振冲碎石桩法在高液限软粘土地基处理中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年６月　【ｌ１国灌湾建设　Ｃｈｉｎａ　Ｈａｒｂｏｕｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｊｕｎ．，２００７　Ｔｏｔａｌ　１４９，Ｎｏ．３　第３期总第１４９期　振冲碎石桩法在高液限软粘土地基处理中的应用　张晓光　，曹永华　（１．天津港东疆建设开发有限公司，天津３００４５６；２．中交天津港湾工程研究院有限公司，天津３００２２２）　摘　要：首先对振冲碎石桩法在不同土质地基中的加固机理进行了阐述；然后，以实际工程为依托，对应用振冲　碎石桩法处理高液限软粘土地基的施工、加固效果检测等方面的问题进行了讨论。对于高液限的软粘土地基，常　规的排水固结方法很难得到预期的效果，采用振冲碎石桩法，形成复合地基，可以较好地解决高液限软土地基的　加固问题。　关键词：振冲碎石桩；高液限；软粘土；地基处理　中图分类号：ＴＵ４７２．３５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—３６８８（２００７）０３—００３６—０２　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｖｉｂｒｏ－Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　Ｃｒｕｓｈｅｄ　Ｓｔｏｎｅ　Ｃｏｌｕｍｎｓ　ｆｏｒ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｏｆｔ　Ｃｌａｙ　ｗｉｔｈ　Ｈｉｇｈ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｌｉｍｉｔ　ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｇｕａｎｇ　，ＣＡＯ　Ｙｏｎｇ．ｈｕａ　（１．Ｄｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．ｏｆＴｉａｎｊｉｎ　Ｐｏｒｔ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００４５６，Ｃｈｉｎａ；　２．ＣＣＣＣ—Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｐｏｒｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００２２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｆｉｒｓｔ　ｍａｄｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｖｉｂｒｏ－ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｆｏｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｏｎ　ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｖｉｂｒｏ－ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｉｂｒｏ—ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｗｅｒｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｏｒ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｌｉｑｕｉｄ　ｌｉｍｉｔ，ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｂｙ　ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　ｈａｖｅ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｈａｒｄｌｙ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｎｏｗ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｓｏｌｖｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｖｉｂｒｏ—ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｔｏ　ｆｏｒｍ　ａ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒｏ—ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｒｕｓｈｅｄ　ｓｔｏｎｅ　ｃｏｌｕｍｎ；ｈｉｇｈ　ｌｉｑｕｉｄ　ｌｉｍｉｔ；ｓｏｆｔ　ｃｌａｙ；ｇｒｏｕｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　１引言　地基的加固问题。　