复杂地层的超深振冲碎石桩的施工方法

摘要

本发明公开了一种复杂地层的超深振冲碎石桩的施工方法，该方法还包括下述步骤：（1）施工准备工作；（2）造孔；（3）清孔；（4）填料；（5）成桩：重复步骤（4），直至填料加密至桩顶。本发明可以解决大功率振冲器在超过15m甚至20m以上中粗砂含粉细砂夹层（互层）及圆砾含粉细砂夹层（互层）的复杂地层中施工过程中遇到的“抱孔”、施工速度慢、“串孔”等施工难题。相比传统施工方法，可以有效加快施工进度、提高施工效率，并且减少设备的损坏率、降低成本。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种地基处理施工方法。尤其涉及一种大功率振冲器作用下的超深振冲碎石桩的施工方法。

背景技术

国内外对振冲法碎石桩的施工进行了许多研究，并取得了一定的成功。但用碎石桩处治的深度超过15m甚至20m以上中粗砂含粉细砂夹层（互层）及圆砾含粉细砂夹层（互层）的复杂地层却很少。由于超深地层中的中粗砂及圆砾密实度较大，小于130kW的振冲器激振力较小，造孔速度慢甚至无法达到造孔要求，因而这类地层在采用振冲碎石桩处理时，常常需用150kW甚至180kW的大功率振冲器。由于中粗砂及圆砾地层中常含有粉细砂夹层，在该类地层中施工时，常常出现中粉细砂夹层“抱住”振冲器的现象（即我们俗称“抱孔”）。一旦发生“抱孔”，则振冲器无法移动，若强行上提，吊车大臂将有折断的危险。

目前常通过提高冲水水压，在一定程度上解决了“抱孔”问题, 可随之而来出现了“串孔”问题, 严重影响了振冲碎石桩的成桩质量。现行规范中，《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中仅对75kW及以下的振冲器相关技术有所规定，《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》（DL/T 5214-2005）仅对130kW以下的振冲器相关技术有所规定，并未见有关于复杂地层中130kW以上的大功率振冲器施工的相关施工技术规定。

发明内容

本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种复杂地层的超深振冲碎石桩的施工方法，本发明可以解决大功率振冲器在超过15m甚至20m以上中粗砂含粉细砂夹层（互层）及圆砾含粉细砂夹层（互层）的复杂地层中施工过程中遇到的“抱孔”、施工速度慢、“串孔”等施工难题。相比传统施工方法，可以有效加快施工进度、提高施工效率，并且减少设备的损坏率、降低成本。

本发明是通过采用下述技术方案实现的：

一种复杂地层的超深振冲碎石桩的施工方法，其特征在于步骤如下：

（1）施工准备工作：实施施工现场的“三通一平”,准备机具，将振冲器和导杆连接，将振冲器通过导气管连接至空压机；

（2）造孔：将振冲器吊起并对准桩位下降至离地面30cm以内，启动清水泵供水，启动空压机供气，待振冲器下端射水孔口出水的水压、水量和喷气孔口气压达到工艺要求，方启动振冲器；待振冲器内的偏心块达到额定转速时，下沉振冲器贯入土层进行造孔，造孔过程中吊机卷扬绳的下放速度控制在0.5~2m/min；并始终保持振冲器处于悬挂状态；当造孔达到设计深度，上提振冲器，造孔完毕；

（3）清孔：关闭空压机，控制振冲器提出孔口，然后再次下沉振冲器，往复2~3次，使孔口泥浆变稀；

（4）填料：清孔后将振冲器提离孔底30~50cm，由装载机向孔内投入碎石，每次填料厚度为30~50cm，依靠振冲器的水平振动力将孔内的石料振密，当振冲器电机的电流迅速增大，直至达到加密电流110~180A，仍继续加密，达到留振时间为5~10s，填料加密过程完成，此过程中加密水压为0.2~0.8MPa；

