吹填场地振冲碎石桩强夯地基施工工法 - 福建建设信息网

'吹填场地振冲碎石桩强夯地基施工工法工法编号：RJGF（闽）-35-2010完成单位：福建省第五建筑工程公司福建成森建设集团有限公司主要完成人：戴安乐庄以强刘清才李玉富陈锦标苏振渊1前言1.0.1我国沿海海岸线长，港口众多，多数码头场区是围海吹填形成的。由于围海吹填的场地中普遍存在厚度大的软弱土层，这种土层具有密实性差、承载力低、液化深度大、液化等级高等弱点，建造建(构)筑物时，地基处理工程量大，处理方法的正确与否对工程的质量、工期、造价影响很大。1.0.2为了提高地基的承载力，减小沉降量，同时消除液化，我司在福建泰山石化仓储有限公司一期、二期、三期油罐基础施工中，针对大面积吹填场地的特点，先采用振冲碎石桩加固地基，间隔一段时间后，采用重锤进行强夯处理。采用这一技术形成的复合地基，其承载力显著提高，沉降量大幅度降低，消除了砂土的液化，取得了良好的经济效益和社会效益。通过总结施工经验，形成了吹填场地振冲碎石桩强夯地基施工工法，该工法综合了碎石桩与强夯法加固大范围软弱地基的优点，具有施工设备简单，取材容易，施工进度快，造价低，质量可靠的特点，同时该工法仅改变地基土的物理特性，对地基土及周围环境不产生任何化学污染，是一种经济高效、节能环保的加固大面积吹填场地松软土地基的技术。2工法特点2.0.1振冲碎石桩强夯法加固地基，是利用振冲锤通过振动方式，在软弱地基中成孔后，将碎石压入孔中，形成大直径的由碎石构成的密实桩体，与原地基构成碎石桩复合地基。复合地基形成一段时间，利用重锤进行强夯处理，进一步提高复合地基承载力，减小沉降量，消除液化。2.0.2施工设备简单，取材容易，施工进度快，造价低，质量可靠，加固效果好。2.0.3仅改变土体物理特性，对地基土及周围环境不产生任何化学污染。2.0.4吹填场地土质松软，施工碎石桩时要采取“间隔跳打”的方法减少对地基土的扰动影响；由于大面积振冲挤密作用，当局部桩位成孔困难时，可先引孔，后制桩。复合地基形成一段时间，孔隙水压力部分消散后，再进行重锤强夯。 3适用范围吹填场地振冲碎石桩强夯地基施工工法适用于港口码头、围海造地等大面积吹填场地上对承载力、沉降变形、抗震稳定性要求较高的建筑物、构筑物的地基处理工程。4工艺原理4.0.1振冲碎石桩是利用一种能产生水平向振动的管状机械设备在高压水流下边振边冲，在松散砂土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石或卵石等材料制成的桩体，桩体和原土层构成复合地基。振冲碎石桩既有置换作用又有挤密作用，以提高地基承载力，并降低压缩性。同时复合地基中的碎石桩体由粗粒材料组成，能形成良好的竖向排水通道，可加速孔隙水压力的消散，起到加速排水固结作用，以减少地震液化的可能性。4.0.2复合地基强夯处理主要基于动力密实和动力置换的机理，即用冲击型动力荷载，使桩间土及上部碎石桩的孔隙减小，密实性进一步提高，孔隙水加速排出，以进一步提高复合地基的承载力并消除砂土液化，同时将部分碎石挤入桩间土体中，起到换土垫层的作用，在复合地基上部形成了承载力高、压缩性低的硬壳层，能大幅度减小复合地基的沉降量。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程吹填场地振冲碎石桩强夯地基施工工艺流程见图5.1.1，施工过程示意见图5.1.2。施工准备→试成桩→测量放线→振冲器对中→检查水压、电压、空载电流→下沉成孔→清孔→填料提升→循环到顶→成桩→移机施工下一桩位→技术间歇→场地测量及平整→试夯→第一遍点夯→场地平整→技术间歇→第二遍点夯→场地平整→低能量满夯。图5.1.1施工工艺流程图5.1.2施工过程示意图a定位；b振冲下沉；c振冲至设计标高并下料；d边下料振冲、边上提；e成桩；f强夯 5.2操作要点5.2.1施工准备1施工资料准备1）开工前应首先对现场进行踏勘调查，清除各类地上、地下障碍物。2）熟悉图纸等技术资料，编制详细的施工方案，进行技术安全交底。3）施工前要求场地平整，符合施工要求。4）施工机械、现场人员及材料齐备，具备开工条件；振冲器应根据地质条件、承载力要求进行选择。5）在施工现场附近设置平面及高程控制桩，桩附近应设置明显的标志，加以保护，并设专人对其定期进行复核检查。6）场地平整后，在开工前，对场地标高进行复测。7）设置安全警戒线，防止闲杂人员进入施工现场。