碎石樁施工工法全面解讀
發布日期：2019-11-21
來源：公路工程
碎石樁（gravel pile），是散體樁的一種，以無粘結強度的碎石（卵石）為主要材料，用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石（卵石）擠壓入土孔中，形成大直徑的碎石所構成的密實樁體，由碎石（卵石）樁和樁間土組成的復合地基加固樁。
按其制樁工藝可分為振沖（濕法）碎石樁和干法碎石樁兩大類。采用振動加水沖的制樁工藝制成的碎石樁稱為振沖碎石樁或濕法碎石樁。采用各種無水沖工藝（如干振、振擠、錘擊等）制成的碎石樁統稱為干法碎石樁。當以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。
圖1 碎石樁施工示意圖1
圖2 碎石樁施工示意圖2
振動水沖法是1937年由德國凱勒公司設計制造出的具有現代振沖器雛形的機具，用來擠密砂石地基獲得成功。20世紀(ji)60年(nian)代初(chu)，振(zhen)沖(chong)法開始用(yong)來加固粘(zhan)性(xing)土地(di)基，由于用(yong)料是(shi)碎(sui)石，故稱(cheng)為(wei)碎(sui)石樁(zhuang)。 我國應用振沖法始于1977年。因振沖碎石樁有(you)泥水污染環境，在城(cheng)市和已有(you)建筑(zhu)物地段(duan)的應(ying)用受到限制(zhi)，且有(you)軟化(hua)土的作用。于是從20世紀(ji)80年代開始，各(ge)種不同(tong)的施工工藝相應產生，如錘擊法(fa)、振(zhen)擠法(fa)、干振(zhen)法(fa)、沉(chen)管法(fa)、振(zhen)動氣沖法(fa)、袋裝(zhuang)碎(sui)石法(fa)、強(qiang)夯碎(sui)石樁置換(huan)法(fa)等。 圖3 振動沉管碎石樁施工
圖4 強夯置換碎石樁施工
圖5 碎石樁1
圖6 碎石樁2
所謂軟(ruan)土(tu)地(di)基是指壓(ya)縮(suo)層主要有淤(yu)泥、淤(yu)泥質土(tu)、沖填土(tu)、雜填土(tu)或其他(ta)高壓(ya)縮(suo)性土(tu)層構成(cheng)的地(di)基。軟(ruan)土(tu)地(di)基在(zai)我(wo)國分布十(shi)分廣泛，特別是在(zai)東南沿海一(yi)帶。所以(yi)正確(que)處理軟(ruan)土(tu)地(di)基是目前我(wo)國公路施工中(zhong)的重要一(yi)環。 所謂碎石樁法是指一種在軟弱地基上修筑路堤等構筑物時所用的加固地基的方法，根據地基加固的目的，可分為碎石排水井法與碎石樁法。碎石樁法在缺少級配良好的砂子地區，已經得到普遍應用。加固后的地基土能滿足承載力和變形的要求及抗液化的要求，制成的碎石樁是一個良好的排水通道，可降低今后該地區發生地震時的超孔隙水壓力。因此，碎石樁地基處理方法自引入我國以來，在大量的工業、民用建筑和水利交通工程地基加固方面迅速推廣，取得了良好的的效果。
所(suo)謂振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)沖(chong)(chong)法是振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)水(shui)(shui)沖(chong)(chong)法的(de)簡稱(cheng)。它是以(yi)起(qi)重機(ji)吊起(qi)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)沖(chong)(chong)器(qi)，啟動(dong)(dong)(dong)潛(qian)水(shui)(shui)電機(ji)后帶動(dong)(dong)(dong)偏心塊，使振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)沖(chong)(chong)器(qi)產生高頻振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)，同(tong)時開動(dong)(dong)(dong)水(shui)(shui)泵，使高壓水(shui)(shui)通(tong)過噴射(she)高壓水(shui)(shui)流，在邊(bian)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)邊(bian)沖(chong)(chong)的(de)聯(lian)合作用下(xia)，將振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)沖(chong)(chong)器(qi)沉到(dao)土中的(de)預(yu)定深度，經過清孔(kong)后，就可以(yi)從地面(mian)(mian)向(xiang)孔(kong)中逐漸填入碎石每段(duan)填料均在振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)作用下(xia)被振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)擠密實，達到(dao)所(suo)要求的(de)密實度后提升振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)沖(chong)(chong)器(qi)，如此(ci)重復，填料和振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)密，直(zhi)至地面(mian)(mian)，從而在地基中形成一根大(da)直(zhi)徑的(de)很密實的(de)樁體。從而達到(dao)加固(gu)軟基的(de)效果。
