论文部分内容阅读
【摘 要】碎石桩用于处理软粘土地基，可以起到置换和排水的作用，加速土的固结，形成桩梯与固结后软粘土的复合地基，显著地提高地基土抗剪强度，从而提高地基土的承载力，减小地基的沉降与变形。
【关键词】加固机理；桩基设计参数；施工组织设计；设备；质量控制；常见问题
Gravel compaction piles in soft clay foundation application
Lu Jin-mei
(Architectural Design Qichun Water Qichun Hubei 435300)
【Abstract】?Gravel pile for the treatment of soft clay foundation, can play the role of replacement and drainage, accelerate soil consolidation, and consolidation after the formation of ladder pile composite foundation of soft clay, significantly improve the shear strength of foundation soil, thereby enhancing the foundation soil bearing capacity, reduce settlement of the foundation and deformation.
【Key words】Reinforcement mechanism;Pile design parameters;Construction design;Equipment; quality control;Frequently Asked Questions
1. 施工方法和加固机理
碎石桩桩体形成是采用振动或锤击法将桩管沉入土中，然后从管中灌入碎石，边拔管边灌碎石而形成桩体。桩管沉入土中起到对土体挤密作用。
振动法系采用振动沉桩机在桩位将带活瓣桩尖和与碎石桩同径的钢管沉到设计深度，从进料口向桩管内灌碎石后，边振动边缓慢拔出桩管，或在振动拔管过程中每拔出0.5米高停拔20～30s；或将桩管反插然后再拔，以便将落入桩孔内的碎石压成桩，并可使桩径扩大，振动力以30～70KN为宜，不应太大，以防过分扰动土层。拔管速度应控制在1～1.5m/min范围内，直径500～800mm碎石桩通常采用大吨位KM2-12000A型振动沉桩机施工，因振动是垂直方向的，所以桩径扩大有限。由于此种方法机械化自动化水平和生产效率较高，适用于松散砂土和软粘土。
锤击法是将带混凝土桩的桩管在桩位用锤击沉桩机打入土中，往桩管内灌碎石后缓慢拔出，或在拔出过程中低锤击力作用，使桩周土得到挤密，并使桩径向外扩大。但拔管不能太快，以免形成断桩、缩径等事故，对特别软弱土层，亦可采取二次打入桩管灌碎石工艺，形成扩大扩大碎石桩，如果缺乏锤击沉管机，亦可采用蒸汽锤、落锤或柴油打桩机沉桩管，另配一台起重机拔管。
碎石桩体加固机理是上下贯通为良好排水通道，土体中的水渗流到桩体中，通过空隙压力消散，使土体得到固结。
2. 设计参数与计算
2.1 桩的直径根据土质类别、成孔机具设备条件和工程情况来确定，一般为300～800mm，对饱和粘土地基宜选用较大的直径。
2.2 桩的长度在当地基中的松软土层厚度不大时，应穿透整个松软土层；当土层较大时，应根据建筑物地基的允许变形值和不小于最危险滑动面深度而定。
2.3 桩位布置及桩距，桩平面布置宜采用等边三角形或正方形。桩距通过现场试验确定，但不宜大于碎石桩直径的3倍，初步设计时，其复合地基承载力特征值可以用下式计算：
fspk=mfpk+(1-m)fsk
式中：fspk——碎石桩复合地基承载力特征值；
fpk——桩体承载力特征值；
fsk——桩间土承载力特征值；
m——面积置换率。
2.4 处理宽度。挤密地基的宽度应超出基础的宽度，考虑基础外桩起到一定的侧限作用，能减小因基础侧向变形而引起的建筑物沉降，并提高基础的承载力，故对独立基础或条形基础，处理地基的宽度不宜小于基础宽度的1.5～2倍；对整片基础，应在基础边缘外布置不少于2～3排桩。
2.5 垫层。施工前应挖除碎石桩顶部的松散土层，并铺设厚30～50cm的碎石垫层，满布于基底并碾压密实，起到扩散应力和排水作用。
2.6 地基承载力和压缩模量。碎石桩处理的复合地基承载力和压缩模量可按现场复合地基载荷试验确定，也可以用单桩和桩间土的载荷试验确定。
3. 施工组织设计
3.1 打碎石桩地基表面会产生松动或隆起，碎石桩施工标高要比基础底面高1～2米，以便在开挖基坑时消除表层松土。如基坑底仍不够密实，可再辅人工夯实或机械碾压。
3.2 碎石桩的施工书序，应从外围或两侧想中间进行，如果碎石桩间距较大，亦可逐排进行，以挤密为主的碎石桩同一排应间隔进行。
