CN100441781C - 盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法 - Google Patents

Abstract

一种盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，简称为DPD强夯法，其施工步骤如下：先将桩机就位，然后启动桩机，使桩管在设定位置垂直下沉至设计深度；向沉管内投放碎石、卵石、粗砂、砂砾石等粗颗粒形桩料；投料完毕后拔管，形成排水桩；再依照前法形成若干排水桩；在处理区域表面覆盖各排水桩位铺垫一层粗颗粒材料形成排水面层；在排水面层上面进行点击强夯形成夯坑；待地基中的地下水渗入各排水桩、再透过排水面层汇集至夯坑中，将汇集于夯坑中的地下水抽排出施工场地外；最后回填夯坑并找平。可大幅度提高盐湖地区、高地下水位盐漬土的地基承载力和模量，节约地基处理费用，提高施工质量和施工效率。

Description

盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法

(一)技术领域

本发明涉及一种地基的处理方法，特别是在盐漬土地区的地基处理方法。

(二)背景技术

柴达木盐湖是青海省的自然资源，也是西部大开发战略的重要矿产资源。但盐湖地区的土为盐漬土，其天然地基强度低，只有经过处理方可进行上部建筑。由于盐湖地区地下水位高，在地表下约1m，且几乎都是含盐量饱和的卤水，并含大量的矿物质，存在严重的腐蚀性问题，工程中常用的桩基础和水泥系地基处理方法均不能使用，多年来当地只能采用碎石桩复合地基进行地基处理。一般碎石桩的主要加固机理是挤密加固地基土。由于土的强度不均匀，对土较弱的地层，就要增加挤密效果，施工中会采取诸如增加留振时间、多次投料反插成桩等措施。由于碎石桩复合地基的强度极为有限，地基条件严重制约了盐湖地区的建设发展。往往为了满足建(构)筑物的最低使用要求，事倍功半地加大地基处理投入，使盐湖地区的地基处理费用居高不下，因地基问题造成的建(构)筑物损坏现象也屡见不鲜；更有甚者，部分重型、大型建(构)筑物只能迁出湖区进行建设。

此外，还有一种传统的地基处理方法为强夯法，通过起重机械吊起至少10吨以上(最重达50～60吨)的夯锤，提升至几米至数十米的高度，再让夯锤自由下落夯击地基土，通过夯击的高能量，强力破坏原土结构并挤压土骨架，迫使土中的水、气排出，从而使地基土变得更密实，达到加固改善地基土的目的。但常规的强夯处理，在夯击能作用下，原土结构性被破坏，土中孔隙水压力急剧增加，由于盐湖地区地下水是饱和卤水，粘滞度高，土的渗透性差，地下水难以排出，超孔隙水压力使土颗粒骨架所承受的有效应力减小，土的抗剪强度随之急剧降低，在连续的强夯夯击力作用下，土产生剪切强度破坏，四处滑出、隆起，但土的密度几乎不会增加。随着超孔隙水压力的消散，土的结构强度虽然可以慢慢恢复，一般只能恢复到原来的天然地基承载力。也就是说，常规强夯处理后，地基土基本上不能得到加固改善。强夯法的处理效果，取决于土中水能否顺利排出；而土中水能否顺利排出，又取决于土的渗透性高低。盐湖地区的地下水丰富，需要排出的水量大；且地下水是卤水，其粘滞度远高于淡水，其渗透挤出很困难，当地俗称“癞蛤蟆”水。采用常规强夯法进行地基处理，在夯击能作用下，土骨架破坏后，挤出的土中水不能顺利排出，使土颗粒裹携水形成“橡皮土”，不仅不能改善土的密实度，反而破坏了原土的结构强度，使盐漬土强度越夯越低。现行国家行业标准《盐漬土地区建筑规范》SY/T 0317-97第5.3.1条，规定强夯的适用条件为“地下水位以上，孔隙比较大的低塑粘性土和砂土”。也就是说，盐湖地区的盐漬土完全不符合规范中要求的强夯适用条件。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，简称为DPD(强夯Dynamic consolidation，桩Pile，排水Drainage)强夯法，要解决盐漬土地基强度低、水位高、地下水不易排出的问题，并解决提高盐漬土地基承载力、减少建(构)筑物沉降量的问题，还要解决常规强夯用于盐湖地区盐漬土处理效果不好，盐湖地区的地基处理费用居高不下的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，在处理区域内按设计要求确定桩径、桩长、桩距，其特征在于施工步骤为：