1、 對(dui)粘(zhan)性(xing)土的加固機理(li) 對于(yu)粘性(xing)土(tu)地基(ji)（特別是(shi)飽和(he)軟土(tu)），由于(yu)土(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)粘粒(li)含量多，粒(li)間(jian)結(jie)合力(li)很強，滲透性(xing)低，在(zai)振(zhen)(zhen)動力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作用下(xia)土(tu)中水(shui)不易排走，所以碎(sui)石樁(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)作用不是(shi)使地基(ji)擠密，而是(shi)置換。施工(gong)時通過振(zhen)(zhen)沖器(qi)借助其自重(zhong)，水(shui)平振(zhen)(zhen)動力(li)和(he)高(gao)壓水(shui)將(jiang)粘性(xing)土(tu)變成(cheng)泥漿水(shui)排出孔(kong)(kong)外形成(cheng)略大于(yu)振(zhen)(zhen)沖器(qi)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)孔(kong)(kong)，在(zai)成(cheng)孔(kong)(kong)中灌入碎(sui)石料，并在(zai)振(zhen)(zhen)沖器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)側(ce)向力(li)作用下(xia)，將(jiang)碎(sui)石擠入周圍孔(kong)(kong)中，形成(cheng)具有一(yi)定密實度(du)(du)(du)和(he)直(zhi)徑(jing)大的(de)(de)(de)(de)(de)樁(zhuang)(zhuang)體(ti)(ti)，它與原粘土(tu)構成(cheng)復合地基(ji)而共同工(gong)作。由于(yu)碎(sui)石樁(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度(du)(du)(du)比樁(zhuang)(zhuang)周圍粘性(xing)土(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)剛(gang)度(du)(du)(du)大的(de)(de)(de)(de)(de)多，而地基(ji)中應(ying)(ying)力(li)按材料變形模(mo)量進行(xing)重(zhong)新(xin)分布。因此(ci)，大部分荷載將(jiang)由碎(sui)石樁(zhuang)(zhuang)承擔，樁(zhuang)(zhuang)體(ti)(ti)應(ying)(ying)力(li)和(he)樁(zhuang)(zhuang)間(jian)粘性(xing)土(tu)應(ying)(ying)力(li)之比值(zhi)稱為樁(zhuang)(zhuang)土(tu)應(ying)(ying)力(li)比，一(yi)般為3～5，雖然沒(mei)有提(ti)高(gao)粘性(xing)土(tu)的(de)(de)(de)(de)(de)承載力(li)但整個地基(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)承載力(li)得以提(ti)高(gao)了。 碎石(shi)樁有時也(ye)用來提高土坡(po)的抗(kang)滑能力。這時(shi)樁(zhuang)體的作(zuo)用象一般阻滑(hua)樁(zhuang)那樣是提高土(tu)體的抗(kang)剪強(qiang)度，迫使滑(hua)動(dong)面向(xiang)遠離坡面，向(xiang)深處轉移。
