振动沉管砂石桩地基处理施工工法-福建住房和城乡建设网
时间：2020-08-27 08:15:17 来源：天一资源网 本文已影响 人 
振动沉管砂石桩地基处理施工工法
工法编号：RJGF（闽）-38-2010
完成单位：福建三建工程有限公司
福建成森建设集团有限公司
主要完成人：徐洪 张凤姑 郑礼旺 林义民
1 前 言
砂石桩为砂桩、砾卵石（砾石）桩、碎石桩的统称，是一种简单、经济、有效的地基处理方法。振动沉管砂石桩地基处理工法是利用桩机施工机械设备，将人工级配的砂石料或合格的天然级配砂石料按一定比例拌合，经振动沉拔管后形成砂石桩。其与桩间土共同作用形成复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉降、降低液化等级等加固目的。
2 特 点
2.0.1 砂石桩结合了砂桩密实度好与石桩承载力高的优点，具有挤密、置换和排水固结的作用。
2.0.2 本工法与强夯法相比，噪音小，振动影响范围较小。
2.0.3 砂石资源丰富，可就地取材，施工成本低，可节约钢材、水泥等。
2.0.4 施工工艺简单，易于保证质量，缩短工期，降低工程造价。
3 适用范围
该工法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基；适用于由饱和粉土、粉砂土构成的可液化地基。对变形控制要求不严的饱和粘土地基工程对变形控制要求的饱和粘土地基工程
图5.1-1 施工工艺流程
图5.1-2 施工工艺流程
(a)桩尖对准桩位；(b)沉管至设计标高；(c)灌注砂石料；(d)振动拔管，张开活瓣下料；(e)拔管到一定高度向下反插并留振；(f) 向上振动拔管；(g)拔管至地表
5.2 操作要点
5.2.1 施工准备
1 组织人员、材料、机械设备进场。桩机进场后进行编号、组装及验收，对桩管刻度、上料斗及装载机装料斗体积进行标定。桩尖一般选用4块活瓣组成的扩大头圆锥形桩尖，其密封性及开启角度应符合要求。（打桩机及桩靴见图5.2.1-1）
图5.2.1-1 打桩机及桩靴
(a)振动打桩机 (b)活瓣桩靴
1-桩机机架；2-减振器；3-振动器；4-钢套管；5-活瓣桩尖；6-装砂石下料斗；7-机座；8-活门开启限位装置；9-锁轴
2 布桩图。根据工程地质条件、设计图纸及试桩实验确定桩的直径、桩的长度、桩的平面布置形式和桩距等。
桩平面布置可按照三角形（梅花状，见图5.2.1-2a）、正方形（见图5.2.1-2b）或矩形（见图5.2.1-2c）进行布设。沿建筑物轴线外围应过布设1～3排。
图5.2.1-2a 图5.2.1-2b 图5.2.1-2c
3 确定施工顺序。在砂性土地基中，施工顺序应从外围或两侧向中间进行，以挤密为主的砂石桩，布桩间距较小时宜隔行施工（见图5.2.1-3a）；在软粘土地基中，砂石桩宜从中间向外围或隔行施工（见图5.2.1-3b）。临近建筑物的施工区域，应背离建筑物方向进行（见图5.2.1-3c）；在路堤或岸坡上施工，应背离岸边或向坡顶方向进行（见图5.2.1-3c）。
图5.2.1-3a 图5.2.1-3b 图5.2.1-3c
5.2.2 测量放线
根据工程测量控制点、设计图纸及布桩图对现场进行放样。用木桩标记控制点，用白灰标出控制线并点出桩位。
5.2.3 桩管就位闭合桩靴
桩架就位后，应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直。垂直度偏差不应大于15％成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm
S= （5.2.5-1）
式中：S — 填砂石量(kN)；
A — 为砂石桩的截面积(m2)；
l — 砂石桩桩长(m)；
ds — 砂石桩的相对密度；
e—地基挤密后要求达到的孔隙比；
ω—砂石料的含水量(％ )。
2 将每米及每增加1米砂石桩所需的计算灌料量表贴在每台桩机上，保证砂石桩的设计桩长和密实度。
3 一次上足或分次投料，亦可超量投砂石。当桩管全部拔出地面时，仍剩余一些砂石料，一般大于300㎜。因成桩过程中不停地振动，导致桩顶余料多为碎石。为保证施工质量，可人工添加砂料与桩顶碎石振捣均匀。
4 在施工过程中，如果遇到实际灌砂石量远大于计算砂石量还不能成桩，应立即停止施工，避免原材料浪费。查看地勘报告并分析原因，如地下是否存在化粪池等构筑物。
5.2.6 拔管至地表
拔管前桩管必须灌满砂石混合料，填料不足时应向管内添足。先留振1min后再打开活瓣桩尖提升桩管，避免引起短桩。桩管拔起时速度不能过快，通常的拔管速度为2m/min。
