夯扩碎石挤密桩在填土地基处理中的应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

夯扩碎石挤密桩在填土地基处理中的应用

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：王怀彪

[导读] 摘要：在大型建筑工程中，地基处理既是一项基础性的工作，同时也直接关系到上部建筑的稳定与安全。夯扩碎石挤密桩是一种常用的填土地基处理工艺。

        云南省设计院集团勘察院有限公司 650028
        摘要：在大型建筑工程中，地基处理既是一项基础性的工作，同时也直接关系到上部建筑的稳定与安全。夯扩碎石挤密桩是一种常用的填土地基处理工艺。在应用这一方法时，施工人员需要明确工艺流程，重点从岩土参数设计、桩位布设、冲击成孔、桩身填料等方面，采取必要的技术管控措施，保证成桩效果和地基处理质量。本文首先概述了夯扩碎石挤密桩的加固原理，随后简要概述了各个施工环节应当关注的技术要点，最后基于工作实践，从材料质量检查、填料量控制以及质量监测等方面，就如何运用夯扩碎石挤密桩提高填土地基处理效果总结了几点经验。
        关键词：夯扩碎石挤密桩；排水固结；岩土参数；质量监测
        引言：夯扩碎石挤密桩是在预设桩位点上，进行开孔，然后向孔内填装素土等材料，再进行夯击、压实、成桩的技术。桩间土和桩体土能够紧密的结合在一起，进一步提高了地基稳定性。近年来，在一些特殊复杂地质中，常用夯击碎石挤密桩进行加固处理，在提升地基承载力、保证建筑稳定性方面，发挥了较为明显的作用。对于建设单位来说，要明确夯扩碎石挤密桩的施工流程、采取严格质量控制措施，才能达到预期的效果。
        1.夯扩碎石挤密桩的加固机理
        1.1挤密作用
        将碎石填料装入桩孔内，并采用重锤进行夯击、压实。在这一过程中，碎石受到上部的冲击力，会对周围的土体产生挤压作用，从而使得桩体外侧的岩土结构变得更加密实，孔隙比减小，密实性和承载力都得到进一步的增加。在一些杂填土、砂积土中，这种挤密作用表现尤其明显。但是在淤泥质土、饱和黏土中，由于本身具有较强的流变性，夯扩碎石挤密桩对这类土的横向挤密效果会有一定的削弱，并且常有地表隆起的情况。
        1.2排水固结作用
        在一些地下水较为丰富的区域，或是粘土地质，使用碎石挤密桩可以在地基中形成新的排水通道，使得原来岩土结构的排水固结效果进一步提升。例如，在一些高大的建筑工程中，随着上部建筑的施工，地基承受压力增加。此时地基土变得密实，孔隙减少。但是如果孔隙水不能有效排出，就会导致砂土液化，严重危害地基的稳定性。夯扩碎石挤密桩具有排水固结作用，这是因为碎石桩体本身具有良好的透水性。受到挤压而渗出的孔隙水，可以通过碎石桩中的孔隙流出，进而提高了地基整体稳定性。
        2.填土地基处理中夯扩碎石挤密桩的应用优势
        在现阶段的大型工程施工中，填土地基处理方法多种多样。相比之下，夯扩碎石挤密桩的应用优势主要体现在：（1）地基处理效果好。大量的工程实践表明，使用夯扩碎石挤密桩进行地基处理，相比于未处理前，地基承载力可以提升60%-80%，砂土平均密度可以达到80%以上，从而满足建筑施工对地基稳定性、承载力的要求。在地基沉降方面，运用该技术后地基沉降量也降低了40%-60%。（2）施工流程较为简单，且整个施工中机械化程度较高，在提高现场作业效率、缩短工程工期、降低成本造价等方面，也有一定的优势。（3）夯扩碎石挤密桩可以广泛适用于各类地质，范围较广，对于30m以内的高层建筑均可使用。
        3.夯扩碎石挤密桩的施工工艺
        虽然从整体上来看，夯扩碎石挤密桩已经在建筑行业内有较长的应用时间，也积累了比较成熟的技术方法和施工经验。但是对于施工人员来说，仍然要强化质量管控意识，要具体到每一道施工工序，了解各个环节中需要关注的技术要点。只有切实提高了技术管控水平，才能从源头上消除质量缺陷，保证填土地基的处理效果。
        3.1开展地质勘测，选取岩土参数
        现场施工前，建设单位应当安排专人做好工程所在区域的地质勘测，了解岩土结构和水文特点，然后才能根据勘察结果，科学设计夯扩碎石挤密桩的详细参数，包括桩身的贯入度、压实度等。在地质勘察中，利用设备仪器获取各土层的力学指标，包括天然重度、内聚力、内摩擦角等，具体参数如表1所示。对于设计人员来说，一方面要根据勘测所得的参数，另一方面又要结合工程建筑需要，综合这些信息完成施工方案设计，为后续的碎石挤密桩施工提供参考。
                              表1   各土层的力学指标

