振冲碎石桩复合地基的设计和施工及检测

董长竹

1 工程简介

1.1 工程概况

本工程为内蒙古自治区鄂尔多斯市某热电厂三期扩建项目,2×150 MW空冷抽凝式汽轮发电机组,配2×480 t/h循环硫化床锅炉,属坑口电站。根据业主意见,为加快工程进度,主厂房等主要建(构)筑物和部分附属建(构)筑物基础采用振冲碎石桩复合地基。

1.2 地形地貌

场地原始地貌类型主要为河漫滩、阶地,地貌成因为古河床冲、洪积形成,由于热电厂修建时对场地进行整平,厂址区现已看不出地貌原始状态特征,目前厂址地形较为平坦,地势总体趋势表现为西南高,东北低。

1.3 地层结构

1.4 地震效应

厂址区场地土类型为中软场地土;建筑场地类别为Ⅱ类。对建筑属抗震不利地段。根据GB 50011-2001建筑抗震设计规范和GB 50223-2004建筑工程抗震设防分类标准有关规定,综合分析认为:本工程可不考虑地震液化的影响。

2 振冲碎石桩设计

2.1 振冲桩简介

振冲法地基处理是利用振冲器的水平振动,对松散土层进行加固处理的一种方法,按照不同土类,可分为振冲置换和振冲挤密[1]。

振冲置换是利用振冲器在高压水流下边振边冲,在软弱黏性土地基中成孔,在制桩过程,填料在振冲器水平向振动力作用下,挤向孔壁的软土中,从而使桩体直径扩大。

振冲挤密是在振冲器重复水平振动和侧向挤压作用下,地基产生周期性剪力,土体内的孔隙水压力迅速增大,砂土的结构逐渐破坏而发生液化,砂颗粒重新排列,孔隙减小,这样,土体由松变密。

2.2 设计概况

设计执行规范为DL/T 5101-1999火力发电厂振冲法地基处理技术规程,本工程为振冲挤密法。设计布桩方式为正三角形,两种桩间距类型,一种桩间距为1.5 m,桩径1 m,处理后的地基承载力特征值不小于350 kPa;另一种桩间距为1.8 m,桩径1 m,处理后的地基承载力特征值不小于330 kPa。施工参数控制按原体试验报告执行。

2.3 设计问题

2.3.1 护桩问题

本工程业主对护桩排数问题提出过质疑,DL/T 5101-1999火力发电厂振冲法地基处理技术规程、JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范中对护桩数量规定为“宜在基础外缘扩大1排～2排桩”,而DL/T 5024-2005电力工程地基处理技术规程中对护桩数量规定为“当为消除地基土液化时,宜在基础外缘扩大2排～3排桩;为其他目的时,宜在基础外缘扩大1排～2排桩”。

解释:该条文为建议性条文,且未布置两排桩的区域是因为上部的荷载较小,故选择扩大一排桩,不违反规范要求。而烟囱基础由于结构的特殊性,采用2排～3排护桩的方案。

2.3.2 终孔条件

本工程试桩报告中相关参数不严谨,其终孔的条件为“振冲至设计深度或进入强风化砂岩50 cm左右,此时不再进尺而电流值明显增大至80 A～90 A左右,即可终孔”,这与现场实际情况不符。

解决方法:根据现场实际情况将终孔条件更改为“电流为40 A～60 A,且振冲器不再进尺为最终控制条件,不以入岩深度及入岩电流作为主要依据”。

2.3.3 褥垫层材料

设计要求褥垫层材料“换填400 mm的碎石垫层,垫层压实系数λc应大于0.93。垫层碎石的最大粒径不宜大于50 mm,且应级配良好”。根据当地实际情况,碎石质量不高,设计同意换用卵石。

设计要求垫层压实系数不小于0.93,由于碎石或卵石无法作压实系数试验,进而无法控制压实质量,经现场考察,决定采用级配砂卵石进行换填,并按压实系数0.93进行控制。

3 振冲碎石桩施工

3.1 施工工艺

3.1.1 施工前准备

清理平整好施工场地,平整堆料场并进石料,接通电源、水源,制作泥浆沉淀池,建立测量控制网,并布置好桩点。会审施工图纸,报审施工方案,申请开工。将所有桩进行顺序编号并出桩编号图,准备好施工记录表。

3.1.2 造孔

吊车、装载机发动完毕后,吊起振冲器,先检查水源、电源是否满足施工要求,然后启动振冲器,先预振3 min～5 min进行预热,然后对准桩位,振冲器下端离地面20 cm左右打开水源并开始制孔,供水水压须保证0.4 MPa～0.6 MPa。

