振动沉管碎石桩机理及常见问题分析

【关键词】振动沉桩碎石桩的机理；效果；常见问题分析及解决方法

　　一、前言

　　振动沉管挤密桩有碎石桩、砂桩、砂石混合桩等，碎石桩是挤密桩处理方法之一，分湿法与干法两种，在软土地基中应用较为广泛。振动沉管碎石桩属于干法碎石桩，对于砂土、粉土等的作用主要为挤密、振密及排水，对粘性土主要为置换、排水。通过振动沉管碎石桩对地基的处理，能减少地基的沉降量、提高复合地基承载力。

　　二、振动沉管碎石桩机理

　　振动沉管碎石桩加固机理：沉管在振动打入过程中对周围土层进行侧向挤密，管内填料振动拔升时，管内碎石在重力作用下落在地基土中形成碎石桩身，通过反插使得碎石桩体直径扩大并达到桩体密实，按一定间距重复施打，又使桩与桩之间的土层密实度得到增加，同时打设的每根碎石挤密桩体，形成一个个良好的竖向排水通道。地基处理后表层通常设置0.5m厚的砂褥层，处理后土体中的水渗出进入竖向排水通道，再进入砂褥层中水平方向排出，有利于砂土、粉土地基中超孔隙水压力的消散，有效地增强土体的抗液化能力，固结过程中，桩体本身及桩间土层承载能力得到提高，碎石挤密桩增强体与砂土、粉土地基等共同承担荷载作用，形成碎石挤密桩复合地基。

　　振动沉管碎石桩作为一种大型桩机，有走管式、步履式、履带式几种，功率有俗称的60、75、90、110、120甚至150型。根据设计要求的桩径、桩长及地质条件选用机型。沉管碎石桩机的施工步骤主要为：(1)移动桩机及塔架，把桩机及桩尖对准桩位；(2)启动振动锤，把桩机沉管下沉到设计的深度；(3)向沉管内投入规定数量的碎石；(4)振动提升时管内石料在重力作用下流入钻孔中；(5)反插沉管，使石料密实并扩大桩径；(6)重复(4)、(5)步骤；(7)成桩结束，桩机移至下个桩位，重复上述步骤，直至施工完成。

　　振动沉管挤密碎石桩具有设备简单、操作方便、成本低、施工快、无污染等特点，在软土地基处理中得到广泛应用。经过碎石桩处理的地基有以下几个方面效果：

　　1、复合地基的承载力得到明显提高。

　　2、与振冲碎石桩（湿法碎石桩）相比，振动沉管碎石桩克服了振冲碎石桩耗水量大和泥浆污染的弊病。

　　3、处理深度较深，有效的减少深层土体的沉降量，处理后的地基整体性较强。

　　三、常见的问题分析及处理

　　但是笔者认为，碎石桩用于地基处理，因其成桩原理、用料等有其特定的缺陷，其桩身是由散体材料组成，材料本身没有粘性强度，桩体的强度主要是靠周围土体的约束和桩身材料的摩擦维持的，在承受上部荷载时，桩体主要受力集中在桩顶附近4倍左右的桩径范围内，作为复合地基承载效果明显,但遇到开挖或埋设管道等,复合地基即遭到破坏,同时对各种不同地质条件的地基，相同的处理方法，得到的地基复合强度不一样。碎石桩处理的效果与地质条件、桩间距、桩直径、桩深度、材料的选用等有密切的关系，因此正式施工前需要对整个处理区域合理选择试桩范围、试桩根数，以取得最合理、最满足设计要求的施工参数。另外在诸多工程实践中如桩身拔管后颈缩，反插后造成断桩、填料量难以下沉、打入困难、桩尖活瓣难以打开等均需在实践中有待改进与加强。

　　因此，在实际施工中对沉管碎石桩的施工工艺需要进行分析,拟定最合理的施工方案,不能准备不充分就贸然施工,否则会造成施工质量达不到设计要求,浪费成本延长工期。

　　以某石化油罐地基处理为例，分析施工中经常出现的问题及处理方法。

　　工程概况简述：油罐基础直径32m～43m，由中心点向外呈放射性布置桩位，桩直径0.6m，桩长19m～22m，采用振动沉管沉桩碎石桩工艺施工，碎石桩总数量共计105000m。处理后的地基承载力特征值fak≥200kPa。检测需提供施工前后的物理力学指标如：空隙比、含水率、内摩擦角、地基承载力特征值及各土层的压缩模量等及施工参数。

　　地质报告简述：

　　①-1素填土：灰黄色，稍密，稍湿，成份以粘性土为主，为人工堆填物，局部含少量块石，粒径在2.0-20.0cm，硬杂质约占20%，经过强夯处理，夯击能量为点夯2000KN.M和3000KN.M，满夯1000KN.M，揭露厚度为1.50～3.50m，夯击停滞时间半年。

　　①-2填砂：松散～稍密，主要由吹填砂而成，含残质贝壳，疏密不匀。场区普遍分布，厚度:3.0～6.0m。工程地质性能差。

　　②淤泥质土：灰色，软塑，饱和，成份由粘、粉粒组成，含腐蚀质，嗅有臭味，厚度:1.00～5.60m。属高压缩该层为饱和软粘土，力学性能差。

　　③中砂：冲洪积成因，该层在新近回填区有分布，饱和，稍密告～中密，含少量粘性土，颗粒级配差，为中压缩性土。厚度1.10～4.50m。力学性能一般。

　　④粉质粘土：灰黄色，可塑～硬塑，湿～饱和，成份以粘粉粒为主，手搓具有少许砂感，粘韧性一般，刀切面较光滑，无摇震反应，干强度中等。揭露厚度为1.50～3.00m。工程地质性能较好。

　　⑤残积砂质粘性土：灰黄色，可塑～硬硬，饱和，母岩为花岗岩，组织结构已全部破坏，矿物成份除石英外均已风化成土状，风化较为均匀，揭露厚度为1.90～8.20m。工程地质性能良好。承载力特征值为240Kpa。

　　⑥全风化花岗岩：灰黄色，岩芯呈散体状，手捏即散，遇水易软化、崩解，组织结构基本破坏，矿物成份已风化成土状。揭露厚度为2.30～9.90m。工程地质性能良好。承载力特征值为300Kpa。

　　经现场查看并对照地质报告，发现该工程施工难度极大，主要表现在以下3个方面：

　　1、原场地经过强夯处理，虽然夯击能量不大，但对于振动沉管碎石桩机而言，沉管难度极大。如果当时设计时给予顺序颠倒，即先进行振动沉管碎石桩施工，而后再表层强夯处理，则碎石桩施工难度降低,整个场地的地基承载力也将大大增加。现在是先强夯后打碎石桩，碎石桩沉桩极为困难,振动施工的全过程也将原强夯处理场地全部振松，强夯处理的硬壳层全部被破坏。