成孔后再将碎石挤压入孔中，形成大直径的由碎石所构成的密实桩体。施工中主要是用行走式起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动高压水泵，使高压水喷射，在振冲作用下，将振冲器沉到土中的预定深度，经过清理后，从地面向孔中逐段填入碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到要求的密实度后，提升振冲器，如此重复填料和振密，直至设计要求的标高，从而在地基中形成一根大直径的很密实的桩体。现结合本工程实际要求，详细分述如下。

4.1碎石桩设计

在充分考虑了地质情况后，设计把处理深度确定为11～15m，以使碎石桩的桩端坐落在第○3层细砂层上，并在设计中考虑到振冲处理要穿越粘稠的粉细砂层，且处理深度较深，经过计算确定用75kW大功率振冲器，比一般常用的30kW和55kW的振冲器提高了功率，从而达到挤密范围大，处理效果好，振冲桩桩距大的目的。进而达到桩数量减少，碎石量减少，工期缩短，费用相应降低的目标。

由于振冲碎石桩的设计没有相对固定的计算理论，需要根据现场实际试验不断调整。具体做法是，在正式施工前在拟处理的地基上进行试验，以取得设计所需的技术参数，再根据现场试验取得的资料进行准确设计，并制定相应的施工工艺参数和技术要求。根据结构计算要求，处理后的复合地基承载力标准值必须不小于350kPa，在基坑中央按等边三角形布置打试验桩16根，桩距S=1.5m，桩深11.0m，在制桩完成后1周后，对桩体进行单桩载荷试验和桩间土承载力试验，得到的结果是单桩承载力标准值达到fp，k=1410kPa，桩间土承载力标准值达到fs，k=230kPa，成桩后桩体平均直径为1.1m，由下面公式可计算出设计桩间距S，根据计算对原设计进行桩间距的修正。

考虑到应力扩散，减轻基础边缘土侧向变形，基础外围设两排护桩。

4.2施工程序

电振冲桩施工工艺流程如图1。

④供料系统。主要为碎石料场，为了就近供料，可沿场地设狭长形料场。

（3）试桩。其目的是为了确定制桩深度、密实电流、填料量、各段留振时间、成桩直径等，确保地基处理效果能满足设计要求。

4.4施工工艺

振冲作业可分为五个阶段，现分述如下：

①造孔阶段。吊车吊起振冲器，对准桩位，起动锤头，打开高压水开关，然后向下慢放振冲器。振冲器在水平振动的同时利用其重力及高压水的冲力下开始以0.5～2m/min的贯入速度徐徐贯入地层，水压应控制在0.6kPa。随着振冲器的下沉，粉质粘土及粉砂等随高压水流排除孔外，而后通过排污沟被排污泵抽出场地，进入沉淀池，每隔0.5～1.0m留振10～15s，以确保孔径增大，排除泥质，以防缩颈。造孔过程中振冲器电流不得超过其额定电流值。一旦超过应立即减慢下沉速度或停止甚至上提振冲器，待高压水冲松土层后再继续下降振冲器。最后在设计深度以上0.3～0.5m停止下沉，完成造孔。

②孔阶段。振冲器在孔底留振1～2min后向上缓慢提出，并每提0.5～1m停止留振冲孔10s左右，直至孔口，上下提落1～2次。本阶段目的是清理孔内淤泥和粉砂，要求上返淤泥变稀稠度小于20s，方可进入填料阶段。

③填料阶段。填料方法采用连续填料法，该法是振冲器始终留在孔中，逐渐上拔，石料从孔口连续填入。

④振密阶段。待上返污水变清达到要求后，开始填料振密阶段，水压调至0.2～0.4MPa，水量减小至200kg/min以下，提出振冲器向孔内倒入碎石1.5m3。然后将振冲器下至孔内进行振密，受振冲器水平振动作用，松散的碎石逐渐被振密。同时也有部分碎石被挤入周围土中，使孔径扩大，振冲器受到的侧向约束力不断增大，这样振冲器电流也随之增大。如果振冲电流达不到密实电流要求值，则应提出振冲器，再往孔中倒入碎石继续振密，如此往复直到密实电流值，并稳定在该值上5～10s，这段桩体即振密结束，然后振冲器上提0.3～0.5m，进行上一桩段的振密制作。同时保证密实系数大于等于1.3（即投料入孔料为设计计算量的1.3倍以上）。

⑤成桩阶段。从孔底逐渐填料、振密、直至设计桩顶标高以上，尔后关机，关水，这样一根完整的碎石桩即制作完毕。然后移位进行下一根桩的施工准备。

5、结语

根据本工程的实践，用振冲碎石桩处理地基，能有效地提高地基承载力，使得处理后的地基强度比较均匀，对地基的不均匀沉降也有显著的效果。进一步验证了地基处理方案中振冲碎石桩的设计、施工是成功的，为以后类似工程的地基处理积累了很好的经验，振冲碎石桩作为一种经济、便捷的地基处理方法在工程中的应用也必将越来越多。

参考文献：

[1]黎桂香.碎石桩复合地基承载力计算新探讨[J].广东水利水电，2010，(6)：7–8.

[2]傅少君，王曼.振冲碎石桩地基有限元分析的复合模型研究[J].岩土力学，2008，29(2)：375–380.