步骤1、桩机就位，桩管准备；

步骤2、启动桩机，使桩管在设定位置垂直下沉；

步骤3、桩管下沉至设计深度；

步骤4、向沉管内投放粗颗粒材料；

步骤5、投料完毕；

步骤6、拔管；

步骤7、形成排水桩；

步骤8、依照前法形成若干排水桩；

步骤9、在处理区域表面覆盖各排水桩位铺垫一层粗颗粒材料，形成排水面层；

步骤10、在排水面层上面进行强夯；

步骤11、在每个强夯位置形成夯坑；

步骤12、待地基中的地下水渗入各排水桩、再透过排水面层汇集至夯坑中，将汇集于夯坑中的地下水抽排出施工场地外；

步骤13、回填夯坑并找平。

优选的技术方案：上述步骤4和步骤9中，粗颗粒材料可以是碎石、卵石、砾石或粗砂。

上述步骤6中，在出料不畅时，启动空压机，由高压气管向桩管内进行风压送料。

上述步骤10中的点击强夯为至少一次强夯，在经历了一次强夯后，重新施工排水桩后进行下一次强夯。

上述桩机可以是振动沉管桩机、振动沉管风压桩机或静压沉管桩机。

上述振动沉管风压桩机，在桩机主架上垂直连接桩管，其特征在于：桩管为直径上小下大的瓶形变径桩管，桩管上端经法兰盘与振动锤头连接，上述桩管与一个风压送料装置连接，风压送料装置的空压机经高压气管连接桩管内的送风管，送风管的上端自桩管较细部位侧面连接高压气管，送风管沿桩管内壁向下，出气口位于桩管下端。

在桩管进料口以下安装单向活门，单向活门在投料时开启，风动送料时关闭。

上述桩管直径略大于设计桩径。

上述振动沉管风压桩机的桩管下端出料口连有单向的出料门，出料门为内置桩靴、活瓣桩靴或预制桩尖。

上述其送风管在下端部可分叉，分出两至四个出气口。

本发明与现有传统技术相比具有以下特点和有益效果：本发明预先在土中设置排水桩，强夯施工后土中孔隙水压力升高，由于排水桩桩体材料是渗透性非常好的砂石，排水桩的形成不是多次投料挤密成桩，而是采用碎石、卵石、粗砂、砂砾石等粗颗粒尽量一次投料成桩，强夯施工后土中孔隙水压力升高，由于排水桩桩体材料是渗透性非常好的砂石，桩周边土中的地下水可以直接进入排放的高速渠道；而一旦水开始排出，排出端的水压就会降低，由于水头作用，很快在强夯影响范围内的土体中，会自然形成通向排水桩的连续、有序水流，这样就为地下水的排放提供了高速排放的通道，地下水经过排水桩和排水面层内粗颗粒间隙形成的水通道排出至夯坑内，再抽排至地基外，解决了地下水的排放问题，随着地下水排出，土的密度相应增加，所以本发明的地基处理效果明显优于常规强夯法。

盐湖地区盐漬土的天然强度很低，软土的回淤现象严重，施工中要求一次投料成桩非常困难。本发明可采取如下技术措施，以保证桩径均匀、桩身连续规整：

1、采用变径桩管。根据设计投料量确定桩管直径，一次性加足桩料并储存在桩管内，避免施工中二次加料。

2、桩管所成桩孔大于设计桩径，使振动拔管成桩时土压力减小，有利于桩料排出成桩。

3、增设气压出料装置。开始振动拔管成桩时，关闭单向阀门，开启压缩空气送料。

本发明与青海盐湖地区传统的碎石桩复合地基处理方法相比较，还可以节约地基处理费用40％左右，如果在地基处理工程中推广应用本发明技术成果，必将节约大量的建设开发资金。另外，因大西北地区地广人稀，但宜耕宜居地区并不多，土地资源也很宝贵。盐湖地区是非宜居、农耕区，本发明解决了盐漬土的地基处理问题，能大幅度提高地基承载力和模量，可以满足各种建(构)筑物在盐湖范围进行建设的要求，一方面避免挤占盐湖以外的土地资源；另一方面生产区位于盐湖原料区，其长期生产成本自然会相应降低。

DPD强夯法与常规强夯法的基本区别在于，在开始强夯施工以前，先在地基土中设置排水桩作为土中水的排出通道。排水桩可采用各种成桩机械施工，在青海盐湖地区，根据当地施工条件，可选用振动沉管桩机或振动沉管风压桩机。桩身材料可采用碎石、卵石、砾石、粗砂等粗颗粒材料。在青海盐湖地区，桩料选用卵石。本发明特别适用于青海柴达木盐湖地区、高地下水位盐漬土地基处理，可以大幅度提高盐漬土地基承载力，减少建(构)筑物沉降量。