真空预压法由于其加载速度快、工程造价低、并可以　与堆载预压法联合形成真空联合堆载预压方法等优点，在　２振冲碎石桩法的加固机理　振冲法的主要技术特点是，用振冲器插入松软的土层　中，一方面利用振冲器尖端射出的高压水冲击土层，另一　软土地基处理方面得到了广泛的应用。从加固机理来看，　无论是真空预压法、堆载预压法或者是真空联合堆载预压　法都属于排水固结　。排水固结法具有环保、经济等　方面的优势，但也存在着不足。由于常规的排水固结方法　只能处理软土地基中的游离水，因此当土中粘粒含量很高　方面利用振冲器内旋转的偏心块对周围土体施加水平振动　力，使振冲器在自重、振动及水冲的共同作用下，沉落在　所需要加固的深度，随即分层填入碎石（或卵石）料，分　段用振冲器振实，直至基底，犹如在地基中造成～根由碎　石组成并与地基土紧密啮合的碎石桩柱。振冲适用于粘性　土和砂性土，但在这两种土质中，其加固机理是不同的。　在砂性土地基中，在振冲器的水平向振动力的作用下，　使周围一定范围的砂土在强烈振动下，加之水的冲击，破　（通常表现为高液限、塑性指数很大、渗透系数很低）时，　排水固结法的局限性便凸现出来。若对此类高液限粘土采　用常规的排水固结法进行加固，往往很难满足工程设计要　求，这点已为工程实际所证明。本文采用振冲碎石桩法　，　在此类土地基中形成复合地基，较好地解决了高液限软土　坏了土颗粒间的摩阻力而产生滑移、液化，使土的颗粒在　重力及上覆压力、振动挤压力的作用下重新排列，空隙比　显著减小，相对密度提高，因此其加固原理是振动加密。　粘性土地基的加固原理主要是振动置换，即灌人土中　的碎石填料，在振密过程中置换成粗大而密实的碎石柱体。　收稿日期：２００７—０３—２２　作者简介：张晓光（１９７２一），男，工学学士，工程师，主要从事　港口基本建设工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期　张晓光，等：振冲碎石桩法在高液限软粘土地基处理中的应用　加密到桩顶。　・３７・　对于饱和粘性土地基，在成桩过程中土结构受到破坏，对　原有的土体结构强度会有一定的影响，但经过一段时间结　构强度会得到恢复。特别是设置桩体后形成排水通道，在　自重和上覆压力作用下桩问土逐渐排水固结，其密实度和　强度均会有显著提高；其次是在振冲器的水平向振动力作　用下，使桩周围的土体受到挤压，孔隙水压力增大，部分　微小气泡及孔隙水随之排出，因而土的相对密度和地基承　载力也会提高。振冲碎石桩为散体材料桩，在软土地基中　是依靠碎石置换软土，并形成高强度（相对软土）的桩柱　施工参数为：设计桩长为１１　ｍ，加密电流为８０Ａ，留　振时间１０　ｓ，加密段长度５０　ｃｍ，水压０．４～０．６ＭＰａ。桩径　１Ｉ３　ｍ，置换率０．１４５。　３－３加固效果检测　施工结束后，对加固效果进行检验。用十字板对桩间　土的强度进行检测，用超重型动力触探对碎石桩体的强度　进行检测，用堆载法对复合地基的变形特性进行检测。　由图２可知，加固后桩问土的强度依然较低，这是由　体来提高承载力和减小沉降，从而达到加固软土的目的。　碎石桩是依靠桩问土的侧限阻力来成桩的，侧限阻力与桩　间土的岩土工程性能有关，直接关联的是桩间土的不排水　抗剪强度。由于碎石桩体压缩性明显小于软土，基础传递　给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩身上，　同时桩身产生侧向变形压迫桩间土，将应力传递给桩间土，　使桩、土共同作用将应力向四周扩散，这样就形成一个大　型的桩、土协作体，即复合地基。　３工程应用　３．１工程地质条件　某港口软土地基处理工程，地基表层有一层厚度为３　ｍ左右的山皮石，其下１１．５ｍ深度范围内，地基土以高液　限粘土为主，集中在１０　ｍ深度范围内，并夹杂有部分粉　土和粉质粘土，土性随深度的变化见图１。　昌　＼　聪　图１土性指标沿深度方向分布　３．２施工参数　振冲碎石桩法的施工步骤如下：　（１）根据施工区的角点坐标，确定出振冲加固边线，　再依照振冲桩的设计位置，用钢尺定出桩位并作好标记，　以准确显示振冲桩位。（２）将振冲器移至已确定的桩位，　使振冲头对准定位标志，启动水泵和振冲器，将振冲器徐　徐沉入土中，直至达到设计加固深度以上０．３～０．５　ｍ。