150 kW液压振冲器干法施工在地基加固中的应用

郭双田 赵雪峰

振动水冲法(简称振冲法)引进我国已近二十年,因其技术可靠、造价低廉被广泛应用在水电、石化、交通与民用建筑等领域的工程地基加固中。随着我国城市危旧房改建,房地产开发项目越来越多,振冲法在大量的应用过程中,需要较大的容浆场地,而城区施工一般场地狭小,很难满足这一条件,只能采取密闭罐车拉到郊外的办法,从而增加了工程造价,有时也限制了振冲法的应用。

北京振冲工程股份有限公司从国外引进 150 kW液压振冲器,并在危房改造狭窄场地工程中成功使用了干法施工,取得了良好的效果,使振冲法加固地基在技术及施工上得到补充和发展。

1 150 kW液压振冲器简介

它由振冲器、动力箱、空压机、导管四部分组成。

振冲器头部由液压马达和偏心体两部分组成,偏心体外形直径为 31 cm,通过马达带动偏心体水平振动工作,其最大横向振动力达29 t。

动力箱是振冲器的动力能源,它由柴油引擎和液压系统组成,为振冲器输出工作动力。

空压机作用主要是辅助造孔和加密,使振冲器顺利造孔清孔及辅助填料加密。如果将空压机替换成高压水泵,与 150 kW液压振冲器配套使用,又可以进行湿法作业。

2 干振碎石桩施工工艺及技术要求

150 kW振冲器干法施工加固地基,我们可称其为干振碎石桩法或碎石桩法。干振碎石桩施工可按下列步骤进行[1]：

1)清理平整场地,布置桩位。2)施工机具就位,使振冲器对准桩位。3)开启空压机,启动动力箱,待振冲器运转正常后,使振冲器徐徐沉入土中,直至设计处理深度。4)重复上述步骤 2次 ～3次,进行清空,然后将振冲器提出孔口。5)向孔内倒入 0.3m3～0.5m3石料,下沉振冲器进行振密,此时振冲器压力表油压上升,压力必须超过规定的密实压力,若达不到规定值,应将振冲器提出孔口继续填料振密,记录这一深度最终压力和填料量。6)将振冲器提出孔口,继续制作上部桩段,每次加密段长度为 0.3m～0.5m。7)重复步骤 5),步骤 6),自下而上制桩,至设计要求标高。8)关闭振冲器及空压机。

施工中,采用间断填料,填料可用含泥量不大的碎石、卵石等硬质材料,碎石粒径应为 20mm～40mm,级配好对成桩质量较好。

施工记录内容包括振冲器空载油压、造孔时间、造孔气压、造孔频率、清孔时间、填料时间、加密油压、加密频率、加密气压、填料数量等[2]。

3 150 kW振冲器干法施工处理工程实例

以北京某花园公寓地基干振碎石桩加固为例。

3.1 工程地质概述

拟建工程为 6层框架公寓,场地地层较复杂。地基部分为新近沟塘沉积层,部分为一般第四纪沉积粘性土。所处地层由上至下分述如下：

1)①1层素填土：主要由粉土和粉质粘土组成,含少量炉灰渣、碎砖块等,土质软硬不均,结构差,遇水易软化。2)①2层杂填土：由建筑、生活垃圾组成,底部有薄层淤泥,含朽木等,土质严重不均。3)②1层新近沟塘沉积层：以粘质粉土为主,黑灰色、棕褐色,软塑～可塑,含有机质和螺壳次生姜石等,土质不均,结构性差,夹灰色粉细砂层,松 ～中下。承载力标准值 110 kPa。4)③1层粉质粘土：褐黄色,硬塑～坚硬,含云母,土质均匀,结构性好,层中夹薄层粉质粘土、粘土。承载力标准值 190 kPa。5)③2层粉细砂：褐黄色,密度中上 ～中,颗粒较均匀,偶见砾石。承载力标准值 230 kPa。6)③3层粉质粘土：灰色,可塑 ～硬塑,土质均匀,结构性好,偶含有机质块。承载力标准值 210 kPa。7)③4层砂层：顶部为细砂,其下以中、粗砂为主,中部为薄层砾砂,中、粗砂中含小卵石、密度中上 ～中,该层钻探未有穿透。承载力标准值240 kPa。

场地地下水勘探期间(旱季)埋深3.5m～5.0m,为第四纪潜水,无腐蚀性。

主要地层物理力学性质见表 1。

表1 主要地层物理力学指标

3.2 加固设计

设计要求：地基加固后复合地基承载力标准值达到 250 kPa。施工机具：采用150 kW振冲器干法施工。

布桩方案：柱基内正方形或梅花形布桩。

桩长：穿透①层和②1层土,进入③1层粉质粘土,长度为6.0m。桩径不小于600mm。

3.3 加固效果检测及评价

本次共做两组静载荷试验：碎石桩单桩 1组,桩间土 1组。试验成果p—s关系曲线见图1。

右侧曲线显示载荷试验点为碎石桩,p—s曲线无明显直线段,取相对变形s/b=0.015所对应的应力值为承载力标准值,左侧曲线显示载荷试验点为桩间土,取s/b=0.015所对应的应力值为承载力标准值,取值如表 2所示。

表2 桩及桩间土的承载力标准值 kPa

复合地基承载力标准值计算：

根据《建筑地基处理技术规范》,计算公式为[1]：

其中,fspk为复合地基承载力标准值,kPa;fpk为桩体单位截面积承载力标准值,kPa;fsk为桩间土的承载力标准值;m为面积置换率。

本工程面积置换率m=0.18,根据试验成果,碎石桩fpk= 700 kPa,桩间土fsk=180 kPa,计算复合地基承载力标准值fspk= 273.6 kPa,大于设计要求的承载力。

4 150 kW振冲器干法施工与振冲湿法比较

1)干法施工振挤作用更大。振冲湿法加固粘性土,主要是置换作用,对周围土层密实度没有明显提高。150 kW振冲器干法施工成孔及加密不需用水,主要靠振冲器强烈水平振挤作用,将土粒强迫挤向周围土体形成桩孔,在成孔及加密过程中,基本没有余土带出孔口,因而使周围土体密度增强,孔隙比减少,承载力得到提高。2)处理相同地基面积所需石料不同。通过工程实例比较,处理相同地基面积,达到相同地基承载力要求,干法施工与水冲法比较,耗用石料减少 1/3左右。主要是因为施工工艺不同,周围土体,提高了桩间土的承载力,使填入石料相对减少。3)振冲加密控制标准不同。振冲法施工质量控制标准一般为加密电流、振密段长、填料量等[3],而干法施工一般控制质量标准为加密油压、填料量、振密段长等,每段次的填料量对成桩的均匀性及制桩时间影响较大,一般应控制在每次填 0.3m3～0.5m3石料。

5 结语

150 kW振冲器干式施工方法通过工程应用的成功实践,标志着振冲法地基处理技术的发展更新。它以节约资源、无污染等特点代表了地基处理的发展方向。随着施工工艺的不断完善、施工机具的不断改进,作为振动水冲法的补充,将为地基处理工程建设带来一定的社会效益和经济效益。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基处理技术规范[S].

[2] GB 50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[3] DL/T 5214-2005,水电水利工程振冲法地基处理技术规范[S].