摘要: 本文通过对嘉安一级公路振动沉管挤密桩的阐述，详细的介绍了振动沉管挤密桩的施工工艺及方法和施工质量保证措施等。
随着现代公路软土地基处理技术在各项实际施工中的广泛应用，公路软土地基处理的方法也有不同的种类，目前公路工程施工中常用的软土地基处理方法有强夯置换法、密实法、加筋法、灌浆法、复合地基法、振动沉管挤密法等多种，下面结合嘉安路的施工谈谈振动沉管挤密法在公路施工中的应用。
一、嘉安路工程概况
嘉安一级公路位于祁连山和马鬃山夹峙的中间地带，即为河西走廊中游平原，其间又被黑山、宽台山、截山子等一些低山丘陵分割为赤金——清泉绿洲区、玉门镇绿洲区等小型平原绿洲地带、冲洪积扇平原及疏勒河中下游三角洲平原。软土地基处理地段主要位于玉门镇绿洲地带,全长17.5km的路基软土地基分布区早期曾是沼泽、湖泊、古河槽，近期由于干涸，现为盐碱滩中的低尘洼地，属内陆盐渍土。地质为亚砂土和盐粘土，地表生长的芦苇、芨芨草、赖草等，并且地表面上覆有泥炭层，下面为饱和淤泥，含有一定数量的化学沉积物和细颗粒粘土。为保证该地段的工程构造物的安全与正常使用，设计中对桩号为K118+200～K118+405.4段采取振动沉管挤密砂砾桩处理。
二、振动沉管挤密桩的作用机理
振动沉管挤密桩是利用挤密或振动使地基土密实，并在振动或挤密过程中回填砾料，形成挤密桩，与桩间土一起组合，复合为地基。其主要目的是提高地基土承载力，减少变形和增强抗液化性。在加固地基抗液化方面的机理主要是，通过在成桩过程中桩管对周围液化土产生横向挤压力，使其周围土层孔隙比减小，密实度增大；通过在桩孔内充填砂砾，在地基中形成渗透性能良好的竖向排水降压通道，有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，防止产生液化，加快地基排水固结；通过在成孔成桩时振动锤的强烈振动，使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，增加抗液化能力。
三、振动沉管桩布置型式
嘉安一级公路振动沉管挤密砂砾桩施工图设计桩间距1.1m，即顺路方向排距为0.55m，横路方向排距为1m，置换率为0.183，平均桩长9.0m，桩身直径0.5m，现场施工中实际桩长以打到持力层（圆砾层）为准（布置型式如图1）。
四、振动沉管挤密桩相关参数
1、 桩身材料的选择：桩孔内材料选用经优质水冲洗干净后的砾石，直径范围在5mm～60mm之间，级配良好的中粗砾，不均匀系数≥5，曲率系数1～3。但不宜采用风化石块，直径不宜太大，料径太大容易造成卡管。
整个桩需要的总填料量由以下公式计算：
V=μNVPL
L---------桩长；
N---------桩数；
VP--------每米桩体所需填料量；
μ--------富余系数（挤密系数），在嘉安施工中我们试验确定为1.1～1.2。
2、桩径和桩长：桩身直径50cm，设计标准桩长9m，在施工中应穿透盐渍化软土层，进入下部持力层（圆砾层）为合格。
3、布桩型式：采用等腰三角形布置，并在施工中桩与桩之间距离偏差不大于10cm。
五、施工准备
1、 根据实际编制实施性施工组织设计(施工技术方案、质量计划)，编制中力求考虑周到，措施得力，便于操作。并上报监理工程师批复。
2、 拆除障碍物，平整场地，然后进行挤密桩施工。
3、根据设计文件要求，布设桩位，桩间距及安排桩的分布形式，在原地面上用明显的标志将桩身位置标示出来，如生石灰、绑有红布条一次性筷子或其它方法，然后进行桩间距、桩位布置型式、成桩机机身标志尺寸等的详细检查，使其符合现场施工要求和规范规定。若有灌注桩和构造物基础，施工前必须完成挤密桩。在灌注桩两侧布设桩位时，应预留钻孔灌注桩施工位置，预留净距约为140cm。
4、 机械设备及材料的选择。根据地段的地基、桩径及桩长情况，选择合适的机械设备。通常振动挤密桩的施工机械包括以下几部分：振动机（振动和锤击）、料斗、振动套管、现场上料设备等组成的振动成桩机。在嘉安十标的施工中采用两台DZ60型走管式振动管机，振动锤45t，激振力不小于28t，管端设活瓣桩头，桩管顶部设投料口。桩机起动电流量达80A，所以在起动时为避免变压器负荷过大，我们采用分机启动。
六、现场工艺试验桩
1、实际施工之前，进行了桩试验，以便根据现场实际确定各项技术参数，如成桩时间、压放砂量、工艺确定等，确保大面积施工质量。
2、 针对性选择试桩位置，既要考虑软土厚度，又要顾及地质特点，关键是必须选择有代表性的位置，每处不少于5根。
3、试桩时施工方、监理方均应派员在场，做好详尽的现场记录。成桩30d后进行单桩承载力、单桩复合地基承载力试验及桩身密实度检测。试桩完成后必须提交试桩报告，重点阐述桩身密实度、桩长、荷载试验情况(含荷载P－沉降S曲线，沉降S－时间t曲线)，总结评价施工工艺、施工质量、加固效果。
七、施工工序及方法
我们采用的振动沉管法施工工艺如下：
桩身填料由拌合机具和人工配合按比例拌合生产，在做好一切准备工作后，严格按照试桩报告进行以下施工工艺操作：
