印尼芝拉扎沉管碎石桩综合技术研究

◎ 曹增强 中国水电基础局有限公司

沉管碎石桩具有作业规范化、程序化和标准化的特点，和传统的施工方式相比工艺更加简单。所以，通过加强对沉管碎石桩技术的综合应用研究，能够提高工程施工效率，减少污染并保证施工质量。

1.沉管碎石装综合技术理论

碎石挤密桩技术在的成桩会利用周围砂土、粉土层挤密、振密作用，将碎石压入提升砂土、粉土层的密实度，满足加固要求。施工中为满足排水需要，专门设置碎石挤密桩增强体，消散砂土、粉土层的孔隙压力，控制地层液化。碎石挤密桩增强体也会和砂土、粉土共同承担荷载作用，形成碎石挤密桩复合土层。

1.1 挤密作用

沉管碎石桩的成桩过程中，桩管会挤向周围涂层，从而对周围的沙土、粉土施加极大的横向挤压力，土层的孔隙在挤压作用下明显减少，并增加密实度。

1.2 排水降压

碎石挤密桩对沙土和粉土加固时会使用碎石、砾石和卵石，这些材料都有较强的过滤性，填充入桩孔内就可以在地基中构成竖向排水降压通道，加快地基的排水速度，避免周围产生过高的孔隙水压，从而避免沙土、粉土出现液化。

1.3 预振效应

成桩过程中振动锤能使填料和地基土在挤密的过程中获得比较强烈的预振效果，也可以避免砂土和粉土液化。

表1 振动沉管碎石桩初拟参数

图1 沉管碎石桩施工工艺流程

2.施工准备

本工程是位于爪哇岛中部的芝拉扎的火电站工程，由于工程地层为粉砂层，很容易出现液化的问题，所以采取了沉管碎石桩地基处理方案，保证地基质量。

2.1 场地和电力供应

该工程的施工平台是在设计区域范围内继续向外扩展5米，确保施工平台的坚实度和平整性，为30-50T履带式行走车提供作业条件。施工中使用柴油发电机供电，满足沉管桩机、供水泵、排污泵和夜间照明的需要。

2.2 施工的设备选择

施工中使用D508型振动沉管机进行碎石桩的施工工作，以满足底层、管径、桩长、桩间距等施工工艺参数要求。桩机的最大功率为185KW，并使用60 0K W柴油发电机作为电源。沉管碎石桩的虚拟参数见表1。

2.3 施工流程

施工先完成供电系统建设、桩位测放和设备进场组装，然后再进行相关施工工作，施工工艺流程见图1所示。

3.造孔施工工艺

造孔施工中依次完成定位、就位调整、套管下沉，并且针对施工中的特殊情况也要做好处理。

3.1 定位

定位工作中测量人员利用轴线控制点确定桩位，做好桩位标示上报给工程师。为确保测量工作的准确，还需要按照桩位要求使用全站仪进行控制放样工作，保证桩位的准确。

3.2 桩套管就位调整

将桩管吊入卡桩钳口，然后将桩管缓慢沉降到桩管底活瓣距离地面10厘米位置后夹紧管桩，利用微调桩机使活瓣对准桩位，然后将桩管向土中沉入0.5-1.0厘米，利用桩的两个正交倾斜面校正桩身的垂直度，控制偏差在1%以下再进行振动。

3.3 特殊情况处理

振桩的过程中，如果发现下沉速度突然降低，可以判断遇到硬土层，此时应该停止下沉并将管桩向上提升0.6-1.0米，然后重新以较快的速度振动使其下沉，从而打穿硬土层保证施工进行。沉桩的过程中也可能会遭遇中密度的细砂、粉砂等硬夹层，如果硬夹层的厚度超过1米，就容易出现长时间难以穿透的情况，而且继续沉降很容易导致桩头和装机损坏，不利于工程施工的质量控制，此时应该组织技术团队和相关人员结合实际情况采取措施。硬层的施工效率比较低，施工非常困难，为此可以采用在桩管管壁的四周设计加工风管、水管的方式，满足加风和加水的要求，加快造孔的速度和提升施工进度。