3.3 施工前应进行桩挤密试验，桩数为7～9根。振动法应根据沉管和挤密情况，以确定填碎石量、提升高度和速度、挤密次数时间、电机工作电流等作为控制质量标准，以保证挤密均匀和桩身的连续性。
3.4 灌注碎石时含水量应加控制，对饱和地层，碎石可采用饱和状态，对非饱和土及杂填土或能形成直立孔壁的土层，含水量可采用7～9%。
3.5 碎石桩的桩孔填料用量应通过现场试验确定，估算时可用设计桩孔体积乘以充盈系数确定，充盈系数可去1.2～1.4.如施工过程中地面有下沉或隆起现象，则填料数量应根据实际情况予以增减。
4. 设备及材料要求
4.1 振动沉管打桩机或锤击沉管打桩机配套机具有桩管、吊斗、机动翻斗车等。
4.2 桩填料。用天然级配的碎石、卵石、圆砾、角砾等，含泥量不大于5%，最大砾径不宜大于50mm。
5. 质量控制
5.1 桩位应准确，其纵向偏差应不大于桩管直径，桩身保持连续和垂直，垂直度偏差不应大于1.5%。
5.2 桩身质量可采用标准贯入试验或圆锥动力触探试验等方法检测；检测数量不少于桩孔总数的2%，检查结果如占检测数量10%的桩未达到设计要求，应采用加桩或其他措施。
5.3 复合地基承载力，宜进行复合地基荷载试验，或采用其他有效手段综合评定地基的处理效果。施工后应间隔一定时间方可进行质量检验，对饱和粘性土，应待超空隙压力基本消散后进行，间隔时间宜为2～3周，对其它土层在施工后不少于1周后进行。
6. 施工中常遇问题
6.1 碎石与管壁摩擦太大，碎石无法下落。可采用灌水法，减少摩擦力，将碎石灌满后，管内注满水再提高。
6.2 粘性土基础内含孤石，管无法压至设计深度。可采取其他办法将孤石取出，常用的方法用冲抓机，如孤石的位置较深，可以根据实际情况和设计沟通，将桩位移动。
6.3 桩长过长时，在软土中施工容易发生断桩或缩径等现象，当出现此种情况时，可采用提高振动频率、采用饱和碎石或分段投料提管以及反插等补救措施解决。
6.4 打桩机重量不够，采取在桩机上加重，达到设计要求为止。
7. 结束语
软粘土地基在沿海地区和内地均较多，碎石桩应用是大有潜的。如某报社6层职工住宅楼采用了碎石挤密桩，复合地基效果明显。经沉降观测结果，宿舍最终沉降虽有200mm，但沉降均匀。由此可见，碎石桩在软粘土中的应用是具有重要意义。
［文章编号］1006-7619（2011）11-09-07-896
［作者简介］ 卢锦美 （1975-9），男，学历：大学本科，职称：工程师、国家二级注册结构师，主要从事建筑、水利结构设计及监理工作。
【关键词】加固机理；桩基设计参数；施工组织设计；设备；质量控制；常见问题
Gravel compaction piles in soft clay foundation application
Lu Jin-mei
(Architectural Design Qichun Water Qichun Hubei 435300)
【Abstract】?Gravel pile for the treatment of soft clay foundation, can play the role of replacement and drainage, accelerate soil consolidation, and consolidation after the formation of ladder pile composite foundation of soft clay, significantly improve the shear strength of foundation soil, thereby enhancing the foundation soil bearing capacity, reduce settlement of the foundation and deformation.
【Key words】Reinforcement mechanism;Pile design parameters;Construction design;Equipment; quality control;Frequently Asked Questions
1. 施工方法和加固机理
碎石桩桩体形成是采用振动或锤击法将桩管沉入土中，然后从管中灌入碎石，边拔管边灌碎石而形成桩体。桩管沉入土中起到对土体挤密作用。
振动法系采用振动沉桩机在桩位将带活瓣桩尖和与碎石桩同径的钢管沉到设计深度，从进料口向桩管内灌碎石后，边振动边缓慢拔出桩管，或在振动拔管过程中每拔出0.5米高停拔20～30s；或将桩管反插然后再拔，以便将落入桩孔内的碎石压成桩，并可使桩径扩大，振动力以30～70KN为宜，不应太大，以防过分扰动土层。拔管速度应控制在1～1.5m/min范围内，直径500～800mm碎石桩通常采用大吨位KM2-12000A型振动沉桩机施工，因振动是垂直方向的，所以桩径扩大有限。由于此种方法机械化自动化水平和生产效率较高，适用于松散砂土和软粘土。
