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振动沉管碎石桩在处理软土地基中的应用

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 
  振动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.

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