        3.2平面布置和确定桩长
        （1）测重放线按设计提供的坐标点放出区域边界线，并用明显的标记标示出来。（2）做好场地平面布置。对于场地不平的，使用推土机完成场地整平，为下一步成桩作业的开展创建良好环境。（3）桩位布设。按设计要求和碎石桩平面图布设碎石桩桩位并测场地地面标高，桩位测量误差≤20mm。碎石桩桩位由专业测量人员进行，井位应设置显著标记，必要时采用钢钎打入地面下30cm，并灌入石灰粉，定位完毕请监理组织验收。（4）确定参数。根据地基处理要求，明确桩的各项参数。包括桩身的长度，桩的直径，桩间距以及液化处理深度等等。挤密桩的参数一旦确定，不得随意更改，并且在现场施工中要严格遵循该参数。
        3.3施工准备，桩机就位
        为了加快工程进度和提高处理效果，施工准备工作必须要做到位。具体准备事项可以分为4类：其一是仪器设备的准备。夯扩碎石挤密桩施工所用的主要设备有长螺旋钻机、液压步履式扩孔机、铲车等；其二是施工所需材料的准备，主要用材为级配良好的碎石，采用筛网进行筛选，以粒径在30-50mm之间为宜。其三是作业安全的教育。机具设备使用前要进行工况检查，禁止带病作业。特种作业需要持证上岗。完成上述准备工作后，现场施工人员根据施工设计图纸，复核桩位点是否精确。不存在问题后，将桩机移动到桩位点上，调试机器，使钻头对准桩位点。其四是技术培训。管理人员应明确职责分工，并面向一线施工人员开展技术培训，了解工程项目的特点，以及夯扩碎石挤密桩施工的重点、难点。
        3.4冲击成孔与孔内清理
        正式施工前由技术人员再次复核测量基线、水准点及桩位，然后采用长螺旋钻机引孔，引孔孔径为Φ400，孔深按设计要求进行，成孔过程中要求孔壁垂直，严禁错位，须保证桩径达到设计要求。成孔后，由成孔人员对孔深、孔径、垂直度进行自检，技术人员进行复检，合格后方可进入下道工序。认真做好每个孔的原始记录，量测孔径，孔深、孔的垂直度。
        柱锤直径不小于377mm，护筒直径不小于400mm，成孔深度不应小于设计成孔深度。成孔直径不小于400mm，成桩应采取横移退打的方式自中间向两端对称进行施工。成孔在遇到地下大块障碍物无法穿越时，应先用填料将原桩孔夯实挤密至地表，然后在其周围不超过1倍桩间距范围内补桩，重新成孔填料夯击。完成钻孔后，现场施工人员还要对成孔效果进行重点检查。如果成孔质量差，例如有孔壁塌陷问题，孔偏斜问题，将会影响下一步的桩身夯击和成桩效果。因此，经检查成孔效果不理想的，应当视作废孔，并选择合适位置重新钻孔。经检查满足使用要求后，进行孔内清理，将孔底的尘土等冲刷出来，为填料施工创造良好条件。
        3.5桩身填料，夯击贯入
        成孔之后，现场施工人员将准备好的填料由送料口倒入桩孔内。考虑到桩孔较深，为了提高桩体的密实度和承载力，采用分次填料、层层压实的施工方法。每次装料量为0.3m3，然后使用重锤进行夯击、压实。将重量为2t的重锤提升至2.5m的高度，然后让其自由下落。每层填料的夯击次数为5次，然后再进行下一层填料的装填。单层压实度需要达到95%以上，整个桩身的填料密实度不得低于98%。需要注意的是，桩身距离地表2m的顶端，需要采取特殊的夯击方法。将夯击模式调整为低落距（1.5m）和多次数（10次），保证每次夯击的贯入度在10-12cm。
        3.6铺设碎石垫层
        完成单根碎石挤密桩的施工后，现场施工人员要注意清理因为桩体贯入、土体挤压而产生的桩间土。如果桩间土的量较少，可以使用人工清运；如果数量较多，桩间土较多，可以使用小型挖掘机进行清理，并使用自卸车完成清运。填土地基处理中产生的所有弃土，都要统一放置在指定的场所，在工程结束后再集中处理，避免环境破坏。每完成一根桩的施工，现场施工人员还要进行桩头修理。使用锤子、钢钎等，将桩头整平，并达到设计标高。开展现场验收，确定符合要求后，进行表层碎石垫层的铺设工序。
        在对夯扩桩进行隐蔽工程验收及验槽后，进行褥垫层的铺设。铺设材料选用碎石。根据设计要求先虚铺33cm碎石，碎石粒径不大于30mm。褥垫层超出素垫层边线20cm，然后用平板振动器纵横方向进行振动压实至设计标高，压实度不大于0.9。压实后达到设计要求厚度。铺设过程中采用水准仪控制垫层标高。
