郭雙田 趙雪峰

振動(dòng)水沖法(簡(jiǎn)稱振沖法)引進(jìn)我國(guó)已近二十年,因其技術(shù)可靠、造價(jià)低廉被廣泛應(yīng)用在水電、石化、交通與民用建筑等領(lǐng)域的工程地基加固中。隨著我國(guó)城市危舊房改建,房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目越來(lái)越多,振沖法在大量的應(yīng)用過(guò)程中,需要較大的容漿場(chǎng)地,而城區(qū)施工一般場(chǎng)地狹小,很難滿足這一條件,只能采取密閉罐車?yán)浇纪獾霓k法,從而增加了工程造價(jià),有時(shí)也限制了振沖法的應(yīng)用。

北京振沖工程股份有限公司從國(guó)外引進(jìn) 150 kW液壓振沖器,并在危房改造狹窄場(chǎng)地工程中成功使用了干法施工,取得了良好的效果,使振沖法加固地基在技術(shù)及施工上得到補(bǔ)充和發(fā)展。

1 150 kW液壓振沖器簡(jiǎn)介

它由振沖器、動(dòng)力箱、空壓機(jī)、導(dǎo)管四部分組成。

振沖器頭部由液壓馬達(dá)和偏心體兩部分組成,偏心體外形直徑為 31 cm,通過(guò)馬達(dá)帶動(dòng)偏心體水平振動(dòng)工作,其最大橫向振動(dòng)力達(dá)29 t。

動(dòng)力箱是振沖器的動(dòng)力能源,它由柴油引擎和液壓系統(tǒng)組成,為振沖器輸出工作動(dòng)力。

空壓機(jī)作用主要是輔助造孔和加密,使振沖器順利造孔清孔及輔助填料加密。如果將空壓機(jī)替換成高壓水泵,與 150 kW液壓振沖器配套使用,又可以進(jìn)行濕法作業(yè)。

2 干振碎石樁施工工藝及技術(shù)要求

150 kW振沖器干法施工加固地基,我們可稱其為干振碎石樁法或碎石樁法。干振碎石樁施工可按下列步驟進(jìn)行[1]：

1)清理平整場(chǎng)地,布置樁位。2)施工機(jī)具就位,使振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位。3)開(kāi)啟空壓機(jī),啟動(dòng)動(dòng)力箱,待振沖器運(yùn)轉(zhuǎn)正常后,使振沖器徐徐沉入土中,直至設(shè)計(jì)處理深度。4)重復(fù)上述步驟 2次 ～3次,進(jìn)行清空,然后將振沖器提出孔口。5)向孔內(nèi)倒入 0.3m3～0.5m3石料,下沉振沖器進(jìn)行振密,此時(shí)振沖器壓力表油壓上升,壓力必須超過(guò)規(guī)定的密實(shí)壓力,若達(dá)不到規(guī)定值,應(yīng)將振沖器提出孔口繼續(xù)填料振密,記錄這一深度最終壓力和填料量。6)將振沖器提出孔口,繼續(xù)制作上部樁段,每次加密段長(zhǎng)度為 0.3m～0.5m。7)重復(fù)步驟 5),步驟 6),自下而上制樁,至設(shè)計(jì)要求標(biāo)高。8)關(guān)閉振沖器及空壓機(jī)。

施工中,采用間斷填料,填料可用含泥量不大的碎石、卵石等硬質(zhì)材料,碎石粒徑應(yīng)為 20mm～40mm,級(jí)配好對(duì)成樁質(zhì)量較好。

施工記錄內(nèi)容包括振沖器空載油壓、造孔時(shí)間、造孔氣壓、造孔頻率、清孔時(shí)間、填料時(shí)間、加密油壓、加密頻率、加密氣壓、填料數(shù)量等[2]。