2施工顺序1）一般采用“由里向外”或“一边向另一边”的顺序进行；因为“由外向里”的施工，是外围的桩都加固好以后，再施工里面的桩，这样就会使得里面的桩很难挤振开来。2）当加固区附近有其他建筑时，必须先从临近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。3）吹填场地中普遍存在强度较低的软土地基，施工时要考虑减少对地基土的扰动影响，可采用“间隔跳打”的方法。5.2.2试成桩碎石桩施工前，应根据现场实际情况进行成桩试验，取得各种技术参数，以确保大面积施工质量，成桩试验要求达到以下目的：1）根据不同的地质情况现场确定桩体的有效长度。2）掌握满足设计要求的各种技术参数，如振动频率、留振时间、反插深度、桩管提升高度和进度、电机的工作电流及完成全过程的施工时间等。3）掌握振动沉管的阻力情况，选择合理的技术措施，确保挤密的均匀性和桩身的连续性。4）检验室内试验所确定的碎石灌入量是否能达到设计要求。5）检测桩身的质量是否能达到设计要求，满足要求后方可大面积施工。5.2.3成孔及制桩 1）开始时应注意先开水管，在出水孔出水以后启动机器2-3s，然后运转机器，以免直接运转烧毁电机。2）振冲器对准桩位，吊车垂直吊起振冲器，使喷水口对准桩孔位置，偏差小于50mm。开启振冲器及离心泵电源，检查水压（0.6～0.8MPa，水量200～300l／min）、检查电压和振冲器的空载电流是否正常，并记录空载电流。3）启动吊车,使振冲器以1～2m/min的速度沉入地层中，并观察振冲器电流变化，电流最大值不得超过150A,如超过时，则必须暂停下沉或向上提升振冲器，待电流下降后再缓慢继续下沉。4）吹填场地中普遍存在硬砂层，遇硬砂层孔口不返水时，应向上提升振冲器，待孔口返水后继续下沉，如此反复，可贯穿硬层。贯穿硬夹层时，应适当扩孔，每深入1m应停留扩孔5～10s，达到设计孔深后，振冲器再往返1～2次，以便进一步扩孔。5）当振冲器下沉到设计孔深以下0.3m后开始清孔，先留振5-15s，全孔上下往返1-2次清孔，成孔后一般需要1～2min清孔，适当扩孔并降低孔内泥浆浓度，便于填料时碎石下降到孔底，做好成孔时间、电流等记录。6）吹填场地面积较大，由于大面积振冲挤密作用，局部桩位成孔困难，当采用135kw振冲器仍无法成孔的，可采用直径300mm的螺纹钻孔进行引孔施工。7）连续填料、振密：用机动翻斗车将20～40mm碎石运至桩孔处，成孔后将振冲器提升1m左右，由孔口投料，制桩电流50～60A，当密实电流达到120A时，留振5-15s，然后再向上提升0.5-1.0m，待填料下降后,再下放振冲器，保证密实电流达到120A，密实段在0.3-0.5m以下。如此循环施工，直到设计桩顶标高后上部虚填0．7m左右的石料，并用振冲器下压，保证桩头强度。填料过程中，要记录起止时间及填料量。8）关机移位，在布桩图上做好记录，施工下一个桩。5.2.4重锤强夯1试夯及参数确定强夯施工参数是依据工程场地的地质条件通过试夯确定的，根据已施工的碎石桩复合地基的特点，并通过试夯后可确定以下主要施工参数：碎石桩施工完毕三周后进行强夯处理；锤重10～25T；落距10～15m；采用两遍点夯，一遍满夯，每遍夯击间隔时间一周。2施工要点1）清理平整场地、铺设垫层：利用推土机平整场地之后，铺设0.5m厚的碎石垫层，以利于夯击时场地的排水及方便机械通行，并使夯击能扩散。 2）测量放样：采用水准仪和经纬仪按施工图要求确定强夯区域及点位布置，并在强夯范围外设置坐标控制网点基桩，同时在其周围合理布置水准点作为控制高程、沉降的依据，在第一遍夯点位置处打入短木桩作标志。3）起重机就位，夯锤置于夯点位置。4）测量夯前锤顶高程。5）将夯锤起吊到预定高度，开启脱钩装置，待夯锤脱钩自由落下后，放下吊钩，测量锤顶高程。6）重复2～5步骤，按设计规定的夯击次数及控制标准，完成第一遍全部夯点的夯击。7）间隔一周时间后，按1～6步骤完成第二遍点夯。8）第二遍点夯完成后，对场地进行回填整平。9）最后采用1000KN.m的冲击能进行低能量的满夯。5.2.5常见问题及处理方法在大面积吹填场地中进行振冲碎石桩施工时，常出现抱管、抱钻、桩位偏离、下料困难等问题，可按以下方法进行处理：1抱管——在成孔过程中，由于水压太小或孔口淤积的泥沙太高，泥浆无法及时排除，泥沙沉积于孔内抱死导管，出现导管提不上来、放不下去的情况。出现这种问题时要注意不能关闭水管，否则孔内的泥沙会由于水压的作用而堵住出水孔，甚至烧毁电机。