        4.夯扩碎石挤密桩的施工质量管理
        在严格按照施工流程完成夯扩碎石挤密桩施工的前提下，现场施工人员还要针对其中的一些关键步骤，采取必要的施工质量管理措施。例如，落实施工现场质量监管，保证碎石挤密桩施工中隐蔽问题可以第一时间发现。还有就是做好成桩效果检查，包括桩体斜率，桩体强度等，也要控制在施工允许范围之内。其中，材料质量、投料量以及施工中变形监测、沉降监测等，是施工管理中必须要引起重视的几项工作。
        4.1材料质量管理
        夯扩碎石挤密桩施工中，所用的主要材料为碎石子。其质量的优劣，也会对成桩效果，以及整个地基处理效果产生深刻的影响，也是需要引起施工管理人员关注的一项内容。要选取级配良好（1-3级）的碎石，保证石子的粒径在30-50mm之间。如果粒径太大，直径超过了100mm，很容易出现卡孔问题；如果粒径太小，会影响桩身的强度。另外，所用碎石必须质地坚硬，新鲜、无风化，保证碎石在夯击、压实过程中不会出现明显的碎裂等问题。另外，纯净度也是对石子质量要求的一个重要指标，可以在使用前采用冲洗的方式，将碎石表面的泥土等清洗干净，要求含泥量低于3%。经过筛选后，不符合使用要求的碎石，也要进行妥善处理，禁止随意丢弃，遵循绿色施工理念。
        4.2投料量控制
        如上文所述，夯扩碎石挤密桩的填料要遵循“分次填料、层层压实”的原则。因此每次投料时，也要对投料量加以控制。另外，在不同的施工阶段，允许的投料量范围也不尽相同，例如成桩阶段尽量控制在0.18-0.20m3之间。根据施工工序的不同，可以将投料分成3个阶段：（1）座底。桩管沉入最大深度后，在填料口内一次倒入0.16m3左右的石料，冲击夯实，反复进行至达到所要求的贯入度，以保证桩深和桩底密实度。（2）成桩。座底后，随着桩管提升，依次打开各填料口。左右的石料，冲击夯实。各段均要达到贯入度要求，保证桩身密实度和桩间土的挤密效果。（3）封顶。单次加料量控制在0.06-0.09m3之间，然后夯击压实。
        4.3做好质量监测
        在夯扩碎石挤密桩施工过程中，利用高灵敏的监测设备，做好沉降监测、位移监测、裂缝监测等工作，具体监测项目和报警值如表2所示。由于地表沉降、裂缝发育、建构筑物变形等问题，过程缓慢且危害严重，必须借助于特定的监测仪器，才能更加直观和精准的掌握其变化情况。同时，人为设定报警阈值。例如周边地表沉降监测的报警阈值是3mm/d。如果一天之内监测器上显示周边地表沉降值超过了3mm，则触发报警装置。此时施工人员可以第一时间了解问题所在，然后进一步分析导致地表沉降的原因，进而采取相应的措施，例如地基加固等，防止继续沉降。做好一段时间的监测，如果没有继续发现监测报警，说明问题得到了有效处理。随着技术的发展，未来施工单位也要尝试通过技术创新，为夯扩碎石挤密桩施工质量监管提供技术支持。
                        表2    质量监测项目及报警值

        结语：在工程项目填土地基处理中，选择一种合适的加固方法，无论是对地基加固效果，还是施工成本控制、作业安全管理，都会产生积极的帮助。现阶段建筑行业内可以用于填土地基处理的技术方法较多，其中夯扩碎石挤密桩在实际应用中，具有施工流程较为简单、填土处理效果理想、广泛适用于多种地质等优点。在运用该技术时，要求施工人员必须对夯扩碎石挤密桩的施工流程，以及每个环节中需要重点把控的技术要点熟练掌握。同时，还要重点加强材料质量、投料数量的管理，以及利用先进仪器做好质量监测，才能高质量的完成填土地基处理任务。
        参考文献：
        [1]石峰，吴建明.沉管二次夯扩挤密桩在处理大厚度湿陷性黄土地基中的应用[J].西部探矿工程，2019（11）：9-12.
        [2]屈峰玉.夯扩挤密桩法处理某自重湿陷性黄土场地失利原因的分析探讨[J].陕西建筑，2017（08）：50-52.
        [3]孙景凤.浅谈天然砂砾夯扩挤密桩在公路地基处理中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2014（08）：1-8.