地基加固振动水冲法施工质量问题探讨

谢建强

现在地基加固施工经常会使用振动水冲法。振动水冲法简称振冲法,就是利用振动器水冲成孔,在孔内填以砂石骨料,借振冲器的水平及垂直振动振密填料,形成碎石桩体与原地基构成的复合地基,以提高地基的承载力。但在施工过程中容易产生振冲器下沉速度过慢、石料填不下去、振冲电流过大、缩颈、断桩、加密效果差等质量问题。如何采取合理的处理措施是需要探讨的。

1 振冲器下沉速度太慢

1.1 产生原因

产生振冲器下沉速度太慢的主要原因是:被处理的地基土质较硬,下沉阻力大;或者所选用的振冲器功率较小;或者水压力达不到施工要求。

1.2 处理方法

防止振冲器下沉速度太慢的方法主要有以下两种:1)加大压力水的压力,使水压力能冲动被处理的地基;2)根据被处理地基的坚硬程度,选择适宜的大功率振冲器,这是防止振冲器下沉速度太慢的根本措施。

2 振冲电流过大

2.1 产生原因

产生振冲电流过大的主要原因是:在向孔内填料过程中,出现间断填料;或振冲器在上部造成卡壳。

2.2 处理方法

防止振冲电流过大的方法主要有以下三种:1)加大水的压力和转速,慢慢冲开堵塞处;2)每次填料要少;3)采用连续填料的施工工艺。

3 填料困难

3.1 产生原因

产生填料困难的原因很多,主要有以下几种:1)孔口直径太小。有的直径只有10 cm～20 cm,不仅造成填料比较困难,而且降低了桩的强度,影响复合地基承载力。2)一次向孔内加料数量太多,造成孔道堵塞。由于石料规格控制不严,个别石料直径较大,投入孔内后,使振冲器旋转受阻,甚至振冲器被卡。3)地基存在流塑状态的黏性土,造成缩孔堵塞孔道。

3.2 处理方法

1)清孔并将孔口附近土体挖除。2)适当的加大水压力,提升振冲器,打通孔道;在填料过程中,每次填料不宜过多。3)如果地基存在流塑状态的黏性土,应当先抛填黏土,进行护壁,待孔壁稳定后再进行填料。

4 桩体缩颈或断桩

4.1 产生原因

碎石桩由于桩孔回缩,使桩孔直径偏小,导致填料困难,甚至产生断桩现象。1)在软黏土地基中成孔,桩孔孔壁容易回缩或坍塌,出现“大肚子”质量问题,此时填料剧烈增加,致使桩体直径很难达到设计要求。2)振冲器在穿过硬土层时,操作仍与其他土层相同,忽视必要的扩孔工序,必然会出现桩体缩颈或断桩。

4.2 防止方法

1)黏性土地基振冲施工中,未能适当控制水压、电流,填料量不够或桩体密实度欠佳,在软黏土地基施工时,应经常上下提升振冲器进行清孔,如土质特别软,可在振冲器下沉到第一层软弱层时,就在孔中填料,进行初步挤振,将这些填料挤到该软弱层的周围,起到保护孔壁的作用,然后再继续按常规向下进行振冲,直至设计深度。2)如遇到较硬土层时,应将振冲器在硬土层区上下提升,并适当加大水压力进行扩孔处理。

5 加固效果不良

5.1 产生原因

振冲桩加固效果是评价施工质量优劣的主要指标。产生加固效果不良的主要原因有以下三个方面:1)振冲加密砂土时水量不足,未能使砂土达到饱和。2)在振冲时留振时间不够,未能使砂土充分液化。为了单纯追求制桩速度,振冲器留振时间较短,影响桩的加固效果。3)在黏性土地基振冲施工时,未能适当控制水压、电流,填料量不足或桩体密实度欠佳。

5.2 防治方法

1)在砂土地基施工时,应严格控制水量,当振冲器水管供水仍未能使地基达到饱和时,可在孔口另外加水管灌水,也可在加固区预先浸水后再施工。2)振冲挤密砂土时,振冲器应以1 m/min～2 m/min的速度提升至孔口,再以同样的速度下沉至原来的深度。在孔底应稍降低水压并适当降低孔内的泥浆密度,以利填料时石料能较快的下落至孔内。3)填料时,可以分几次或连续填料,视土质情况而定,填料量不应少于一根桩的体积用量,以确保达到设计要求。4)在黏土地基中,其密实电流时一般应超过振冲器空转电流15 A～20 A,每次振实时,均应留振片刻,观察电流稳定情况。

6 振冲碎石桩施工质量控制与检验

6.1 质量控制

1)对水的控制就是控制水压和水量。水压要视土质及其强度而定,强度较低的软土,水压要小些;强度较高的土,水压应大些。水量要充足,使孔内充满水,这样可以防止塌孔,使桩工作顺利进行。但是,水量也不宜过多,过多时宜把填料带出流走,要降低水压,以免破坏桩底以下的土。

2)对电的控制主要是控制密实电流,其规定值应根据现场试验定出。振冲挤密时,一般为电机的空振电流加上25 A～30 A;振冲置换时,一般为电机的空振电流加上35 A～45 A。

3)对料的控制就是要注意加填料不宜过猛,应当采取“少吃多餐”的方法,且每批不宜加得过多。值得注意的是在制作最深处桩体时,为达到规定密实电流所需的填料远比制作其他部分桩体多。有时这部分桩体的填料量可占桩总填料量的1/4～1/3,这由如下原因造成:

开初阶段加的填料有相当一部分从孔口向孔底下落过程中被粘在各深度的孔壁上,只有少量能落到孔底。如果控制不当,压力水有可能造成超深,从而使孔底填料数量剧增。孔底附近遇到了事先不在的局部软弱土层,这也能使填料数量超过正常用量。

6.2 质量检验

1)振冲施工结束后,除砂土地基外,应当间隔一定时间方可进行质量检验。对黏性土地基,间隔时间可取3周～4周;对粉土地基,可取2周～3周。2)振冲桩的施工质量检验可用单桩荷载试验。试验用圆形压板的直径与桩的直径应相等。3)对大型的、重要的或场地复杂的振冲置换工程应进行复合地基的处理效果检验。检验方法宜用单桩复合地基荷载试验或多桩复合地基荷载试验。4)对不加填料的振冲密实法处理的砂土地基,处理效果检验宜用标准贯入、动力触探或其他合适的试验方法。

7 结语

为了提高工程施工质量及保证工程工期,总结出以上振动水冲法施工时出现的质量原因及防止方法,也可作为同行人士在遇到同类型情况时的一个参考。

[1] GBJ 202-83,地基与基础工程施工及验收规范[S].

[2] 马小锋.浅谈软土地基处理方法[J].山西建筑,2008,34(1):121-122.