1、将成桩机缓慢移位至桩心位置，并将地面上套管的位置进行再一次确定，然后开动振机，将带有特制桩尖的钢制桩管（套管）打入土层中设计深度，如遇有坚硬难打的土层，可辅以喷气或射水予以助沉。
2、 将套管打入到设计深度后，再进行向下施打，若继续沉入，则说明还没有达到持力层，直至不再沉入时为止。此时应详细记录沉入的深度和打入的时间，并辅以记录气压。
3、 用送料斗通过上部送料口对管桩体进行送料，送料过程中沉管机进行连续振动，中间不能停歇，投料要快捷、均匀、粒料级配合理。
4、将套管拔到一定高度时，套管内砾料在自重和压缩空气作用及振动沉管机强大的振动作用排料于软基土中，并形成密实的桩体；
5、再将套管打入规定的深度（嘉安一级公路根据试桩确定为每提管5m，向下反插2m，如此反复循环），使排出的填料在振动的作用形成密实的柱体，并且在反插的过程中填料再一次挤密周围的土体；
6、反复循环，反复作业，在作业过程根据料管内下料的声音和进料的速度，要准确判断是否有卡管等现象，如遇填料没有下沉，及时采取提管或敲打振动管壁等措施，达到进料要正常，并且投入的填料要达到设计数量。
7、以上工作反复作业，直至达到地表。因嘉安一级公路该段地质地下水位在-0.3m左右，并且是沼泽型泥炭地层，在施工前机械无法进入进行清表工作，所以在施工中超打地面以上0.5m～1.0m，为方便以后施工机具进入进行清理地表，并有利于顶端浮桩的清理和桩体的密实。
八、成桩质量的几项措施
1、为使施工过程排料充分，桩管拉拔时不宜太快，以保证桩身的连续性，通常拔管速度宜控制在2m/min左右；
2、在套管未入土之前，先在套管内投料约1.0～1.5m3，打至持力层后要复打2～3遍，这样根据嘉安十标施工取样观察可保证桩底成孔质量。如不采取此措施，施工中发现在软弱粘土层出现夹泥断桩现象，因为套管在打入一定深度后拔拉时，没有挤密的软粘土会重新回复，形成缩颈和断桩，同时底部的软粘土极其软弱，会因振动而往下塌沉。采取上述措施后，使底部土体更加密实，成孔效果更好，并且有少量的填料被排出后分布在桩体周围，这样既挤密了桩周的土，又形成了较为坚硬的砂泥混合孔壁，对成桩效果极为有利。
3、每段成桩不宜过大。成桩过大易造成排料不畅，如遇排料不畅可适当加大拔管的高度和风压。在打入过程中，若出现排料不畅及泥砂倒流现象时，底部套管打入时产生了较大的孔隙水压力，在这种情况下加大风压，就可克服这种现象。桩管快拔出地面时，应减小风压，以防止填料外扬。
4、套管内砾料要保持一定的高度，并控制每根桩的填料量，以保证成桩后桩身的密实和直径达到设计要求。
九、 施工注意事项
1、 沉桩时桩管竖直度不够，或受邻桩振冲影响，容易引起已成砂桩倾斜。因此成桩时要经常校正桩管竖直度，相邻桩应间隔跳跃施工，避免相互间震动影响。
2、 桩底空松或桩底端料少或无料会引起短桩，沉管时遭遇局部硬土层或孤石，处理不当也会造成桩长不够。如果遇到土层或孤石，处理方法最好是即时停机，在桩位旁边试打，确定硬土层范围，然后考虑变更在领位桩；拔管前必须灌满砂料，并留振1min。
3、断桩是施工中常见病害，造成的原因有反插深度有误、塌孔、卡管活页打不开等。要严格按工艺性试桩提供的技术参数及成桩步骤控制拔管高度和拔管进度，否则易出现断桩，不能保证桩身的连续性。
4、施工标高的控制：成桩施工的标高要高于地面设计标高0.5～1.0m，以便将桩顶部分没有充分挤密或有松动的表层部分在清表时铲除，达到密实桩体。
5、施工顺序：由路基边线位置向路中线同时施工，施工采用间隔跳打，这样有利于土体的挤密和充分将地下软泥层和砾料形成固结体。
6、严格控制沉管时间、各段的灌料量、提升速度、提升高度、成桩时间和桩位偏差。
7、如实际的灌料量未达到设计要求，应在原位复打一次，并灌料，或在其旁边补加一根，这样形成的桩体复合地基承载力不会受到影响和降低承载力。
8、 挤密桩的平面位置和垂直度均要符合设计要求的允许值。
9、施工时严格按设计的桩长、桩距、桩径、灌料量以及试桩时确定的提拔速度、挤压次数、留振时间、电机的工作电流等参数进行施工，以确保挤压均匀和桩身的连续性。
10、 要保证起重设备（管体起重卷扬机）的平稳，导向架与地面的垂直，且偏差不应大于1.5%，成孔中心与设计桩心偏差不大于50mm，桩径偏差控制在–20mm以内，桩长偏差不大于100mm。
十、效果检测及结论
桩体施工完毕后，由长安大学和中铁西北科学研究院共同组成的效果检测组用静载试验对单桩承载力和复合地基承载力进行了检测，其单桩承载力平均220kPa，复合地基承载力185kPa，均能满足设计复合地基承载力160kPa的要求。
总之，振动沉管挤密砂砾桩在公路软土地基施工是一项比较切实可行、效果良好、处理方法先进、能提高地基承载力的施工工艺，对于具体的地质条件我们应从地基条件、处理要求、工程费用、工程进度等各个方面综合考虑，以确定合适的地基处理方法。
酒泉公路总段 张志梅
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