锤击法是将带混凝土桩的桩管在桩位用锤击沉桩机打入土中，往桩管内灌碎石后缓慢拔出，或在拔出过程中低锤击力作用，使桩周土得到挤密，并使桩径向外扩大。但拔管不能太快，以免形成断桩、缩径等事故，对特别软弱土层，亦可采取二次打入桩管灌碎石工艺，形成扩大扩大碎石桩，如果缺乏锤击沉管机，亦可采用蒸汽锤、落锤或柴油打桩机沉桩管，另配一台起重机拔管。
碎石桩体加固机理是上下贯通为良好排水通道，土体中的水渗流到桩体中，通过空隙压力消散，使土体得到固结。
2. 设计参数与计算
2.1 桩的直径根据土质类别、成孔机具设备条件和工程情况来确定，一般为300～800mm，对饱和粘土地基宜选用较大的直径。
2.2 桩的长度在当地基中的松软土层厚度不大时，应穿透整个松软土层；当土层较大时，应根据建筑物地基的允许变形值和不小于最危险滑动面深度而定。
2.3 桩位布置及桩距，桩平面布置宜采用等边三角形或正方形。桩距通过现场试验确定，但不宜大于碎石桩直径的3倍，初步设计时，其复合地基承载力特征值可以用下式计算：
fspk=mfpk+(1-m)fsk
式中：fspk——碎石桩复合地基承载力特征值；
fpk——桩体承载力特征值；
fsk——桩间土承载力特征值；
m——面积置换率。
2.4 处理宽度。挤密地基的宽度应超出基础的宽度，考虑基础外桩起到一定的侧限作用，能减小因基础侧向变形而引起的建筑物沉降，并提高基础的承载力，故对独立基础或条形基础，处理地基的宽度不宜小于基础宽度的1.5～2倍；对整片基础，应在基础边缘外布置不少于2～3排桩。
2.5 垫层。施工前应挖除碎石桩顶部的松散土层，并铺设厚30～50cm的碎石垫层，满布于基底并碾压密实，起到扩散应力和排水作用。
2.6 地基承载力和压缩模量。碎石桩处理的复合地基承载力和压缩模量可按现场复合地基载荷试验确定，也可以用单桩和桩间土的载荷试验确定。
3. 施工组织设计
3.1 打碎石桩地基表面会产生松动或隆起，碎石桩施工标高要比基础底面高1～2米，以便在开挖基坑时消除表层松土。如基坑底仍不够密实，可再辅人工夯实或机械碾压。
3.2 碎石桩的施工书序，应从外围或两侧想中间进行，如果碎石桩间距较大，亦可逐排进行，以挤密为主的碎石桩同一排应间隔进行。
3.3 施工前应进行桩挤密试验，桩数为7～9根。振动法应根据沉管和挤密情况，以确定填碎石量、提升高度和速度、挤密次数时间、电机工作电流等作为控制质量标准，以保证挤密均匀和桩身的连续性。
3.4 灌注碎石时含水量应加控制，对饱和地层，碎石可采用饱和状态，对非饱和土及杂填土或能形成直立孔壁的土层，含水量可采用7～9%。
3.5 碎石桩的桩孔填料用量应通过现场试验确定，估算时可用设计桩孔体积乘以充盈系数确定，充盈系数可去1.2～1.4.如施工过程中地面有下沉或隆起现象，则填料数量应根据实际情况予以增减。
4. 设备及材料要求
4.1 振动沉管打桩机或锤击沉管打桩机配套机具有桩管、吊斗、机动翻斗车等。
4.2 桩填料。用天然级配的碎石、卵石、圆砾、角砾等，含泥量不大于5%，最大砾径不宜大于50mm。
5. 质量控制
5.1 桩位应准确，其纵向偏差应不大于桩管直径，桩身保持连续和垂直，垂直度偏差不应大于1.5%。
5.2 桩身质量可采用标准贯入试验或圆锥动力触探试验等方法检测；检测数量不少于桩孔总数的2%，检查结果如占检测数量10%的桩未达到设计要求，应采用加桩或其他措施。
5.3 复合地基承载力，宜进行复合地基荷载试验，或采用其他有效手段综合评定地基的处理效果。施工后应间隔一定时间方可进行质量检验，对饱和粘性土，应待超空隙压力基本消散后进行，间隔时间宜为2～3周，对其它土层在施工后不少于1周后进行。
6. 施工中常遇问题
6.1 碎石与管壁摩擦太大，碎石无法下落。可采用灌水法，减少摩擦力，将碎石灌满后，管内注满水再提高。
6.2 粘性土基础内含孤石，管无法压至设计深度。可采取其他办法将孤石取出，常用的方法用冲抓机，如孤石的位置较深，可以根据实际情况和设计沟通，将桩位移动。
6.3 桩长过长时，在软土中施工容易发生断桩或缩径等现象，当出现此种情况时，可采用提高振动频率、采用饱和碎石或分段投料提管以及反插等补救措施解决。
6.4 打桩机重量不够，采取在桩机上加重，达到设计要求为止。
7. 结束语
软粘土地基在沿海地区和内地均较多，碎石桩应用是大有潜的。如某报社6层职工住宅楼采用了碎石挤密桩，复合地基效果明显。经沉降观测结果，宿舍最终沉降虽有200mm，但沉降均匀。由此可见，碎石桩在软粘土中的应用是具有重要意义。
［文章编号］1006-7619（2011）11-09-07-896
［作者简介］ 卢锦美 （1975-9），男，学历：大学本科，职称：工程师、国家二级注册结构师，主要从事建筑、水利结构设计及监理工作。