振冲挤密桩施工工法
一、概述
振冲法是振动水冲法的简称,按加固原理不同又分振冲置换法和振冲密实法两种.
振冲置换法也称振动水冲碎石桩法,适用于处理不排水抗剪强度≥20kPa的粘质土、粉质土、饱和黄土等地基.其加固机理利用振冲器在一定控制电流值下,产生一定频率和振幅的水平向振动力,与一根从振冲器中心穿过的高压水管所喷出的高压水,边冲边振,在软弱粘质土地基中成孔,再在孔内分批填入碎石等坚硬材料制成粗大密实的桩体,并与桩周的粘质土构成复全地基.复合地基中的桩体有应力集中和砂井排水双重作用,桩长未到达硬土层时复合地基又起着垫层的作用,因而能提高地基抗剪强度和整体承载力,减少沉降.
振冲密实法主要适用于加固粘粒含量小于10%的细砂以至砾砂的松散砂层地基,加固原理是依靠振冲器的强烈振冲使饱和砂层发生液化,砂颗粒重新排列、孔隙减小.依靠振冲器的水平振动力,把振冲中填入的大量粗集料挤入周围砂层使地基密度增加(达75%以上)孔隙减少,抗液化性增强.同时由于振冲时向振冲孔内填筑碎砾石形成反滤性能良好的竖向排水减压渠道,加速地基排水固结.
振冲法有施工方便、机具简单、工期快、成本低,收效高等优点.
二、施工设计技术要求及参数
(一)振冲置换法
1、加固范围:一般在基础外缘扩大1-2排桩,对可液化地基应扩大2-4排桩.
2、桩的直径:振冲桩的特点是基土越软、振动越大,桩径也越粗,反之就越细.因此桩体直径竖向并不均匀,只是按填料量估算平均直径,一般为0.8米-1.2米.
3、桩的间距:应根据荷载和基土的抗剪强度确定,一般为1.5米-2.5米,荷载大的、基土强度低的或桩端未达硬土层的应取小值,反之可取大值.桩位按等边三角形或正方形布置.
4、桩的深度:或称桩长即垫层底面以下桩的实有长度,一般为4米-10米.当硬土层埋藏深度不大(小于10米)时,桩长应伸至硬土层;当硬土层埋藏较深,应按建筑物地基的允许变形值确定;在可液化的地基中,桩长应按要求的抗震处理深度确定.
5、桩体材料:可用泥量不大于10%的硬质碎石、砾卵石,粒径不宜超过8厘米,通常为2厘米-5厘米;无级配要求.
(二)振冲密实法
1、加固范围:基础外缘每边放宽不得小于5米(相当于2-3排振冲点间距).
2、振冲点间距:振冲点宜按等边三角形或正方形布置.间距应根据基土的颗粒组成、要求达到的密实度、地下水位、振冲器功率、水量等因素,通过现场试验确定.一般可取1.8米-2.5米,使用75kW大型振冲器时可加大为2.5米-3.5米.
3、振冲深度:当可液化土层不厚时应穿透整个液化土层;当可液化土层较厚时应按抗震要求确定.
三、施工
1、施工准备
1)要做好三通:保证施工所需足够的水量、水压;三相、单相两种电源,如果没有电源需自备发电机组;场内外运输道路畅通.
2)场地布置:平整场地后妥善布置供水管、电路、运道、清水池、泥水排放沟、沉淀地、堆料场地等.
3)测量定位:测定加固区高程,宜为设计桩顶高程以上1米,订出桩点位置(偏差不大于5厘米),并按先外圈后内圈的振冲顺序编号.
4)机具准备:不论是振冲置换还是振冲密实,其施工用主要机具都是:振冲器、吊机、水泵、控制操作台.振冲器构造见图5-101,其主要技术性能见表5-58;吊机要求起重能力为100kN-200kN,起吊高度大于加固深度3米以上,并加设导向架与吊机臂临时固定;水泵及供水管压力宜为0.6米Pa-0.8米Pa,流量宜为20米3/h-30米3/h;控制电流和水压的操作台须附150A以上容量的电流表、500V电压表.设备和主要仪表均应在开工前严格检查调试完毕.此外还有加料斗或翻斗车等.
振冲器主要技术性能表
5)做振冲试验,以便确定成孔施工合适的数据,如水压、水量、成孔速度及填料方法、达到土体密实度时的密实电流值和留振时间等.