3 150 kW振沖器干法施工處理工程實(shí)例

以北京某花園公寓地基干振碎石樁加固為例。

3.1 工程地質(zhì)概述

擬建工程為 6層框架公寓,場(chǎng)地地層較復(fù)雜。地基部分為新近溝塘沉積層,部分為一般第四紀(jì)沉積粘性土。所處地層由上至下分述如下：

1)①1層素填土：主要由粉土和粉質(zhì)粘土組成,含少量爐灰渣、碎磚塊等,土質(zhì)軟硬不均,結(jié)構(gòu)差,遇水易軟化。2)①2層雜填土：由建筑、生活垃圾組成,底部有薄層淤泥,含朽木等,土質(zhì)嚴(yán)重不均。3)②1層新近溝塘沉積層：以粘質(zhì)粉土為主,黑灰色、棕褐色,軟塑～可塑,含有機(jī)質(zhì)和螺殼次生姜石等,土質(zhì)不均,結(jié)構(gòu)性差,夾灰色粉細(xì)砂層,松 ～中下。承載力標(biāo)準(zhǔn)值 110 kPa。4)③1層粉質(zhì)粘土：褐黃色,硬塑～堅(jiān)硬,含云母,土質(zhì)均勻,結(jié)構(gòu)性好,層中夾薄層粉質(zhì)粘土、粘土。承載力標(biāo)準(zhǔn)值 190 kPa。5)③2層粉細(xì)砂：褐黃色,密度中上 ～中,顆粒較均勻,偶見(jiàn)礫石。承載力標(biāo)準(zhǔn)值 230 kPa。6)③3層粉質(zhì)粘土：灰色,可塑 ～硬塑,土質(zhì)均勻,結(jié)構(gòu)性好,偶含有機(jī)質(zhì)塊。承載力標(biāo)準(zhǔn)值 210 kPa。7)③4層砂層：頂部為細(xì)砂,其下以中、粗砂為主,中部為薄層礫砂,中、粗砂中含小卵石、密度中上 ～中,該層鉆探未有穿透。承載力標(biāo)準(zhǔn)值240 kPa。

場(chǎng)地地下水勘探期間(旱季)埋深3.5m～5.0m,為第四紀(jì)潛水,無(wú)腐蝕性。

主要地層物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表 1。

表1 主要地層物理力學(xué)指標(biāo)

3.2 加固設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求：地基加固后復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到 250 kPa。施工機(jī)具：采用150 kW振沖器干法施工。

布樁方案：柱基內(nèi)正方形或梅花形布樁。

樁長(zhǎng)：穿透①層和②1層土,進(jìn)入③1層粉質(zhì)粘土,長(zhǎng)度為6.0m。樁徑不小于600mm。

3.3 加固效果檢測(cè)及評(píng)價(jià)

本次共做兩組靜載荷試驗(yàn)：碎石樁單樁 1組,樁間土 1組。試驗(yàn)成果p—s關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

右側(cè)曲線顯示載荷試驗(yàn)點(diǎn)為碎石樁,p—s曲線無(wú)明顯直線段,取相對(duì)變形s/b=0.015所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為承載力標(biāo)準(zhǔn)值,左側(cè)曲線顯示載荷試驗(yàn)點(diǎn)為樁間土,取s/b=0.015所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為承載力標(biāo)準(zhǔn)值,取值如表 2所示。

表2 樁及樁間土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kPa

復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算：

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》,計(jì)算公式為[1]：

其中,fspk為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;fpk為樁體單位截面積承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;fsk為樁間土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值;m為面積置換率。

本工程面積置換率m=0.18,根據(jù)試驗(yàn)成果,碎石樁fpk= 700 kPa,樁間土fsk=180 kPa,計(jì)算復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fspk= 273.6 kPa,大于設(shè)計(jì)要求的承載力。

4 150 kW振沖器干法施工與振沖濕法比較

1)干法施工振擠作用更大。振沖濕法加固粘性土,主要是置換作用,對(duì)周圍土層密實(shí)度沒(méi)有明顯提高。150 kW振沖器干法施工成孔及加密不需用水,主要靠振沖器強(qiáng)烈水平振擠作用,將土粒強(qiáng)迫擠向周圍土體形成樁孔,在成孔及加密過(guò)程中,基本沒(méi)有余土帶出孔口,因而使周圍土體密度增強(qiáng),孔隙比減少,承載力得到提高。2)處理相同地基面積所需石料不同。通過(guò)工程實(shí)例比較,處理相同地基面積,達(dá)到相同地基承載力要求,干法施工與水沖法比較,耗用石料減少 1/3左右。主要是因?yàn)槭┕すに嚥煌?周圍土體,提高了樁間土的承載力,使填入石料相對(duì)減少。3)振沖加密控制標(biāo)準(zhǔn)不同。振沖法施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)一般為加密電流、振密段長(zhǎng)、填料量等[3],而干法施工一般控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為加密油壓、填料量、振密段長(zhǎng)等,每段次的填料量對(duì)成樁的均勻性及制樁時(shí)間影響較大,一般應(yīng)控制在每次填 0.3m3～0.5m3石料。

5 結(jié)語(yǔ)

150 kW振沖器干式施工方法通過(guò)工程應(yīng)用的成功實(shí)踐,標(biāo)志著振沖法地基處理技術(shù)的發(fā)展更新。它以節(jié)約資源、無(wú)污染等特點(diǎn)代表了地基處理的發(fā)展方向。隨著施工工藝的不斷完善、施工機(jī)具的不斷改進(jìn),作為振動(dòng)水沖法的補(bǔ)充,將為地基處理工程建設(shè)帶來(lái)一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50202-2002,建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] DL/T 5214-2005,水電水利工程振沖法地基處理技術(shù)規(guī)范[S].