碎(sui)石樁(zhuang)在(zai)砂(sha)土(tu)中(zhong)主要起擠密(mi)作用，主要目的(de)是提高地(di)基(ji)(ji)土(tu)承載(zai)力，減少變形和增加抗液(ye)化性。碎(sui)石樁(zhuang)施工時(shi)使(shi)飽和松(song)散的(de)砂(sha)土(tu)顆粒在(zai)強(qiang)(qiang)烈的(de)高頻(pin)強(qiang)(qiang)迫振動(dong)下重(zhong)新(xin)排列(lie)致密(mi)，且在(zai)振孔(kong)中(zhong)填(tian)入(ru)大(da)量(liang)粗骨(gu)料后(hou)，被強(qiang)(qiang)大(da)的(de)水平振動(dong)力擠入(ru)周(zhou)圍土(tu)中(zhong)，這種強(qiang)(qiang)制擠密(mi)使(shi)砂(sha)土(tu)的(de)相對密(mi)度(du)(du)增加，孔(kong)隙率降低，干土(tu)重(zhong)度(du)(du)和內摩(mo)擦角增大(da)，土(tu)的(de)物(wu)理力學性能改善(shan)，使(shi)地(di)基(ji)(ji)承載(zai)力大(da)幅度(du)(du)提高（一般可提高2～5倍）。另外，由于地(di)基(ji)(ji)寬度(du)(du)顯(xian)著增加，相對密(mi)度(du)(du)也(ye)相應提高，因此抗液(ye)化的(de)性能也(ye)得到(dao)了改善(shan)。 主要(yao)機具是振沖器、吊機或施工專用(yong)平車(che)和水(shui)泵。 目(mu)前主要振沖器有(you)ZCQ-13，ZCQ-30和ZCQ-55三種，其中ZCQ-30是(shi)目(mu)前常用的機具。 施工(gong)現場的(de)三通(tong)一平(ping)是指(zhi)水(shui)通(tong)、電通(tong)、料通(tong)和(he)平(ping)整場地，這是施工(gong)能否(fou)順利(li)進行的(de)重要保證。 水(shui)(shui)通是指(zhi)一方面(mian)要保(bao)證(zheng)供(gong)應施(shi)工中(zhong)(zhong)所需的水(shui)(shui)量，另一方面(mian)也(ye)要把施(shi)工中(zhong)(zhong)產生的泥水(shui)(shui)開(kai)溝引走。壓力水(shui)(shui)由水(shui)(shui)泵送出通過膠管(guan)進入各個振動器的水(shui)(shui)管(guan)。水(shui)(shui)壓需400～600KPa，同時應注意施(shi)工中(zhong)(zhong)應盡量做到水(shui)(shui)的重復使用。 所謂電(dian)通是指施工中需(xu)要有(you)三相和單相兩(liang)種(zhong)電(dian)源。兩(liang)者缺一不可，且(qie)電(dian)壓不能太高(gao)，但(dan)也不能過(guo)低，約(yue)在±20v之間。 料通是指應在加固區(qu)附近設置若干(gan)個堆料場，且(qie)(qie)要(yao)保證運(yun)料線(xian)路(lu)盡可能短且(qie)(qie)暢(chang)通，同時(shi)又不(bu)(bu)干(gan)擾(rao)工(gong)作線(xian)路(lu)。料通還包括要(yao)有(you)足夠多數(shu)量，盡量不(bu)(bu)要(yao)發(fa)生停工(gong)等料現象。 平整場地后，測量地面(mian)高(gao)(gao)程(cheng)，加(jia)固區的高(gao)(gao)程(cheng)宜(yi)為設(she)(she)計(ji)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)頂高(gao)(gao)程(cheng)以上1m。如(ru)果這一高(gao)(gao)程(cheng)低于地下水(shui)位(wei)，需配備降水(shui)設(she)(she)施或(huo)適(shi)當提高(gao)(gao)地面(mian)高(gao)(gao)程(cheng)。最后按(an)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)位(wei)設(she)(she)計(ji)圖(tu)在現場用小(xiao)木樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)標出樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)位(wei)，樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)位(wei)偏差(cha)不得大于3cm。首先將振(zhen)沖(chong)器對準樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)位(wei)，要(yao)求振(zhen)沖(chong)器要(yao)垂直落(luo)下，且不可出現傾(qing)斜現象，否則會偏位(wei)和損壞方向節。對好樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)位(wei)后再次開動水(shui)源，電源檢查(cha)它(ta)們是(shi)否正常(chang)。(ECQ-30振(zhen)沖(chong)器的額定電流為60A，空(kong)載電流為25A。) 