4.填料和加密方法

4.1 终孔投料

在桩管的灌入量达到了设计高程时就要及时停止振动，假如桩管并不能容纳全部的砂石料，剩余的砂石料可以在管桩提升之后通过振动挤实再进行补充。

4.2 振密

第一次振密的时候要将管桩提升1-2米，提升时自动打开活瓣，使桩管内的砂石料流出；将桩管降落至孔底，振动挤压持续20秒左右，振动过程监视料斗中砂石料的变化，如果发现砂石料没有减少说明活瓣没有打开，为此需要提升桩管，直到桩尖完全打开。之后每次将桩管提升1-2米，反插0.1-1.0米，并留振10秒左右，提升的速度控制在1-3m/min。

4.3 拔出装套管

重复填料和振密两道工序可以使桩管向下振动，完成碎石的补充，使桩体增长，直到将桩套管拔出地面，最终使碎石桩完成转移到下一个桩位。

5.施工中技术控制和分析

5.1 施工技术要求

施工中振动碎石桩桩顶和桩底时，必须严格根据设计图纸控制高程，保证桩位呈正方形布置，桩的中心距、桩径和桩长必须要满足设计要求，测量工作中工程师需要根据桩孔坐标进行精确放样。

5.2 施工中的特殊情况处理

5.2.1 桩身缩颈处理

如果出现桩身缩颈的情况，需要控制拔管速度在0.8-1.5m/min进行拔管，每次拔管0.5-1.0米左右后，原地振动30秒，反复进行上述工序，直到将桩身全部拔出地面。还可以使用反插法克服缩颈，可以对出现缩颈的部位进行局部反插，也可以使用全部反插法，从桩端到柱顶全部进行反插，开始拔管1米，然后再反插到底，之后每次拔管1米再反插0.5米，直到将桩身全部拔出。最后还可以使用复打克服缩颈，使用局部复打时，控制桩身超深1米；使用全复打法，将同轴沉入原深度，并向其中灌入相同的石料。

5.2.2 桩身断桩处理方法

如果出现断桩的情况，就要将填料分批次加入，原则上采取少量多次的方法。每次深度桩体没有达到规定的密实电流就要继续加料，并继续振实。

5.2.3 碎石挤密桩灌料不足

施工过程中需要做好对电力和灌料的控制，必须要控制振密过程中的密实电流，加料不能过猛，采用勤加料的原则，分多个批次进行加料。每个振密段需要控制在50厘米以内，碎石的粒径控制在5厘米，控制含泥量在5%以下。

5.3 施工质量控制方法

5.3.1 桩位偏差

施工中可能会出现桩位偏差的情况，必须在施工中做好监控，并及时纠正偏差。如果由于土质不均导致造孔时向土质更软的一侧偏移，可以采取设备向硬土一边造孔的方式，偏移量可以在施工现场灵活控制。假如由于套管弯曲或者振动器变形造成套管和振动器并不在一条垂线上，则要调直套管和修理振动器。如果在施工结束时发现桩位偏移过大，应该找准桩位重新进行造孔工作。

5.3.2 桩长控制

桩长的控制需要使用钢尺丈量，然后在套管上作出长度标记，一般控制1米为一段，作为操作人员控制套管入土深度的标记。施工时，应该注意地面高程的变化情况，而且要依据地面高程确定造孔的深度。施工中如果发现地面下沉或者有淤积抬高，就需要调整套管的入土深度以保证成桩的长度。

6.结束语

经过研究，发现粉砂层中使用D508沉管桩机仅仅适合使用在孔深小于15米的碎石桩造孔施工，如果孔深超过15米，会出现造孔困难的情况。对于15米以上孔深施工中，应该使用更大功率的沉管桩机。经过施工后的检测，弹性模量、承载力都符合设计要求，证明沉管碎石桩能够提升地基的承载力，并且降低沉降量，也能防止地震液化。