1、振冲碎石桩在高层建筑地基处理中的应用【摘要】利用振冲碎石桩法处理地基具有施工机具简单, 操作方便,加固质量容易控制, 施工速度快, 造价低等特点, 适用于不同类土的地基处理, 具有明显的经济效益。基于此，本文对振冲碎石桩在高层建筑地基处理中的应用进行了研究。 【关键词】振冲碎石桩高层建筑地基处理 应用 中图分类号：U416.214 文献标识码： A 振冲碎石桩是利用振冲器强烈振动和压力水冲击贯入到土层深处，在土层中填入碎石，通过振冲器水平向振动振挤填入的碎石石料，形成强度大于周围土质的桩柱，它和周围的土组成复合地基。碎石桩是一种柔性桩，在荷载作用下可以变形，但强度比周围原土质要高，压缩性也明显
2、比周围土小，因此基础传给复合桩的附加应力随着地基的变形逐渐集中到碎石桩上，土质负担的附加应力减小，复合地基的承载力提高，压缩性相应减小。碎石振冲桩是依赖周围土体的侧压力保持形状并承受荷重，承重时桩体产生侧向变形，基础对碎石桩施加的应力不仅自上而下传递，同时也通过桩体的侧向变形传递给周围土体，这样碎石桩和周围土体一起组成一个刚度较大的人工复核地基，使得基础荷重引起的附加应力向四周扩散，分布趋于均匀，从而提高地基承载力，减小沉降量，目前，碎石振冲桩作为一种既经济又效果明显的地基处理方法，越来越引起人们的重视。 一、工程实例 1、工程概况 大同铁路分局同丰小区高层住宅楼 7 号楼，地上 24 层，地
3、下 2 层，为剪力墙结构，箱型基础，箱基长 342m，宽 276m，箱基标高一856m，地基承载力设计要求值为不小于 510 kPa，场地地质报告揭示，地基主要持力层范围土层分布复杂，均匀性较差，地基持力层承载力不能达到设计要求，且箱基南北方向计算沉降差较大，必须进行地基处理。即从技术、施工可靠性、工期、环境、工程造价等方面经多方案比选，决定采用振冲碎石桩处理该地基。 2、工程地质 第层：人工填筑土，本层土质由杂填土及素土组成，结构松散，厚 04 m51 m。 第层：砂类土，层底埋深 113 m173 m，层厚 90 m1320 m，以粗砂为主，上部夹有中砂，下部夹有砾砂，承载力标准值 210
4、 kPa。 第 层：粉质粘土，层地埋深 1202 m213 m，层厚 06 m- 27 m，黄褐色，含云母、氧化铁，局部与粉土互层，较湿呈可塑状态，中压缩性，承载力标准值 160 kPa。 第层：砂层，该层以粗砂为主，上部夹有砾砂，下部夹有中砂，层底埋深 235 m270 m，层厚 90 m131 m，承载力标准值 290 kPa。 第层：粉质粘土，层底埋深 245 m-290 m，层厚 10 m36 m，中压缩性，承载力标准值 220 kPa。 第层：粗砂层，顶面埋深为 245 m-290 m，承载力标准值 350 kPa。 根据地质报告显示地质情况，地基处理深度确定在碎石振冲桩端坐落在第层
5、砂层上，在已经勘察的地质情况中，为了慎重在地基开挖到标高一 73 m 时对地质情况进行了补充勘探，进一步明确了各层地质的埋置深度，查清了振冲处理范围内土层准确的分布、物理性质以及力学性质，使得振冲桩准确地穿越第层粉质土层，进入第层砂土中。 二、振冲碎石桩原理和特点以及适用范围 1、振冲碎石桩的适用范围 它适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。 2、振冲碎石桩的原理 振冲碎石桩是利用压力水冲和振冲器的水平振动力在软土中成孔, 然后填入碎石以置换软土, 并通过控制密实电流和留振时间以及填料量振密成桩柱体, 桩柱体与桩间土共同组成复合地基。当复合地基受上部荷载时, 通过碎石垫层的流动
6、补偿性将荷载逐渐合理分配到桩柱体和桩间土上, 使之协同受力。同时,复合地基受荷产生的超孔隙水压力通过桩柱体消散, 使桩间土排水固结, 强度得以提高, 从而达到加固地基的目的。 3、振冲碎石桩的特点 振冲碎石桩的特点是技术可靠、机具设备简单、操作技术易于掌握，可节省建筑用材、加快施工进度、节约投资。碎石桩具有良好的透水性，可加速地基固结，并能很好地提高地基承载力。作为住宅建筑，应本着安全、适用、经济的原则，尽量地加快工程建设，缩短建设工期。作为地基处理更应为缩短工期做贡献，而振冲碎石桩处理地基可以很好地做到这一点，故选择这种地基处理办法应该是最佳的。 三、碎石桩设计 在充分考虑了地质情况后，设计
