1.振动沉管桩的作用

 

　　1.1挤密、振密作用：

 

　　砂石桩在成桩过程中，桩管对周围桩间土产生很大的横向挤压力，同时桩管的振动能量以波的形式在桩周围土体中传播，引起桩周土体的振动、压缩。在两者作用下，桩周围的土体由较松散变为密实，孔隙比减小，密实度提高。

 

　　1.2置换作用：

 

　　砂石桩成桩后，就形成了砂石桩及桩间土共同组成的复合地基，由密实的砂石桩桩体取代了与桩体体积相同的软土，二者共同承担上部的荷载。因为砂石桩的强度和抗变形性能等均优于周围的土体，所以在等应变的情况下，刚度较大的砂石桩上的应力要比刚度较小的软土上应力大，所以形成的复合地基，不仅比原天然地基的承载力大，而且沉降量也减小。另外砂石桩也有加筋的作用，可以增大地基抗剪强度。

 

　　1.3加速排水固结作用

 

　　砂石桩是由反虑性极好的粗粒材料组成，其与上覆的碎石垫层共同作用，形成良好的竖向和横向的排水通道，可以快速有效的消散成桩时形成的超孔隙水压力。同时，砂石桩可以起到排水砂井的作用，可以大大缩短孔隙水的水平渗透路径，加速软土的排水固结，使得路基土的沉降稳定加快。

 

　　2.工程概况

 

　　2010年5月山东省潍坊基础工程公司进行了工程区域的地质勘探。勘察结果表明，拟建场地地层分布稳定，层序较清晰，上覆土层主要由第四系淤泥质土、粘性土、砂土组成，下伏基岩为白垩纪-第三系古新统王氏群胶州组泥质砂岩。依据《青岛综合地层表》，拟建场地第四系地层自下而上大体分为三个沉积层：以中粗砂为主的第12层陆相沉积层，以中砂为主的第8层海沉积层，以淤泥质土为主的第6层海相沉积层。

 

　　表层淤泥和淤泥质粘土平均厚度11m，均为高含水量、极微透水、固结条件差、高压缩性、低强度软土。

 

　　3.施工工艺及质量控制

 

　　3.1设备及材料选择

 

　　3.1.1机械设备选择

 

　　桩机根据桩径、桩长及加固工程与周围建筑物的距离相适应作出选择。3.1.2材料要求：桩体材料可用砾石、中粗砂，含泥量应小于5%，粒径小于50mm，同时要求要求不含草根等杂物。

 

　　3.2振动沉管桩施工

 

　　3.2.1施工准备工作

 

　　施工前先清理平整场地，清除地面障碍物；测量放线，按设计要求绘制布桩图，并用白灰或小木桩标注于实地，测量原地面高程，确定空打深度；通过试桩确定施工技术参数；碎石材料进场并送样检验。3.2.2技术参数的确定

 

　　施工前，根据设计要求在现场进行制桩试验和必要的测试，便于确定主要技术参数，以保证大面积施工质量。应选择符合设计和规范要求的石料进行试桩，并记录制孔、清孔、制孔时间和深度、钻进速度（m/min）、压入碎石量及电流变化等，以选定科学合理的施工技术参数。

 

　　3.2.3施工工艺：

 

　　振动沉管桩施工工艺流程如下：

 

　　(1)施工顺序：由里向外逐排施工。

 

　　(2)成桩工艺，有一次拔管成桩法，逐步拔管成桩法、重复压管成桩法，本工程根据地质拟采用逐次拔管法：场地平整→测量放线→桩套管就位调整→桩套管下沉及接管→终孔投料→振密→桩套拔出

 

　　(3)振动沉管桩施工步骤

 

　　(4)放出每根桩位并编号，桩孔位置钉标桩定位。

 

　　(5)打桩机就位。将打桩机按施工计划移至桩位，打桩机就位后，应检查打桩机是否平稳，导向架是否与地面垂直，如不能满足垂直偏差≤1.0%，成孔中心与设计桩位偏差≤50mm，则应立即重新调整机位，以满足要求。

 

　　(6)振动沉管：打桩机按桩点就位后。各项要求均满足规范与设计要求，即可开机进行振动沉管，振动至设计标高。启动振动锤，将沉管和桩尖送入至设计的深度，若遇阻加大加压力量。

 

　　(7)拔管、振动、加料：当沉管达到设计桩底标高后，将碎石从进料口加入，填料时要分批加入，不宜一次加料过多。拔管、振动、加料应同时进行。边拔管、边振动、边加料，每拔管3～5m时应下沉振动一次，以确保碎石振捣密实。应控制拔管速度，不能过快，否则会导致成桩直径较小，甚至产生缩径或断桩，也不能过慢，过慢则振动时间长，会使得桩体下部细颗粒材料含量较多。桩底细颗粒过多而降低桩身强度，也容易离析。

 

　　(8)桩机移位：将桩机移至新的桩位，然后重复上述的过程进行下一根桩的施工。

 

　　3.3施工中的质量控制3.3.1桩长控制

 

　　为了保证成桩质量必须保证成桩桩长，成桩桩长要注意两点，一是桩尖为圆锥形，桩尖处的深度应比设计深度深一个桩尖长度，二是碎石桩桩头部分的密实度难以保证，成桩顶部也要高出设计桩0.5m。

 

　　3.3.2活瓣桩尖的要求：①桩尖的制作使用普通与桩管等直径的活瓣桩尖，须经多次反插才能达到设计投料量，实践证明扩大头型活瓣桩尖效果优于普通活瓣桩尖，减小了桩管下沉及上拔阻力，增大了反插与挤密作用效果，提高了功效；②密封性要求桩尖密封性好可减少进入桩管的泥土数量，保证桩的尖部施工质量；③桩尖开启角要求如反插时活瓣桩尖完全打开，石料在管内形成活塞运动，不能对桩体进行有效的压密。桩尖由四块活瓣组成，在扩径段外焊接8块限位块，使桩尖活瓣开启角≤60°。在桩管提升时，活瓣打开，稍向内倾斜，不影响下料。反插时由于桩尖受到向上的压力，活瓣闭合，使桩间土挤密，桩体压密。3.4容易出现的质量事故及防范处理

 

　　(1)断桩或缩颈

 

　　为防止出现断桩、缩颈，在施工过程中应降低钻进速度和拔管速度，减小激振力，控制碎石投入量，填料要分批加入，不宜一次加料过量，保证试桩确定的装料量，每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时应继续加料，继续振实，防止“颈缩桩”的出现。

 

　　（2）桩体密实度不够

 

　　①采用的碎石最大粒径不得超过5cm，最好采用2-5cm。②适当放慢桩管提升速度。③不宜一次加料过量，原则上“少吃多餐”，每一深度的桩体在未达到规定的密实电流时应继续加料，继续振实。④在软弱地层采取隔打方式。

 

　　（3）桩尖活瓣未能打开

 

　　采取的措施是更换桩尖活瓣或调整各种施工参数，找到与之相适应的参数来保证工程质量。

 

　　3.5振动沉管碎石桩质量检测

 

　　4.结论

 

　　文章通过结合笔者的实践经验，总结出振动沉管桩施工的相关工艺，以及该方法的关键环节质量控制；同时结合工程实例总结出一些成功的施工经验，从工程实践效果来验证振动沉管桩在工程中的可行性，可为同类工程提供参考借鉴。

 

　　参考文献

 

　　（1）《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）

 

　　（2）房明杰.振冲碎石置换桩加固软弱地基处理中的应用[J].山西建筑，2005，31(1)：70271

 

　　（3）叶书麟.地基处理工程实例应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.180-215