要把水压降到最低，振冲器不要关，慢慢上下提动直到抱住导管的泥沙松动后就可以提上来了。2抱钻－－和抱管一样，只不过泥沙淤住的是振冲器而不是导管。抱钻和抱管最大的区别在于电流的变化。抱钻时电流不断的变化，而且是不断升高，当电流达到220A时就应该关闭振冲器，以免因为电流长时间过高而烧毁电机。抱管时电流变化不大，一般在空振电流左右，不关闭振冲也不会对机器产生损坏。抱钻时除了在电流太大时必须关闭机器以外，其余的处理方法与抱管时的处理方法是一样的。3桩位偏离－－在大面积吹填场地中常存在软硬不均的土层，进行振冲碎石桩施工时，振冲器会偏向较软的一边，出现这种情况时，在进行下一根桩施工时，桩位要往相反方向偏移相应的距离，这样就可以降低成孔后的偏移程度。同时在下放振冲器过程中还得注意控制下放速度，一般控制在１－２m/min，且要始终保持振冲器的垂直。4下料困难－－在难以下料时，可以在孔口堆积适当的料，然后多次上下提拉，孔口的泥沙就会被带下达到扩大孔口，下料顺利的目的。 5.3劳动力组织劳动组织根据工程量、施工进度要求等情况而定，以每台机械为例，振冲碎石桩配备人员如下：孔口指挥工2人，振冲器操作工2人，测量员1人，装载司机1人，填料工2人，普工3人；强夯配备人员如下：起重工2人，强夯操作工2人，普工2人。6材料与设备6.1主要材料6.1.1所用碎石应由未风化的干净砾石或块石轧制而成，级配采用2－4自然级配，含泥量不大于5%，且最大粒径不大于4cm。6.2施工设备及仪器6.2.1主要机具设备见表6.2.1表6.2.1机具设备表机具名称主要用途规格数量汽车起重机吊振冲器25t3台振冲器成孔、制桩ZCQ-75、ZCQ-135各3台装载机运碎石ZL503台离心式水泵压力水2DA-84台泥浆泵抽浆3PNL6台潜水泵抽水8JQ6台污水泵抽水70NWL4台氧割设备振冲器维修3套电焊机振冲器维修6台强夯机吊夯锤25t～50t3套夯锤强夯21t，直径2.52m3个6.2.2施工测量仪器1全站仪：测放施工主要控制点和平面控制网。2经纬仪、钢卷尺：根据主控制点测放细部控制点，主要用来测放桩位。3水准仪、塔尺：布设高程控制点，测量桩顶标高和场地标高。7质量控制7.1质量控制标准7.1.1施工时，工程质量控制及验收应严格按照《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002、相关地方、行业标准执行。7.1.2 碎石桩施工质量执行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002，允许偏差按表7.1.2。表7.1.2碎石桩施工允许偏差项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1桩距（㎜）±150抽查2%2桩径（㎜）不小于设计值抽查2%3桩长（㎜）不小于设计值检查施工记录4竖直度（%）小于1.5检查施工记录5灌石量不小于设计值检查施工记录7.1.3强夯施工质量执行《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002，允许偏差按表7.2.2。表7.1.3强夯施工允许偏差项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率1夯锤落居（㎜）±300钢索设标志2锤重（㎏）±100称重3夯击遍数及顺序设计值要求计数法4夯点间距（㎜）±500钢尺量测7.2质量保证措施7.3.1现场的控制桩要树立明显的标志加以保护，并定期进行复核检查。7.3.2施工原始记录必须如实填写，并按时整理，提供有关规定的资料。7.3.3建立质量目标管理责任制，健全岗位目标责任制，全过程实行三级检验制度。7.3.4施工注意事项1碎石桩填料振冲过程要注意控制三要素：密实电流、留振时间、加密段长度。密实电流一般需要控制在120A左右，有自动报警系统的在听到铃响后就可以提升；加密段长度一般控制在30～50cm，如果控制不好就会造成漏振；留振时间一般大于30s，在这段时间内一定要注意电流必须保持在密实电流以上。2碎石桩施工过程除了控制好三要素外，水压也很重要。成桩时，尤其达到孔口位置时要减小水压，否则不仅会浪费材料，还会影响桩的质量。3强夯夯点布置及夯距：夯击点可按方形或梅花形布置。第一遍的夯点间距要大，使得深层土得到加固，然后中间补插夯点。夯点间距通常是6～10m，重大工程的夯距由试夯确定。