一(yi)(yi)切(qie)準備(bei)好(hao)后，開動(dong)振沖(chong)器(qi)(qi)同(tong)時啟動(dong)吊(diao)車，使振沖(chong)器(qi)(qi)下(xia)(xia)降(jiang)，振沖(chong)器(qi)(qi)開孔(kong)后，在孔(kong)口(kou)附近應(ying)擴(kuo)孔(kong)。振沖(chong)器(qi)(qi)下(xia)(xia)降(jiang)成(cheng)孔(kong)過程應(ying)有必要(yao)(yao)的(de)(de)停留振劑固壁(bi)的(de)(de)步驟，同(tong)時在施工(gong)一(yi)(yi)定(ding)要(yao)(yao)控制(zhi)好(hao)下(xia)(xia)降(jiang)速度，一(yi)(yi)般控制(zhi)在1～2m/min左右。成(cheng)孔(kong)水壓要(yao)(yao)保(bao)持在60N/cm2以(yi)(yi)上(shang)，工(gong)作時可(ke)根據要(yao)(yao)求減(jian)小(xiao)水量，但(dan)不得停水，防止泥(ni)砂倒(dao)灌(guan)入水管，然而在接近孔(kong)底標高時水壓適當減(jian)小(xiao)。每(mei)貫(guan)入1m，振沖(chong)器(qi)(qi)要(yao)(yao)提(ti)起懸留振沖(chong)5～8s時間，待(dai)泥(ni)漿(jiang)溢出時再繼續貫(guan)入。泥(ni)漿(jiang)溢出孔(kong)口(kou)流入泥(ni)漿(jiang)池內，用(yong)專(zhuan)用(yong)運輸車及時運走，當振沖(chong)至(zhi)設計樁底標高以(yi)(yi)上(shang)30cm時，將(jiang)振沖(chong)器(qi)(qi)提(ti)到孔(kong)口(kou)，提(ti)升速度2～3m/min，再往下(xia)(xia)沉至(zhi)孔(kong)底，重(zhong)復1～2次。既起到清孔(kong)的(de)(de)作用(yong)又達(da)到擴(kuo)孔(kong)的(de)(de)目的(de)(de)。 在地基成孔后(hou)(hou)，按(an)要求往孔內加填料(liao)(liao)。過(guo)去(qu)有三種(zhong)加料(liao)(liao)方(fang)(fang)式(shi)，第一種(zhong)是把振(zhen)沖(chong)器(qi)提出(chu)孔口(kou)(kou)，往孔內倒(dao)入(ru)約1m堆高的填料(liao)(liao)，然后(hou)(hou)下降振(zhen)沖(chong)器(qi)使填料(liao)(liao)振(zhen)實。而后(hou)(hou)重復進行此操作。第二種(zhong)是振(zhen)沖(chong)器(qi)不提出(chu)孔口(kou)(kou)，只是向(xiang)上提升約1m左(zuo)右(you)，然后(hou)(hou)向(xiang)孔口(kou)(kou)倒(dao)料(liao)(liao)，再下降振(zhen)沖(chong)器(qi)使填料(liao)(liao)振(zhen)實。第三種(zhong)是邊(bian)把振(zhen)沖(chong)器(qi)緩(huan)慢向(xiang)上提升，邊(bian)在孔口(kou)(kou)連續加料(liao)(liao)。就粘性土地基來說，多數采(cai)用第一種(zhong)加料(liao)(liao)方(fang)(fang)式(shi)，因(yin)為后(hou)(hou)兩種(zhong)方(fang)(fang)式(shi)樁體質(zhi)量不易保證。 樁的(de)施工順(shun)序一般(ban)采用“由里內(nei)外”或“一邊推(tui)向另一邊”的(de)方式(shi)，因(yin)這樣有(you)利于擠走部分軟土。如果“由外向里”制(zhi)樁，中(zhong)心(xin)區(qu)的(de)樁很難做(zuo)好。對抗剪強度很低的(de)軟粘(zhan)土地基，為減(jian)少制(zhi)樁時對原土的(de)擾動，宜用間隔跳打的(de)方式(shi)施工。 所(suo)謂(wei)操(cao)作步驟亦指碎(sui)石樁施工過程，它包括成孔、清孔、加料和(he)振密(mi)，步驟如下： 第一步：將振沖器(qi)對準樁位，開(kai)水開(kai)電，檢查水壓、電壓和振沖器(qi)的(de)空載電流值是否(fou)正(zheng)常。 第二步：啟動施(shi)工車或吊機的(de)卷揚(yang)機，使(shi)振動器(qi)以1-2m/min的(de)速度在土(tu)層中下沉(chen)。下沉(chen)時(shi)注意不(bu)要使(shi)電(dian)流值超過電(dian)機額定值。因(yin)為電(dian)流值的(de)變化定性地反映出(chu)土(tu)的(de)強(qiang)度變化。一旦超過，說(shuo)明(ming)土(tu)的(de)強(qiang)度太(tai)大，此(ci)時(shi)必須采(cai)用(yong)相應措施(shi)以使(shi)土(tu)松動，而后(hou)繼續(xu)進行。 