1 一次拔管法是按规定控制拔管速度，边振动边拔管，不留振不反插，直至整根桩管被拔出至地表。
2 逐次拔管法是每拔管至一定高度，停止拔管并留振数秒，直至整根桩管被拔出至地表。通常每拔管1.0m～2.0m留振 10s。
3 重复拔插管法是每拔管至一定高度，按规定向下反插并停振数秒，重复拔插管直至整根桩管被拔出至地表。通常每拔管1.5m～2.0m反插0.5m并留振 10s。
5.3 劳动力组织
根据工程量、工程进度要求等情况安排。桩机操作工人、装载机操作工属特种作业人员，必须按规定持证上岗。现以每台桩机施工所需为例，劳动力组织情况见表6.3。
表6.3 劳动力组织情况表
序号 工种 所需人数 1 桩机操作工 1 2 上料工 1 3 装载机操作工 1 4 辅助工 1 6 材料与设备
6.1 材 料
6.1.1 材料要求
1 砂：中粗砂或中、粗混合砂，含泥量不大于3%。含水量要求在饱和土中施工时采用饱和状态；非饱和土中施工时，含水率为7-9%。有机质含量应符合相关规定。
2 石：级配良好的碎石、砾石、卵石等，粒径一般不大于50mm，含泥量不大于3%，有机质含量应符合相关规定。
6.2 设 备
6.2.1 主要施工机具设备
?1 振动打桩机见表6.2.1。
表6.2.1 国产常用振动打桩机
振动打桩机 型号、名称 技术性能 适用桩孔直径（㎝） 最大桩孔深（m） 70-80振动打桩机 激振力70-80（KN） 22-27 5-6 100-150振动打桩机 激振力7100-150（KN） 27-33 6-7 150-200振动打桩机 激振力150-200（KN） 33-40 7-8 ZJ40 激振力230-260（KN） 35-40 18 ZJ60 激振力280-345（KN） 40-50 25 DZ25 激振力550（KN） 40-50 25 2? 其它主要施工机具设备：全站仪、水准仪、装载机、电焊机和水泵等。
7 质量控制
7.1 质量控制标准
7.1.1 符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）等相关技术规范的规定。
7.1.2 符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）等相关验收规范的规定。
7.1.3 在工程施工过程中的质量控制应参照企业标准的规定。
7.2 质量保证措施
7.2.1 砂石规格、含泥量、有机质含量等应符合相关规定。
7.2.2 桩机进场组装完成后，应通知各相关方对桩机进行验收，并对桩管刻度和上料斗体积进行标定。
7.2.3 砂石桩大面积施工前，应选择具有代表性的区域进行试打桩，以验证设计参数的性mm ≤50 用钢尺量 4 砂石桩标高 mm ±150 水准仪 5 垂直度 % ≤1.5 经纬仪检查桩管垂直度 7.2.9 质量检测
1 施工结束后应选取有代表性的地段做地基强度或地基承载力检验。除砂土地基外，应间隔一定时间后方可进行质量检验。对砂土和杂填土地基，不宜少于7d。
? 砂石桩的施工质量检验可采用桩载荷试验，对桩体可采用动力触探试验检测，对桩土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法进行检测。桩间土质量的检测位置应在等边三角形或正方形的中心。检测数量不应少于桩孔总数的2%。拖鞋、硬底鞋、高跟鞋
10.0.2 减少沉降量
砂石料按一定比例混合，在振动施工过程中，石与石之间的缝隙被砂所填充，形成密实的砂石桩。周围土体经振动和挤压后被挤密。砂石桩与桩间土形成密实的复合地基，沉降量小于天然地基。
10.0.3 降低液化等级
砂石桩用于处理可液化地基的有效性，已为国内外不少实际地震和试验研究成果所证实。同时地震产生的液化也会受到砂石桩的制约。
10.0.4 缩短工期，降低造价
砂石资源丰富，可就地取材，施工成本低，可节约钢材、水泥。施工工艺简单，有利于缩短工期，降低工程造价。
10.0.5 施工噪声小，振动较小
砂石桩施工时，与强夯法相比，施工噪声小。振动成桩过程中产生的震动波主要为纵波，向下传递，横波较小，影响范围一般距震中（即桩中心）10米左右。因此，振动沉管砂石桩施工工艺可用于临近村庄、居民区域以及建构筑物工程的地基加固处理。
11 应用实例
本工法成功地应用于厦门“金桥”卷烟厂技术改造地面硬化处理工程，厦门电力进岛第一通道软基处理工程和厦门金科宇航发动机维修地基处理工程等，工程质量满足规范和合同要求。现以厦门“金桥”卷烟厂技术改造地面硬化处理工程联合工房为实例。
