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岩土研究院

袋装碎石桩加固深厚淤泥多层住宅楼地基

335 2022-05-24 14:58:46

(一)工程地质概况


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(二)地基处理方案

由于本场地淤泥层土的不排水剪切强度仅为14.7kPa。小于通常振冲碎石桩成桩的主体不排水剪切强度 20kPa的下限值,考虑到在这种高含水量、低强度的土中采用振冲法施工不但碎石会大量向周围软土挤出,使灌入量大大增加,桩径不规则,而且碎石也不易振密。地基承载力提高幅度和压缩性的减小幅度也受到限制,此外对于饱和软粘土,振冲器的振动作用只在于配合水的冲击便于成功,不象在砂性土中具有挤密效果,而振动与挤压还会造成土体结构的扰动与破坏,致使强度降低。因此,最后决定采用射水成孔袋装碎石桩方案进行加固。


考虑到软基上的住宅建筑,一般具有中间沉降大,端部与边缘沉降小的特点,碎石桩的布设也采取了中间置换率大、端部与边缘置换率小的方案。中间部位,桩距取 0.9m,边缘附近取1.0~1.4m。桩长根据淤泥层的厚度以穿透淤泥层进人可期粘土层为限,一般取9.5~10.5m。桩径控制在39.0cm 左右。为了减少不均匀沉降,在11m×42m 的加固范围外,不设围护桩,以增大边缘部位的沉降。碎石桩顶部铺设 20cm 厚的砂垫层。


(三)射水袋装碎石桩的施工


1.主要施工机械

(1)离心水泵一台,功率为15kW,扬程为 28~36m,流量为65~100m3/h。

(2)简易射水器一台。射水器下部装有三个φ19的锥形射水嘴,以借水泵提供的压水力冲击成孔。射水嘴外有φ360的环刀,以下切土层,并控制成孔直径。

(3)SH30-Z型钻机一台,用以上下往复升降射水器与直径为110mm、重0.7kN 的使碎石致密的插捣棒。

(4)插入式混凝土振动器,软轴长度有两种,分别为 4.6m 与6.6m,用以振捣深度 4.0m 或6.0m 以内的上段碎石桩。

其它尚有污水泥浆泵,保护孔口的护简以及排水圆盘与排水槽等。


2.施工控制

(1)施工顺序

中间部分采用隔桩跳打的顺序施工,在成桩时产生的孔隙水压力消散后再打紧邻的桩。边缘或端部桩间距大于1.0m 的桩孔,可采用连续按顺序逐孔施工。

(2)碎石桩的制作

用射水器冲孔,冲至设计深度后,清孔4~8s,以排除泥块与泥浆,至基本无小泥块泛起为止。清孔后,应重新用测深锤量测孔底实际深度,以保证沉渣厚度小于 20cm,否则应重新清孔。清孔后,倒入碎石 0.04m²,用插捣棒插捣,使碎石与沉渣混合以增大桩底土的密实度。然后放入直径为φ367的预制土工织物袋,并倒人碎石,边填边捣直至填至设计高度为止。


原加固设计袋装碎石桩考虑穿透淤泥层,抵达可塑粘土层,但在施工第一幢住宅地基时,发现因碎石桩长度较大,平面布置较密,常发生串孔。根据文献报导,在深厚软粘土层中,桩长取6~8m,同样也能取得较好的加固效果。为此在第一憧楼的施工后期与第二幢楼施工中,桩长全部改为7.2m 与8.4m 两种。第一幢楼碎石桩的土工织物袋的长度为5.2m,其上段 3.2m为双层,以加强临界长度范围内的围箍作用。第二憧楼碎石桩,则采用单层土工织物袋,其长度与桩长相等。


当袋装碎石桩施工完毕,再用0.5kN的重锤,以O.5m 的落距在桩顶连击5~6次,以提高碎石桩浅层部分的密实度。


(3)填料的选用

第一幢住宅工程共布设桩422根,其中 31 根采用粗砂填料、306根采用粒径为 3~6cm、颗粒大小比较均匀、级配较差的碎石。成桩后经重型(Ⅱ)动力触探试验表明,桩体密实度较差,因此,其余的 85 根桩体采用粒径为 0.5~10cm级配良好的河卵石。成桩后经重测(I)动力触探试验表明,场地1.5m 以下的桩体,连续5击的贯入度均小于 7cm,表明碎石桩已达密实状态。所以,在随后施工的第二幢住宅楼地基加固中,设计的 430根碎石桩全部采用粒径为0.5~10cm级配良好的河卵石作为填料。


施工中每根桩的充盈系数应控制在 0.95以上。


3.加固效果

为了检验袋装碎石桩加固地基的效果,地基处理前后分别采用直径为 2.05m 的圆形荷载板进行了静力载荷试验。复合地基载荷试验载荷板下覆4根袋装碎石桩,置换率为0.15。现场载荷试验得到,天然地基的极限承载力为178kPa,承载力基本值为 89kPa∶复合地基承载力基本值按沉降值为0.02倍载荷板直径所对应的荷载值而定,可得为141kPa,是天然地基承裁力基本值的158%。远远高于条形基础基底的设计压力。地基处理达到了预期的要求。


通过开挖实测,一,二幢楼平均桩径分别为39.0cm 和39.5cm,且整根桩径均匀密实,与原设计桩径基本一致,说明由于土工袋的围箍作用,相应增加了土体对桩体的约束;使得施工质量和填料量易于控制和保证,从而可使碎石桩及复合地基在受力性能与承载力方面均会有较明显的改善与提高。


通过土工织物袋装碎石桩与一般的振冲碎石桩相比,在承载力提高幅值相同的情况下,碎石置换率将近减少一半,相应可大幅降低地基处理的费用,有助于降低建筑工程的造价。此外,由于土工织物袋能起到隔离、过滤与保证排水固结并防止软土受压后挤人碎石孔隙等优点,能加快高含水量、低强度软粘土的固结排水,使地基土的强度能较快的增长。另外。由于土工织物袋的围箍作用,相应提供或增加了土体对桩体的约束力,从而使得碎石桩能用于较为软弱的土层,为在低抗剪强度软土的地基处理,提供了一种新的途径。