第(di)三步：當振(zhen)沖器達到設計加固深(shen)度(du)以上30～50cm，開始將振(zhen)沖器往上提，直(zhi)至孔口。 第(di)四步：重復2、3步驟一至二次。如孔上有(you)泥塊(kuai)堵住(zhu)，應(ying)把它(ta)挖(wa)去。最后(hou)，將振(zhen)沖(chong)器停在設(she)計(ji)加固深度以(yi)上30～50cm處清孔。 第(di)五(wu)步(bu)：清孔一二(er)分鐘后(hou)，往孔內倒0.15～0.5的碎石，然(ran)后(hou)用振(zhen)沖器振(zhen)密實。同時有部分石料擠入孔壁中得(de)以加固。如此重復上述(shu)步(bu)驟，一根樁體也就自下(xia)而上形成了。 另外，在填料過程中做到“連續填料，多填慢震”，經過反復地填料及震沖，使得碎石擠壓密實成樁。在填料震沖時，密實電流應達到50～60A，水壓也應達到60～80N/cm攩2攪，留震時間應大于30s。當振沖器工作時，振沖器電機的電流超過規定值時(50～60)，能自動報警--電鈴發出音響，此時提醒操作者應將振沖器向上提起。振實質量由密實電流控制。施工時應注意做好記錄，既填好制樁統計圖。內容有：樁號、制樁深度、填料量、時間和完成日期。
抓好兩個(ge)控(kong)制(zhi)，一個(ge)管理：施工質量(liang)的(de)控(kong)制(zhi)，施工進度的(de)控(kong)制(zhi)，加強現場施工管理。振沖(chong)碎石(shi)樁的(de)質量(liang)最(zui)主要(yao)的(de)應以樁體充分密(mi)實為原則，它與(yu)成(cheng)孔的(de)進度、填料(liao)(liao)量(liang)、留振時間(jian)密(mi)切(qie)相關，只有在一定(ding)(ding)(ding)的(de)填料(liao)(liao)量(liang)的(de)情況下(xia)，才能(neng)達到一定(ding)(ding)(ding)的(de)密(mi)實電流。也(ye)需要(yao)一定(ding)(ding)(ding)的(de)留振時間(jian)，才能(neng)把填料(liao)(liao)振沖(chong)成(cheng)樁。 要嚴(yan)格把好材料質(zhi)量(liang)關(guan)，所以在選碎石(shi)時(shi)(shi)，應按(an)設計要求選擇碎石(shi)粒(li)徑(jing)，一般選2～4cm的碎石(shi)，并且要級配(pei)適(shi)中，其最(zui)大不(bu)得超(chao)過(guo)5cm，因(yin)為，粒(li)徑(jing)大不(bu)振實(shi)，同時(shi)(shi)對機具不(bu)利。碎石(shi)含(han)泥量(liang)不(bu)得超(chao)過(guo)10%。另外。對每根(gen)樁的填料量(liang)也(ye)要進(jin)行(xing)認(ren)真(zhen)(zhen)的核實(shi)和(he)控制(zhi)。在施(shi)工中應注意在成孔時(shi)(shi)因(yin)出現振沖(chong)器(qi)受到阻礙，電流值(zhi)會突(tu)然上升，現場警鈴不(bu)斷發出響聲(sheng)，遇到這種(zhong)情況，不(bu)要誤認(ren)為是正確的，應進(jin)行(xing)認(ren)真(zhen)(zhen)地分析原(yuan)因(yin)，查明原(yuan)因(yin)后采取相應措施(shi)，同時(shi)(shi)反復振沖(chong)幾次(ci)，直(zhi)到電流表上電流值(zhi)趨于穩(wen)定時(shi)(shi)為止，然后方(fang)可繼(ji)續施(shi)工。 （1）振(zhen)沖器在土層(ceng)深處不(bu)得斷電(dian)停振(zhen)。所以施(shi)工前了解(jie)供電(dian)情況，必要(yao)時(shi)可自備發(fa)電(dian)機。 （2）成孔(kong)困難，振沖器不易沉入(ru)。主要(yao)是水(shui)(shui)壓不夠，應加大(da)水(shui)(shui)壓。上層較硬時水(shui)(shui)壓應增大(da)，下降速度應更慢，水(shui)(shui)壓要(yao)保持6～8kg/cm2，在現場(chang)管路上應裝閥門以調節水(shui)(shui)壓水(shui)(shui)量(liang)。 （3）密(mi)實(shi)電流長期達不到。通常采取(qu)的(de)措施的(de)減小水壓。適(shi)當增加(jia)每次的(de)填料(liao)量。反復振沖幾次，使(shi)其符合密(mi)實(shi)電流值。 （4）施(shi)工現(xian)場四周(zhou)如(ru)有其它原(yuan)有建筑(zhu)物(wu)，施(shi)工時應注意原(yuan)有建筑(zhu)物(wu)是否出現(xian)裂縫或沉陷情(qing)況。
上一條：“一種無連接橋的盾構分體始發施工工法”獲2017年度中國鐵建股份有限公司優秀工法