振动沉管碎石桩在处理软土地基中的应用

郑成果 张全乐

摘要：结合工程实际，介绍了振动沉管碎石桩加固地基机理，并对采用振动沉管碎石桩处理后的复合地基进行静载荷试验、桩体重型动力触探试验和桩间土标准贯入试验，通过对试验结果进行分析，说明该方法加固效果良好，有一定的实用和推广价值，可为类似工程提供借鉴。

关键词：振动沉管碎石桩；静载荷试验；重型动力触探试验；标准贯入试验

1引言

振動沉管碎石桩是一种新的软土地基的处理方法，该施工方法具有施工简单，便于操作、费用低、施工速度快等优点，近年来在国内得到了广泛应用。

本文结合工程实际，介绍了振动沉管碎石桩加固地基机理及施工原理，并用实测数据分析了其地基处理效果，说明该方法具有一定的实用价值，值得研究推广。

2振动沉管碎石桩加固地基机理

在振动桩机的振动作用下，把沉管打入设计深度，然后向桩管投入碎石，边提升沉管边振动、反插，将碎石振动挤密成桩，桩和桩间土形成复合地基。

振动沉管碎石桩加固机理主要表现在以下三个方面[1]：

（1）挤密作用：在成桩过程中，桩管对周围土体产生很大的横向挤压力，桩管体积的的土挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙减小，密实度增大。

（2）排水固结作用：桩孔内所填充的透水性良好的粗粒料（碎石）在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，加快地基的排水固结。

（3）置换及复合作用：成桩后，碎石桩与桩间土体组成复合地基，对于穿过软土层的碎石桩，桩端直接作用于下部坚硬土层，将部分上层荷载直接向下传递。

3振动沉管碎石桩施工原理

振动沉管碎石桩的施工机械主要是由机架、振锤及桩管组成，桩管的下部为平底活门活瓣桩尖，桩管的上部设有进料口及进料斗。由于振锤的振动作用，使桩管沉入地基土中设计深度位置，然后稍向上提桩管，使桩管下端的活瓣桩尖打开，停止振动从进料口向管内装入碎粒径为5-50mm的碎石，直至灌满为止，然后启动振锤沉管下压，并留振30s。桩底形成后，依次提管投料，振动成桩，最后形成直径为600mm左右的碎石桩体，由碎石桩体和桩间土形成复合地基。

4工程概况及工程地质条件

4.1工程概况

某电厂循钢管排水沟地基处理采用振动沉管碎石桩加固处理，桩径600mm，桩距1.2米，有效桩长13米，设计要求地基加固处理后的复合地基承载力特征值不小于115KPa。

4.2工程地质条件

工程场地内河、塘、沟、渠纵横交错，水系发育，地貌单元主要属河漫滩，地表广泛分布鱼塘和藕地，浅表层地基土软弱，工程性质较差。根据勘察报告，工程范围内土层自上而下分为：

（1）层①素填土（Q4s）：主要由褐色、黄褐色粉质粘土组成，结构松散～稍密。

（2）层②粉质粘土（Q4al）：黄褐色、灰黄色，很湿，可塑～软塑，下部一般呈过渡状态而为软塑。

（3）层③淤泥质粉质黏土（Q4al+l）：灰褐色、褐灰色，等级中，饱和，流塑，局部软塑。

（4）层④粉土夹粉质黏土（Q4al）：粉土为灰色，褐灰色，等级中-重，很湿，稍密；粉质黏土为灰色，褐灰色，等级中，饱和，软塑～流塑。

（5）层⑦粉砂夹粉土（Q4al）：粉砂为褐灰色、灰色，饱和，稍密；粉土为褐灰色，等级中，很湿，稍密。

（6）层⑧粉、细砂（Q4al）：褐灰色，灰色，饱和，中密。

（7）层⑨粉、细砂夹粉质黏土（Q4al）：粉、细砂为灰色，饱和，稍密；粉质黏土为褐灰色，等级中，很湿，软塑。

（8）层⑩粉、细砂（Q4al）：褐灰色，青灰色，饱和，中密。

5地基加固处理效果

在振动沉管碎石桩施工竣工28天后，业主委托检测公司对其工程进行复合地基静载荷试验、桩体重型动力触探、桩间土标准贯入试验，检测试验结果分析如下：

5.1静载试验

按《电力工程地基处理技术规程》[2]（DL/T5204-2005）附录有关规定，本工程采用单桩复合地基静载试验，选用1200×1000mm的方形刚性承压板，采用慢速维持荷载法。检测结果见表1。

本次检测共布设10个单桩复合地基静载试验点，10根桩的单桩复合地基承载力特征值的平均值为117.0kPa，极差为7.3kPa，小于平均值的30%（35.1kPa），取其平均值为复合地基承载力特征值。即该场地单桩复合地基承载力特征值为117kPa，满足结构设计地基加固处理后复合地基承载力特征值115kPa的要求。

5.2重型动力触探试验

重型动力触探试验共进行24个点，连续贯入并详细记录，碎石桩的密实度如下：0～1.1m，锤击数一般为5-10击，平均值小于10击，密实度为稍密。1.2～3.2m，锤击数一般为10-15击，密实度为中密。3.3m以下锤击数大于15击密实度为密实。从检验的结果可得，桩体的密实度达到中密～密实状态，符合设计要求。

5.3标准贯入试验

标准贯入试验在碎石桩的桩间土中进行，标贯孔号采用紧邻碎石桩的编号，标贯孔共计44个，取扰动土样396件进行室内土工试验。

根据标准贯入试验及土工试验标准，按国家标准《建筑抗震设计规范》[3]（GB50011-2010）进行液化判别。

通过44个标准贯入试验孔的液化判别，经碎石桩地基处理过的地基均不存在地基液化效应。

6结论

本工程采用的振动沉管碎石桩复合地基，经检测满足设计要求，说明此方法在同类地基土中具有一定的推广价值。

参考文献：

[1] 于洪亭.振动沉管碎石桩在公路软土路基中的应用[J]. 商品与质量学术观察，2011（11），48.

[2] 中华人民共和国电力行业标准.DL/T5204-2005《电力工程地基处理技术规程》[S].北京：中国电力出版社，2005.

[3] 中华人民共和国国家标准。GB50011-20100《建筑抗震设计规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.