11.0.1 工程概况
厦门“金桥”卷烟厂技术改造地面硬化处理工程位于厦门市海沧区新阳镇祥露村。联合工房建筑面积为97990m2，结构形式为钢砼框架结构，部分为网架和钢架结构。工程地质土层情况从上而下为：①人工填土0.4～10.20 m；②耕植土层0.2～2.7 m；③粘土层0.2～3.1 m；④淤泥层0.4～4.9 m；⑤粘土层0.6～1.7 m；⑥粉质粘土层0.6～6.7 m；⑦含泥中砂层0.4～7.6 m；⑧粘土层0.5～3.5 m；⑨含泥砂层0.5～7.9m；⑩花钢岩层0.4～13.6 m。新堆填人工填土主要为素填土，由粘性土组成，未经压实，未完成固结。因场地紧邻居民区，上部的回填土无法采用强夯的处理方式，而已回填的土已不可能再分层碾压。根据现场实际情况、工程地质条件以及荷载要求, 经研究决定本工程采用振动沉管砂石桩法对联合工房、食堂、香精香料调制中心、动力中心、废料中转站、叉车充电间共六个单体工程进行地面硬化处理。经处理后的复合地基承载力应满足以下要求：（1）车间部分：P（试压荷载）=6吨/米，P0（使用荷载）=3吨/米，E（压缩模量）≥5Mpa；（2）成品高架库部分：P（试压荷载）=10吨/米，P0（使用荷载）=8吨/米，E（压缩模量）≥7Mpa。（3）辅料高架库部分：P（试压荷载）=13吨/米，P0（使用荷载）=12.5吨/米，E（压缩模量）≥7Mpa。
11.0.2 施工过程
本工程砂石桩砂石比例为3：7，桩径为500mm，桩间距为1250mm 、1500mm和1800mm，采用正方形布设。本工程于2008年11月18日在试验1区进行试打桩，并根据试验情况确定施工参数。施工过程中桩长以电流控制为主，设计桩长及地勘报告为辅。充盈系数保证在1以上，控制在1-1.05之间。严格按照设计布桩图、施工方案、施工工艺标准及施工质量验收规范等进行施工和质量控制。本工程于2008年11月22日开始打桩，至2009年4月9日全部施工完成，并于2009年4月22日通过竣工验收。六个单体砂石桩工程量共计25814根，有效桩长共计198365.49米。
11.0.3 工程评价
1 复合地基竖向抗压静载试验检测结果
本工程静载试验采用三点复合地基进行浅层平板荷栽试验。承压板为正方形，边长为1500 mm和1500 mm，压板位置位于需进行静载试验的砂石桩正方形中心。试验加荷方式为慢速维持荷载法。A区单桩符合地基承载力特征值取30 kPa和80 kPa，对应的特征值（地基土变形模量E0）为4.9～35.6MPa。B区单桩符合地基承载力特征值取125 kPa、30kPa和80 kPa，对应的特征值（地基土变形模量E0）为3.7～42.7MPa。检测结果符合设计和规范要求。
2 桩间土检测效果及地基处理结果评价
经处理后的桩间土，人工填土其天然含水量和空隙比有所减小，天然重度有所增大，压缩模量、标准贯入实验锤击数、重型圆锥动力触探实验锤击数均有所增大。淤泥质粘土的天然含水量有所减小，压缩摸量和标准贯入试验锤击数均有所增大。
3 地下水腐蚀性判定
为了评价地基处理后场地地下水对建筑材料的腐蚀性，本次检测采用分层止水的方法采取了3件潜水试样和三件砂层水下试样，进行了室内水质分析。根据勘察结果，建筑场地环境类型为2类，场地内地层属强透水性地层。根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001中有关标准判定：场地潜水按2类环境类型，强透水层评价，对混凝土结构具有弱腐蚀性；场地潜水在长期浸水条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，干湿交替条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性，场地潜水对钢结构具有中等腐蚀性。
4 本工程采用振动砂石桩法进行地基加固，结合了砂桩密实度好与石桩承载力高的优点，不仅缩短了工期，节约了工程成本，还提高了地基承载力和减少地基沉降量。本工法已被广泛应用于国内外地基处理工程中，并取得了良好的社会效益和经济效益。
施工准备
逐次拔管
一次拔管
重复拔插管
桩
管
就
位
闭
合
桩
靴
沉
管
至
设计
深
度
向
桩管
内灌砂
测量放线
振拔桩管
振拔桩管至一定高度
拔管至规定高度按规定反插留振
停拔留振
若干秒
反复拔插管并留振
至地表
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