7、把处理深度确定为 11 m，以使碎石桩的桩端坐落在第层土层上，并在设计中考虑到振冲处理要穿越圆砾石土层，且处理深度较深，经过计算确定用 75 kW 大功率振冲器，比一般常用的 30 kW 和 55 kW 的振冲器提高了功率，从而达到挤密范围大，处理效果好，振冲桩桩距大的目的。进而达到桩数量减少，碎石量减少，工期缩短，费用相应降低的目标。由于振冲碎石桩的设计没有相对固定的计算理论，需要根据现场实际试验不断调整。具体做法是，在正式施工前在拟处理的地基上进行试验，以取得设计所需的技术参数，再根据现场试验取得的资料进行准确设计，并制定相应的施工工艺参数和技术要求。根据结构计算要求，处理后的复合地基承载
8、力标准值必须不小于510 kPa，在基坑中央按等边三角形布置打试验桩 16 根，桩距 S=18 m，桩深 110 m，在制桩完成后 1 个月，对桩体进行单桩载荷试验和桩间土承载力试验，得到的结果是单桩承载力标准值达到=1 410 kPa，桩间土承载力标准值达到=230 kPa，成桩后桩体平均直径为 11 m，由下面公式可计算出设计桩间距 S，根据计算对原设计进行桩间距的修正。 =m+(1 一 m)。 式中： 复核地基承载力； 桩体单位截面承载力标准值； 桩间土的承载力标准值； m 面积置换率。 m =。 式中：d 桩直径； 等效影响圆直径。 对于等边三角形布置 =105S，S 为桩间距。 将各
9、值代入上式求得，m=0237，由 m=，d=11 m；得 de=2259 m，S=de105=2259105=2152 m，取 S=21 m。由上式计算最后取设计桩距 21 m，等边三角形布置，地基处理范围为满堂处理，考虑到应力扩散，减轻基础边缘土侧向变形，基础外围设两排护桩，本设计共布置 382 桩。 施工工艺 造孔阶段 吊车吊起振冲器，对准桩位，起动锤头，打开高压水开关，然后向下慢放振冲器。振冲器在水平振动的同时利用其重力及高压水的冲力下开始以 1.52m/min 的贯入速度徐徐贯入地层，水压应控制在 0.6kPa。随着振冲器的下沉，粉质粘土及粉砂等随高压水流排除孔外，而后通过排污沟被排污
10、泵抽出场地，进入沉淀池，每隔 0.51.0m 留振 1015s，以确保孔径增大，排除泥质，以防缩颈。造孔过程中振冲器电流不得超过其额定电流值。一旦超过应立即减慢下沉速度或停止甚至上提振冲器，待高压水冲松土层后再继续下降振冲器。最后在设计深度以上 0.30.5m停止下沉，完成造孔。 孔阶段 振冲器在孔底留振 12min 后向上缓慢提出，并每提 0.51m 停止留振冲孔 10s 左右，直至孔口，上下提落 12 次。本阶段目的是清理孔内淤泥和粉砂，要求上返淤泥变稀稠度小于 20s，方可进入填料阶段。 填料阶段 填料方法采用连续填料法，该法是振冲器始终留在孔中，逐渐上拔，石料从孔口连续填入。 振密阶段
11、 待上返污水变清达到要求后，开始填料振密阶段，水压调至0.20.4MPa，水量减小至 200kg/min 以下，提出振冲器向孔内倒入碎石1.5m3。然后将振冲器下至孔内进行振密，受振冲器水平振动作用，松散的碎石逐渐被振密。同时也有部分碎石被挤入周围土中，使孔径扩大，振冲器受到的侧向约束力不断增大，这样振冲器电流也随之增大。如果振冲电流达不到密实电流要求值，则应提出振冲器，再往孔中倒入碎石继续振密，如此往复直到密实电流值，并稳定在该值上 510s，这段桩体即振密结束，然后振冲器上提 0.30.5m，进行上一桩段的振密制作。同时保证密实系数大于等于 1.3（即投料入孔料为设计计算量的 1.3 倍以
12、上） 。 成桩阶段 从孔底逐渐填料、振密、直至设计桩顶标高以上，尔后关机，关水，这样一根完整的碎石桩即制作完毕。然后移位进行下一根桩的施工准备。总结 根据本工程的实践，用振冲碎石桩处理地基，能有效地提高地基承载力，使得处理后的地基强度比较均匀，对地基的不均匀沉降也有显著的效果。采用振冲碎石桩法施工较为简单，工艺易于控制，机械化程度较高，施工速度快，地质适应性强，不受季节气候影响(本工程就是冬季施工)，工程质量易于控制，工程造价较低，比同样处理效果采用钢筋混凝土灌注桩节约投资近 40，是一种值得推广的处理方法。 参考文献 1董长竹。 振冲碎石桩复合地基的设计和施工及检测J 山西建筑，2010，36( 24) : 135-136 2中华人民共和国建设部.建筑地基处理技术规范 JGJ79-2002S.北京：中国建筑工业出版社，2002