记录员开始记录施工记录表,填写施工部位、序号、桩号、日期、记录人造孔及制桩各参数、入土深度等,要求数据准确,完全按照电流表及电压表数值记录。

吊车司机控制振冲器下沉速度,保证以1 m/min～1.8 m/min的速度下沉造孔,要求保持振冲器始终处于垂直状态。

在桩长基本达到设计长度时,记录员必须进行控制,终孔条件为振冲器不再进尺,上部钢缆在保持松软的状态时,振冲器跳动不小于12 s,可以认为终孔然后进行三次冲孔。

3.1.3 清孔

造孔时返出的泥浆较稠、孔中有狭窄或缩孔地段时应进行清孔。清孔可将振冲器提出孔口或在需要扩孔地段上下提拉振冲器,使孔口返出泥浆变稀,保证振冲孔顺直通畅以利填料沉落。

3.1.4 填料、加密

清孔完毕后记录员指挥装载机司机进行填料,要求装载机司机注意分拣石料冻块,将冻块拣出统一堆放,并在记录员许可后往桩内填料,加密段不超过1 m,并由吊车司机控制振冲器进行振密。

振密控制方式为振冲器不再下降,并且电流增大至约60 A～80 A即可认为达到振密电流,振冲器在达到振密电流后由记录员进行记录并控制留振10 s～12 s,然后记录员指挥吊车司机上提振冲器,并由装载机司机进行填料,不断往复直至成桩。

3.2 施工注意事项

3.2.1 质量控制要点

吊车司机必须服从记录员的指挥,包括制孔、成孔、振密等各项工序,装载机司机必须服从记录员的指挥,在记录员许可后方可给桩加石料。记录员必须严格按照施工参数进行控制各项工序,主要控制参数包括:终孔条件、振密电流、留振时间、加密段长度等。

3.2.2 无施工记录桩

桩基大面积施工完毕后,对汇总的桩号逐根核查并重新定位,安排挖掘机挖出确定是属于哪种情况,如果是未施工的,则立即安排施工该桩;如果已经施工的,则补上该桩的施工记录(后补的施工记录参照相邻的桩施工记录)。

3.2.3 未打到底的桩

这部分桩基可能是由于底下有原建筑物基础或者树根等形成障碍,导致振冲器无法进尺。对于这种桩,在每日的桩数报表备注中注明无法打到底,并进行汇总。桩大面积施工完后用挖掘机开挖,挖至地面3 m～4 m后再进行成孔,如能正常成孔,用土分层回填后按正常桩施工;如不能正常成孔则在桩基施工完毕、土方开挖完成后,对汇总的桩号逐根核查,确定好桩位后进行补桩或者申报设计单位,由设计单位提出处理方案。

4 振冲碎石桩试验检测

4.1 原位试验

原位试验一般在地质勘测完成后的初设阶段进行,由设计单位出具试桩任务书,明确试验机具、试验施工参数、试验地点及工期、检测方法及项目等,由勘测单位进行现场试桩。试桩完毕后出具试桩报告,对按试桩任务书所述的方法进行施工后的实测数据进行分析、整理,对桩体材料、施工主要设备、施工工艺及参数、振冲碎石桩复合地基承载力特征值、复合地基压缩模量及施工质量检测方法提出合理建议,供设计单位在施工图设计阶段采用。

4.2 桩基检测

质量检测点的位置选取应具有代表性和平面分布的均匀性,在建(构)筑物基础的重要部位及施工出现异常情况的地段均应布置检测点。桩体检验采用动力触探方法,桩基质量采用单桩复合地基载荷试验进行检测,桩间土采用钻探、标准贯入试验检测桩间土挤密效果。检测完毕后由检测单位出具检测报告,明确施工的复合地基承载力特征值是否满足设计要求,提供检测所得的复合地基的变形模量、压缩模量,并对振冲碎石桩桩体、桩间土及复合地基的密实性、挤密效果作出评价,作为桩基验收及验槽的依据。

5 结语

振冲碎石桩技术比较成熟,加固费用低于混凝土灌注桩及预制桩,同时处理效果优于换土垫层法,处理后对地基承载力提高明显,因此是一些地区的优先采用方法。通过对振冲碎石桩的设计、施工及检测的了解,可以更全面地掌握碎石桩的施工技术,加强施工过程中的进度、质量及费用控制,更好地进行施工管理。

[1] 河北省电力勘测设计研究院.火力发电厂振冲法地基处理技术规程[M].北京:中国电力出版社,1999:34.

[2] 华东电力设计院.电力工程地基处理技术规程[M].北京:中国电力出版社,2005:49.

[3] 朱建刚.碎石桩在软基加固中的应用[J].山西建筑,2008,34(24):125-126.