浅谈挤密砂桩软基处理的施工控制

前言
　　随着我国国民经济的飞速发展，在软土地基上修建高速公路的数量越来越多，软土地基的处理加固已显得越来越重要。本文结合某高速公路某支线高速公路D合同段挤密砂桩软基处理，浅谈挤密砂桩软基处理的施工控制。
　　1 地质及工程概况
　　某高速公路D合同段K22+500～K23+922软基段地层为海积平原地貌，现开垦为水稻田和鱼塘，该段软基软土基本上由淤泥、淤泥质粘土、淤泥质亚粘土和淤泥混砂构成。由于地势平坦，排水不畅，地下水丰富。对现场软土取样进行试验其含水量高达58%，软土地基承载力无法满足设计强度，因此须作相应软基处理。
　　该软基段挤密砂桩（直径400mm）共35.4万m，设计桩长5m-13m，桩距1.2m-1.4m，桩位按等边三角形布置，桩身填料采用细度模数＞2.8的中粗海砂，且含泥量＜5%。充盈系数为1.25-1.35（具体根据试桩情况而定），根据设计图设定的桩长来确定沉桩的标高。
　　2 挤密砂桩施工工艺流程
　　2.1 砂桩试验段
　　在不同的软基地质条件下，为了取得成桩时间、冲水量、压入粗砂量、振动锤电机电流、充盈系数、桩体强度等施工参数，需要在软基处理范围内选定一有代表性的地方做试验段。莆秀支线高速公路D合同段砂桩试桩选定在K22+619～K22+680处，设计桩长7m，间距1.4m。该段施工地层为海积平原地貌，表层为第四系冲积成因的粘性土，下卧海积成因的淤泥，厚度约1m-8m，持力层为残积砂质粘性土，打设砂桩试桩18根。
　　2.1.1试验段施工的准备工作本砂桩试验段所用砂料为产自莆田平海的中粗砂，施工前已进行检测，细度模数3.44，含泥量1.4%，渗透系数0.036cm/s，符合规范要求。机械设备选用DZ60KSA振动沉桩机，内置平底活页式桩尖，并设有二次投料口。该机激振力为460KN，符合实际施工要求。
　　2.1.2砂桩试验施工方案
　　①施工工序：a、根据施工图确定施工区域及坐标控制点，按测量放线的轴线作为定位控制系统。采用拉线和钢尺纵横复核，布置区域边线与构造物基础轮廓线平行，用竹签放样桩定位；b、施工工艺流程：
　　桩机就位--测量定位--沉管--振动加料--提管留振--振动提升、反插--制桩结束--移下一桩；c、将桩机移至设计的桩位，沉管对准桩位（误差应＜50mm）,开启振动锤；d、沉管：调整垂直度（垂直度控制在≮1.5%的范围内），放松钢缆，并振动使其垂直徐徐沉管；e、按业主要求，根据设计图设定的桩长来确定沉桩的标高；f、桩管里加水后开始第一次投料（投满桩管），等拔管3.5m再边加水边投剩余的砂料。启动管前留振1min后，边开桩机振动锤边缓慢提升桩管，提升速度控制在1 m/min，每升1m留振30s，边振动边继续加水，直至将桩管提升到孔口；g、砂桩填料：采用天然级配的中粗砂，含泥量≯5%，并不宜含＞8mm的颗粒。测量实际用砂量与设计体积比由试桩后确定；h、按充盈系数1.25、1.30、1.35分别各施工6根桩，总计施工18根桩。按设计要求确定填砂量，提升高度和速度，挤压次数和留振时间，依据电流控制质量标准，把握好留振时间为主要，以保证桩身连续性和成桩均匀性；i、保证砂桩的密实程度，如发现实际灌砂量不够或中断，以及漏桩等情况，可在原桩位进行复打；j、桩位施工顺序应按隔行隔列跳着施工。
　　②施工管理：配备工程技术负责人、施工员、安全员、质检员、材料员。明确责任，加强安全、技术交底制度，加强现场记录签证、资料整理和汇总，按时提交报表及完整的原始技术资料。
　　2.1.3试验砂桩施工结论及施工参数
　　①成桩时间：启动管前留振1min后，均匀缓慢提升桩管，提升速度控制在1m/min，每提升1m留振30s。
　　②冲水量：桩管沉入到位后，将桩管里加满水后再投料，桩管边提升边振动继续加水，保持桩管内砂料为饱和状态。
　　③电机最大电流：以电机最大电流60A作为控制标准。
　　④充盈系数：分别按1.25、1.30、1.35各施工了6根试桩，总计施工18根试桩，经重力触探试验均满足设计要求N63.5≥8击要求，为确保砂桩桩体强度，确定按充盈系数1.30施工。