（5）成桩：重复步骤（4），直至填料加密至桩顶。

所述步骤（2）中，在振冲器逐步下沉的过程中，控制气协的气压随成桩深度的加大同步增加。 

所述步骤（2）中，造孔过程中若遇电流值超过电机的额定电流时，应暂停振冲器的下沉或减速下沉，增大水压、气压冲垮松散土层后再继续下沉造孔。

所述步骤（2）中，若土层中有较硬的夹层，应采用扩孔措施，即在硬土层中将振冲器上下往复移动几次，以使该段孔径扩大，便于填料。

所述步骤（2）中，针对的是深度超过15~20m中粗砂含粉细砂夹层（互层）及圆砾含粉细砂夹层（互层）的复杂地层。

所述步骤（2）中，所使用的振冲器的功率为130kW~180kW。

所述步骤（2）中，所用的空压机容积为7~12m³，喷气孔口气压为0.2~0.8Mpa。

所述步骤（2）中，振冲器的造孔电流为110~190A，造孔水压为0.2~0.8Mpa。

所述步骤（2）中，如遇塌孔，采用黏土泥浆护壁。

所述步骤（5）中，施工成桩深度为15~22m。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下：

1、采用本方法所述的步骤，并采用130~180kW大功率振冲器可有效解决超过15m~22m中粗砂含粉细砂夹层（互层）及圆砾含粉细砂夹层（互层）的复杂地层中造孔速度较慢甚至无法造孔的难题。

2、本发明采用水冲为主气协辅助的施工工艺又可以解决施工过程中遇到的“抱孔”、 “串孔”等施工难题。相比传统施工方法，可以有效加快施工进度、提高施工效率，减少设备的损坏率、降低成本，尤其是可为大功率振冲器作用下复杂地层的超深振冲碎石桩施工提供技术参考。

 

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明的施工流程示意图。

图中标记：

1-导管，2-射水孔，3-导气管，4-喷气孔，5-减振器，6-潜水电机，7-振动器， 8-级配碎石，9-碎石桩桩体。

具体实施方式

实施例1

作为本发明的一较佳实施方式，包括下述步骤：

（1）施工准备工作；

（2）造孔；

（3）清孔；

（4）填料；

（5）成桩：重复步骤（4），直至填料加密至桩顶。

在所述的步骤（2）中，针对的是深度超过15~20m中粗砂含粉细砂夹层（互层）及圆砾含粉细砂夹层（互层）的复杂地层。

在所述的步骤（2）中所使用的振冲器的功率为130kW~180kW。

在所述的步骤（2）中的气协法所用的空压机容积为7~12m3，喷气孔口气压为0.2~0.8Mpa。

在所述的步骤（2）中振冲器的造孔电流为110~190A，造孔水压为0.2~0.8Mpa。

在在所述的步骤（2）中如遇塌孔，可以采用黏土泥浆护壁。

在所述的步骤（5）中施工成桩深度为15~22m。

    具体的所述步骤（1）具体的方法为：了解场地，清楚地面及地下障碍物，实施施工现场的“三通一平”。准备机具，在振冲器和导杆连接完毕后, 沿导杆外壁加焊一根细铁管（导气管）, 细铁管一端至减振器上部, 另一端与胶管连接至空压机。

所述步骤（2）包括如下步骤：

a、将振冲器缓慢、稳妥地吊起，对准桩位缓慢下降振冲器至离地面30cm以内，启动清水泵供水，启动空压机供气，待振冲器下端射水孔口出水的水压、水量和喷气孔口气压达到工艺要求，方启动振冲器，拉紧防扭绳。

b、待振冲器内的偏心块达到额定转速时，下沉振冲器贯入土层进行造孔。

c、造孔过程中应很好的控制吊机卷扬绳的下放速度，一般以0.5~2m/min为宜，并始终保持振冲器处于悬挂状态，以免造成斜孔。

d、在振冲器逐步下沉的过程中，控制气协的气压随成桩深度的加大同步增加。 

 e、造孔过程中若遇电流值超过电机的额定电流时，应暂停振冲器的下沉或减速下沉，增大水压、气压冲垮松散土层后再继续下沉造孔。

f、若土层中有较硬的夹层，应采用扩孔措施，即在硬土层中将振冲器上下往复移动几次，以使该段孔径扩大，便于填料。

g、当造孔达到设计深度，上提振冲器，成孔完毕。

所述步骤（3）具体的方法为：关闭空压机，控制振冲器提出孔口，然后再次下沉振冲器，往复2~3次，使孔口泥浆变稀。

所述步骤（4）具体方法为：

清孔后将振冲器提离孔底30~50cm，由装载机向孔内投入碎石，每次填料厚度为30~50cm，依靠振冲器的水平振动力将孔内的石料振密，当振冲器电机的电流迅速增大，直至达到加密电流110~180A，仍继续加密，达到留振时间为5~10s，填料加密过程完成。此过程中加密水压为0.2~0.8MPa。