对　于上部垫层部分要多次往复，进行扩孑Ｌ，以便于填料。对　于下部的软土层应采用“先护壁，后成孑Ｌ”的施工方法，　即先填一些料经过挤振，将填料挤到周围软土中以加固孔　壁。（３）成孔后为了避免振冲成孔过程中泥浆浓度过大，　影响填料下降，成孔后应将振冲器在孔底停留１～２　ｍｉｎ，　冲水清孔。（４）填料采用开山石渣，将石料倒入孔中，　振冲器送人孔底振动至设计标高以上０．５　ｍ达到密实电流　并保证留振时间，在桩底振密首先形成桩头硬层，再逐渐　振冲碎石桩法对此类高液限软土的加固机理所决定的，因　为振冲对此类土并不产生显著的加固效果，主要起到置换　作用。另外，由于加固结束后即进行加固效果的检测，软　土的强度没有充分恢复，这也是强度较低的重要原因。　ｇ、Ｏ　２　４　６　图２加固后桩间土强度沿深度方向分布　由图３可知，振冲桩打设深度范围内，桩体动探击数　ＮＩ２０＞６击；振冲桩点承载力依据动探结果计算，振冲桩身　动探击数均大于６击，１０　ｃｍ，考虑到回填料的不均匀性，　强度差异较大，最终在计算单点复合地基承载力特征值时，　桩身承载力特征值按２４０　ｋＰａ计算。　击数　图３加固后桩身动探击数沿深度方向分布　堆载荷载为５１．３　ｋＰａ，１　ｄ内完成全部加载，堆载面积　为６ｍＸ　２０　ｍ，中轴线处布置３个沉降观测点，实测平均　沉降～时间曲线如图４所示。沉降量在加载初期发展较快，　时间／ｄ　４　宣　ｇ　＼　世　图４堆载沉降曲线　（下转第５７页）　　鞋　８　０　２维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期　刘若元，等：洋山深水港一期港内水域疏浚工程码头桩区泥土疏浚工艺　・５７・　皇　皇　枢　枢　蜷　蜷　Ｏ　１Ｏ　２Ｏ　３０　４０　距离码头前沿的距离／ｍ　距离码头前沿的距离／ｍ　（ａ）断面一　（ｂ）断面二　图５施工检测断面图　１　６００ｍ桩区疏浚只用了２周时间。施工完毕后，经监理平　比传统的方法更具有安全性和可操作性，可以在类似工程　行检测，结果表明，采用此工艺可以使码头桩区疏浚达到　中加以推广应用。　设计的要求。　参考文献：　５结论　［１］　上海国际航运中心洋山深水港区一期工程航道工程疏浚工程施　采用吹泥船排水口加装弯头的施工工艺，依靠高压水　５　３●　０｛０　ｎ坞　＂　工图设计说明及施工技术要求Ｅｒ］．上海：上海航道勘察设计　冲力，能够有效地对码头桩区进行疏浚，达到设计要求的　∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞　研究院，２００４．　边坡。该工艺具有简单易行，效率较高，效果较好的特点，　［２］ＴＪＴ　３１９—９９，疏浚工程技术规范Ｅｓ］．　∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞　（上接第３７页）　ＰＲ＝　Ｒ＋（１一ｍ）ｆｓＲ　（１）　后期逐渐趋于稳定。根据沉降曲线推算得到地基的最终沉　式中：　为复合地基承载力特征值；ｆｐ　为桩体承载力特　降量为６２ｍｍ。　征值；．疋　为桩间土承载力特征值；　为面积置换率。　在施工阶段检验点较多，统计加固后较有代表性的数　以各桩点的代表检验点检验结果计算的成桩承载力、　据作为计算地基复合承载力的依据。依据规范Ｉ　，单桩复　以十字板强度计算的桩间土承载力、依据规范计算的复合　合地基承载力可由式（１）计算：　地基承载力标准值，见表１。　表１复合地基承载力标准值　桩间土层描述　深度／ｍ　标高／ｍ　桩身承载力／ｋＰａ　桩间土承载力／ｋＰａ　复合地基承载力／ｋＰａ　回填碎石　Ｏ～２．６２　５．６—２．９８　ｌ８Ｏ　淤泥　２．６２～４．６２　２．９８一Ｏ．９８　２４０　３０　６０　淤泥、粘土　４．６２～８．１　Ｏ．９８—一２．５　２４０　４０　６９　４结果与讨论　高。　对于高液限软土地基的处理，常规的排水固结法往往　参考文献：　达不到预期的加固效果，采用振冲碎石桩法，形成复合地　［１］　高志义．真空预压法的机理分析［Ｊ］．岩土工程学报，１９８９，１　１　基，可以起到显著的加固作用。　（４）．　振冲碎石桩法在不同土质的地基中，其加固机理是不　Ｅ２３　刘爱民，商德仲，高志义．珠海高澜港起步工程堆载预压的试验　同的。在砂性土地基中，其加固原理是振动加密；在软土　研究［Ｊ］．中国港湾建设，２００４，（３）：３４—３８．　［３］　叶国良，李卫．振冲碎石桩加固油罐软土地基的应用分析［盯．　地基中，其加固原理是置换加强。　港工技术，２００１，（２）：４５—４８．　在高液限软粘土地基中，振冲对桩间土的加固作用并　［４３　缪林昌，刘松玉．振冲动力法加固地基机理［Ｊ］．东南大学学报，　不显著，但由于所形成的碎石桩体和桩基土的共同作用形　２００１，１　ｌ（５）：３９－４５．　成复合地基，因此地基的承载能力仍然可以得到有效的提　Ｅ５３　ＧＢ５０００７—２００２，建筑地基处理技术规范ＥＳ］．