　　⑤压入粗砂量：每延米挤密砂桩压入粗砂量计算公式：K×πd2/4
　　按充盈系数K为1.30计算，每延米压入粗砂量0.163m3。
2.2 挤密砂桩施工工艺应按以下程序进行
　　整平原地面——铺设下垫砂层——机具定位——桩管沉入——加料压密——拔管——机具移位。
　　(1)对桩位进行编号，以成桩先后为序，注明于布桩图上，然后在场地上放线，用木桩定位，按序号施工避免张冠李戴；
　　(2)导管必须高出设计桩长3m-5m，桩头活页平底式；
　　(3)桩架就位后，应该调整导杆的竖直度，提升桩管，将桩头活页闭合；
　　(4)加压并开动振动锤，将钢管沉入至设计要求深度；
　　(5)在桩管内灌满水，使砂料呈饱和状态；
　　(6)应按桩孔体积和砂在中密状态时的干密度计算其实际灌砂量，然后按1.35松方系数估算用料量，一次上足或分两次投料。亦可超量投砂，即增投砂量，当桩管全部拔出地面时，仍剩余一些砂料；
　　(7)边振边均匀缓慢拔出桩管，直至桩管全部拔出。一般情况下，每拔管高度1m,停拔续振动30s；
　　(8)在孔口部位进行反插；
　　(9)移动机具，下一桩施工；
　　(10)施工完毕后,整平场地,测量标高,整理施工记录；
　　(11)施工时先施工边桩后施工中间部位。
　　3 质量控制
　　挤密砂桩施工不当或技术要领把握不住，极易留下隐患，严重影响处理效果。
　　1、施工用砂进场后须经检测后方可使用，确保砂的各项性能指标符合规范要求。
　　2、若灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，就会引起成桩桩身密实度不足，引起疏松现象。因此要严格控制投砂量，桩管内的加水量必须充足。
　　3、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。因此沉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。
　　 4、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，然后考虑变更在邻位桩；拔管前必须灌满砂料，并留振1min。
　　5、三次投料不合理，反插深度和次数有误会都会引起砂桩缩颈，必须改变投料量比例，改变反插深度和次数以满足要求。
　　6、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深度否则易出现断桩，不能保证桩身的连续性。
　　7、卡管为成桩中常见现象，要整修活页，使活页开启灵活打开。
　　4 挤密砂桩处理效果分析
　　在成桩28d后，施工单位对挤密砂桩进行重Ⅱ型动力触探检测，标贯试验检测以每贯入30cm为阵击锤击数，检测依据以合同图纸设计要求和《建筑地基处理技术规范》为依据，并以贯入30cm的N63.5锤击数不小于8击为标准来判定砂桩密实度是否合格，对挤密砂桩挤密效果以不少于总桩数的2%抽查频率进行，共对150根桩进行检测，检测结果：N63.5锤击数贯入30cm平均锤击数在12～18之间，指标离散值小，处中密状态，基本达到了预期的要求。
　　5 结语
　　软基处理方法很多,在高等级公路施工中,挤密砂桩软基处理施工工艺因处理效果好、造价低而被广泛应用。根据施工过程中和施工后期变形以及沉降观测，在路基填筑阶段挤密砂桩区累计发生平均沉降量为42.3mm,而且后期沉降量渐小,工后沉降量平均只有4mm,工后统计最大沉降量为64.2mm，基本没有位移偏移，整体效果非常好。挤密砂桩主要通过以下三个作用起到处理可液化土和软弱土层的效果：
　　1、挤密作用：采用振动法往地基土中下沉桩管和一次拔管成桩时，由于桩管下沉时对周围软土产生很大的横向挤压力，使其孔隙比减小，增加了密实度。
　　2、置换作用：密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，形成“复合地基”，使承载力有所提高，地基沉降也变小。
　　3、排水作用：在软弱粘性土地基中，砂桩可以像砂井一样起排水作用，大大缩短了孔隙水的平均渗透路径，从而加快地基的固结沉降速率，加速软土的固结。