2、振冲置换施工工艺
1)将振冲器按拟振桩点编号顺序对准,开动振冲器、水源
电源,检查水压,电压和振冲器空载电流,一切正常后开启振冲器喷水.
2)振冲器依靠自重在振动喷水作用下以1米/米in-2米/米in的速度徐徐沉入土中,观察并记录沉入深度和电流变化,若电流超过电机额定值时,必须减缓下沉速度,每沉入0.5米-1.0米,宜在该高度段悬留振冲5s-10s扩孔,将孔内泥浆溢出时再继续沉入.
3)当下沉达到设计深度时,振冲器应在孔底适当留振,并减小射水压力(一般保持100kPa),以便排除泥浆进行清孔.也可将振冲器以1米/米in-2米/米in匀速连续沉至设计深度以上0.3米-0.5米,然后以3米/米in-6米/米in匀速提出孔口,再同法沉至孔底,如此反复1-2次,最后在设计深度以上0.3米-0.5米处适当留振1米/米in-2米/米in,以达到扩孔目的.
4)加料振密:将振冲器提出孔口,往孔内加料,每次0.5米3-0.6米3,然后把振冲器沉入填料中进行振密,并使填料挤向孔壁软土中.当桩体直径不再扩大时,电机电流即迅速增大,当达到试验所得的密实电流值,则认为该处的桩体已经振实;否则应再提起振冲器继续加料,再沉入振冲器振密,直至该处振密时电流达到规定的密实电流值为止.密实电流值一般应超过振冲器空载电流150A-30A以上.
5)重复上一工序:提出振冲器、加料、沉入振冲器振密,直至桩顶.孔中每次加料高度为0.5米-0.8米,如在砂土中制桩时,振冲器可不提出孔口,采用边振边加料,连续填料,直到此深度处的桩体密实电流达到规定值后,才将振冲器上提0.3米-0.5米,继续加料振密,多次反复直至桩顶.
振密过程中,宜小水量的喷水补给,以降低孔内泥浆密度,利于填料下沉,使填料在水饱和状态下振捣密实.
3、振冲密实施工工艺
1)振冲器就位后应安放钢护筒,使振冲器对准护筒轴心;
2)将振冲器徐徐下沉,同置换法工艺2);
3)振冲器达到设计深度后,将水压和水量降至孔口有一定量回水,但无大量细颗粒带出的程度,将填料堆于护筒周围;
4)填料在振冲器振动下,依靠自重沿护筒周壁下沉至孔底,在电流升高到规定的密实电流值后将振冲器上提0.3米-0.5米;
5)重复上一工序,直至全孔处理完毕后关闭振冲器和水泵;
6)不加填料依靠周壁砂层塌陷密实的,其施工方法亦大体相同,在使振冲器沉至设计深度、留振至规定的密实电流值后,将振冲器上提0.3米-0.5米,如此重复进行直至完成.
振冲施工,地表的1米左右比较疏松,一般应予挖去,换铺0.3米-0.5米厚碎石垫层,碾(振)压密实,并使符合基础底面设计高程.
施工过程排出的大量污泥必须从排水沟引至沉淀池以免污染环境.
四、质量要求和检验
1．质量要求
施工过程应逐桩作出详细记录,包括时间、高程、填料量、密实电流值和留振时间,但关键是控制好后三个指标:
水压及水量:造孔水压控制在400kPa-600kPa之间,水量以200L/米in-400L/米in为宜.造孔接近孔底及在振密过程中水压以100kPa、水量以200L/米in为宜;
电压及电流:施工中应保证电压380V±20V,孔底应保证50A的密实电流、桩身以40A-50A的密实电流为宜,孔口以下范围内应保证55A 的密实电流;
留振时间:一般控制在20s-30s之间;
开振前应严格检查电流表是否按“O”,并作出记录,如误差较大,应及时检查或更换以防发生质量事故;
应加强施工过程的质量检查,要随时检查施工记录,发现桩点遗漏、桩位偏差或不满足要求的桩点应及时纠正或采取补救措施.
振冲结束粘质土地基应间隔3-4周、粉质土地基间隔2-3周,方可进行质量检查.
2、质量检验
1)每200-400根振冲桩或100-200个振冲点抽检一根(处),总数不少于3根(处);
2)碎石桩做单桩荷载试验;桩间土用标准贯入、静力触探试验进行处理前后的对比检验;
3)不加填料的振冲密实法加固的地基,宜于振冲点围成的单元形心处,用标准贯入、动力触探作处理效果检验.。