实施例2

作为本发明的一具体应用实例，其实施方式为：中缅天然气管道工程（国内段）瑞丽分输压气站工程包括3个5×104m3储罐，储罐直径60m。根据勘察报告揭示自上而下主要土层为：①黏土，可塑，层厚0.50～4.10m；②中粗砂，松散，含粉砂及砾砂夹层，层厚1.50～8.70m；③圆砾，中密，层厚0.50～4.30m；④中粗砂，中密，夹粉砂及砾砂薄层，揭露层厚0.50～9.50m；⑤中粗砂，密实，局部为卵石、砾砂、粉砂夹层，揭露层厚1.00～35.10m。场地地下水稳定水位埋深为0.50～1.40m。拟建场地的地震动峰值加速度值为0.20g（对应于地震基本烈度为8度），②中粗砂、④中粗砂及⑤中粗砂在地震作用下可能发生液化，按《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)规范，结合当地建筑经验，按最不利组合考虑，综合判定本场地地基土液化等级属严重，必须采用有效的地基处理措施消除液化方可作为建设用地。常规处理方法为采用桩基础型式，钢制储罐直接建造在桩基平台上，桩基础将储罐荷载传递至深层的非液化密实土层中。但桩基础造价昂贵，对于大面积的地基处理尤其是大型储罐基地，无疑增加大量的投资，最终业主决定采用振冲碎石桩进行地基处理。由于本场地可液化土层很深，要求处理深度达到20m，加之③圆砾和⑤中粗砂较为密实，对于功率小于130kW以下的振冲器无法达到设计成桩要求。且该场地中粗砂和圆砾层中均含有粉细砂夹层，在试桩过程中常遇到“抱孔”现象，导致施工效率很慢，损坏设备严重，甚至无法成孔。单独采用加大冲击水压的方法又会出现“串孔”的现象，严重影响成桩质量。因此按正常振冲碎石桩施工将无法保质保量完成工程任务。

本次施工采用本发明的施工方法，施工中采用130~180kW国产大功率振冲器，很好解决了造孔速度慢，施工效率低的问题；采用水冲为主气协辅助的造孔工艺，解决了试装过程中出现的“抱孔”、“串孔”现象，加快施工进度，保证成桩质量，减少设备损耗。本次施工中桩径为1.0m，桩间距为1.8m，施工桩长21m。施工后经检测复合地基承载力达到250kPa，完全消除场地可液化土的液化，根据储罐灌水后的沉降观测结果表明完全达到规范要求。由于该实例完全按照上文中“发明内容”所述方法的施工步骤进行施工，为使行文简洁，记载该实例的具体施工步骤时，仅罗列关键的技术数据。

第一步中，平整场地，准备机具，沿导杆外壁加焊一根细铁管（导气管）3至减振器4上部；第二步中，起吊振冲器对准桩位缓慢下降振冲器至离地面30cm以内，启动清水泵供水，启动空压机供气，待振冲器下端射水孔口2出水的水压、水量和喷气孔口4的气压达到工艺要求，启动振冲器造孔，直至达到设计深度；第三步，关闭空压机，控制振冲器提出孔口，然后再次下沉振冲器，往复2~3次清孔；第四步，清孔后关闭空压机，将振冲器提离孔底30~50cm，由装载机向孔内投入级配碎石8，级配碎石8的粒径为4~15cm，每次填料厚度为30~50cm，依靠振冲器的水平振动力将孔内的石料振密，当潜水电机6的电流迅速增大，直至达到加密电流110~180A，仍继续加密，达到留振时间为5~10s，填料加密过程完成。此过程中加密水压为0.2~0.8MPa ；第五步，重复填料过程，直至填料加密至桩顶形成完整桩体9。

图1 ①示出振冲器对准桩位的情形；图1 ②示出造孔的情形，图1 ①和图1 ②与所述施工步骤的第二步相对应。图1 ③示出清孔的情形，图1 ③与所述施工步骤的第三步相对应。图1 ④示出清孔完毕后提离孔底加级配碎石8的情形，图1 ④与所述施工步骤的第四步相对应。图1 ⑤示出填料加密成桩的情形，图1 ⑥示出成桩完毕的情形，图1 ⑤和图1 ⑥与所述施工步骤的第五步相对应。