4夯击时应按试验和设计确定的强夯参数进行，落锤应保持平稳，夯位应准确，夯击坑内积水应及时排除。若错位或坑底倾斜过大，宜用砂土将坑底整平；坑底含水量过 大时，可铺砂石后再进行夯击。在每一遍夯击之后，要用碎石将夯击坑填平，再进行下一遍夯击。5强夯施工的夯击次数，应满足以下条件：A、最后两击的平均夯沉量不宜大于50mm；B、夯坑周围地面不应发生过大的隆起；C、不应使夯坑过深而发生提锤困难。6强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2至2/3，并不宜小于3m。7.3.5防震动挤土措施1设置应力释放孔、开挖隔振沟，孔内、沟内可回填锯末木屑等异性介质。2在靠近被防护对象的地带，可采取降低强夯能级或分层强夯的措施，还可以改变施工参数，用小面积夯锤、小夯击能的施工方法。8安全措施8.0.1进入现场施工人员必须佩戴安全帽、非施工人员严禁进入施工现场。8.0.2施工人员必须集中统一指挥，信号明确；吊车司机、装载机司机应按信号操作，起吊后任何人不得由吊臂杆下方通过。8.0.3施工人员必须明确分工、各负其责，各岗位人员必须严格执行本工程的有关安全操作规程及振冲作业的安全规定，关键岗位持证上岗。8.0.4吊车要按性能要求使用，不得超负荷，工作一定时间后应进行保养。8.0.5施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定；电缆线路采用“三相五线”制，电气线路及电气设备必须绝缘良好；场内架设的电力线路悬挂高度和线间距应符合规范要求。8.0.6氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂，乙炔发生器有防止回火的安全装置。8.0.7施工工具要勤检查，注意各连接件的松紧度，严防脱落伤人。8.0.8六级以上大风天气、大雾及夜间照明不良情况下，严禁作业。8.0.9严禁酒后操作机械及酒后上岗工作。9环保措施9.0.1将施工场地和作业限制在工程建设允许范围内，合理布置，规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁齐明。9.0.2设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。 9.0.3成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府颁布的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和处理，遵守有关防火及废弃物处理的规章制度。9.0.4合理安排施工作业的时间，减少夜间施工对周围居民的干扰。9.0.5对工地施工人员经常开展遵纪守法、文明施工教育，注重精神文明建设。10效益分析在围海吹填地区采用振冲碎石桩加强夯加固地基，取材方便、施工机械化程度高、进度快、造价低、对周围环境影响小。在相同的工程地质情况下，与采用预制桩或混凝土灌注桩基础相比，可节约投资50%以上，且加固效果显著、适用范围广、设备简单、施工方便、节能环保，具有良好的社会效益和经济效益，在围海吹填地区大面积地基加固处理中有广泛的适用性，应用前景广阔。11应用实例11.0.1福建泰山石化仓储发展有限公司一期6万m3化工品项目位于福建省泉州市泉港区洋屿港区，整个码头全部采用围海吹填造地，主要建设36座化工品罐区，地基先采用振冲碎石桩加固，经检测碎石桩单桩承载力及复合地基承载力满足要求，但沉降量偏大，且砂土液化指数较大，存在地震液化的可能性，再采用强夯处理后，液化指数较小，地基沉降量大幅度减少，液化得到消除，满足了设计要求。地基处理工程于2005年3月开工，2005年9月竣工，工期短，造价低，效益显著。11.0.2福建泰山石化仓储发展有限公司二期燃油品项目，主要建设22座共33.9万m3燃油罐区以及相配套的辅助生产设施，地基采用振冲碎石桩强夯法施工。碎石桩总桩数12869根，总立方量178961m3。工程于2009年10月开工，2010年4月竣工，经检测，复合地基承载力符合要求，桩间土经标贯、物理力学指标试验、标准贯入试验，检测结果评价为很密实，土体液化判别为不液化。11.0.3福建泰山石化仓储发展有限公司三期汽油品项目，主要建设10座共18万m3汽油罐区，地基采用振冲碎石桩强夯法施工。工程与2010年5月开工，目前已基本完工，已完工部分各项指标检测均达到设计要求。'