(四)附图说明

图1是本发明的地基处理方法步骤1的示意图；

图2是本发明的地基处理方法步骤2的示意图；

图3是本发明的地基处理方法步骤3的示意图；

图4是本发明的地基处理方法步骤4的示意图；

图5是本发明的地基处理方法步骤5的示意图；

图6是本发明的地基处理方法步骤6的示意图；

图7是本发明的地基处理方法步骤7的示意图；

图8是本发明的地基处理方法步骤8的示意图；

图9是图8的A-A剖面图。

图10是本发明的地基处理方法步骤9的示意图；

图11是图10的A-A剖面图。

图12是本发明的地基处理方法步骤10的示意图；

图13是本发明的地基处理方法步骤11的示意图；

图14是本发明的地基处理方法步骤12的示意图。

图16是振动沉管风压桩机的结构图。

图17是内置桩靴形式的桩管结构示意图；

图18是具有活瓣桩靴出料门桩管的示意图；

图19是具有预制桩尖出料门桩管的示意图。

图20是外附送风管的布置示意图。

图中：1-振动锤头、2-法兰盘、3-进料口、4-桩管、5-出料门、51-内置桩靴、52-活瓣桩靴、53-预制桩尖、6-桩机主架、7-高压气管、8-空压机、9-枕木、10-单向活门、11-进气口、12-送风管、13-出气口、14-排水桩、15-夯坑、16-回淤压力、17-排水层、18-夯锤、19-超孔隙水压力、20-水、21-传动机构、22-电机。

(五)具体实施方式

本发明的实施例参见图1-15所示，盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，在处理区域内按设计要求确定桩径、桩长、桩距，其特征在于施工步骤为：

步骤1参见图1，桩机就位，上述桩机可选择振动沉管桩机、振动沉管风压桩机或静压沉管桩机。桩管对准桩位并调整垂直度，可采用变径桩管，变径桩管所成桩孔大于设计桩径，有利于桩料排出桩管成桩。

步骤2参见图2，启动桩机，使桩管在设定位置垂直下沉。

步骤3参见图3，桩管下沉至设计深度。

步骤4参见图4，向沉管内投放粗颗粒材料，所述的粗颗粒材料是碎石、卵石、砾石或粗砂。为了让排水桩桩径均匀、桩体连续，排水桩应尽量1次投料成桩。

步骤5参见图5，投料完毕。

步骤6参见图6，拔管。如果软土层回淤压力16太大出料不畅，可启动高压空气送料。

步骤7参见图7，形成排水桩14。

步骤8参见图8、9，依照前法形成若干排水桩。

步骤9参见图10、11，在处理区域表面覆盖各排水桩位铺垫一层厚度为0.5-1米，粗颗粒材料，形成排水面层17。所述的粗颗粒材料是碎石、卵石、砾石或粗砂。

步骤10参见图12，在排水面层上面用夯锤18进行点击强夯。上述点击强夯为至少一次强夯，在经历了一次强夯后，排水桩会由于施工扰动被损毁，影响排水效果，重新施工排水桩后进行下一次强夯。点夯一般2～3遍。点夯完成后，完成满夯，则一次强夯完成。

步骤11参见图13，在每个点击强夯位置形成夯坑15，土层内产生超孔隙水压力19

步骤12参见图14，待地基中的地下水渗入各排水桩、再透过排水面层汇集至夯坑中，将汇集于夯坑中的水20抽排出施工场地外。

步骤13参见图15，回填夯坑并找平。

振动沉管风压桩机参见图16，桩机主架6置于枕木9之上，在桩机主架6上垂直连接桩管4。桩管4上端经法兰盘2与振动锤头1连接，上述桩管与一个风压送料装置连接。风压送料装置的空压机8经高压气管7向桩管4内输送高压气体。

实施例1参见图17，桩管4为直径上小下大的瓶形变径桩管，上述变径桩管的细颈部直径为400mm，变径桩管的主体直径为500-550mm。高压气管经进气口11连接桩管内的送风管12，送风管沿桩管内壁向下，出气口13位于桩管下端部位。在桩管进料口以下安装单向活门10，单向活门在投料时开启，风动送料时关闭。上述桩管直径略大于设计桩径。上述振动沉管风压桩机的桩管下端出料口连有内置桩靴51，由2块或以上钢制桩靴板，内置于桩管内，沉管时关闭。上述振动沉管风压桩机的送风管是内附送风管或外附送风管。上述其送风管在下端部分叉，分出2至4个出气口。

参见图18，上述振动沉管风压桩机的桩管下端出料口连有活瓣桩靴52，由2块或以上钢制桩靴板，外置于桩管外，沉管时关闭。

参见图19，上述振动沉管风压桩机的桩管下端出料口连有钢筋混凝土预制桩尖53。施工时桩管顶着预制桩尖形成封闭空间沉入土中，到设计深度后桩管脱开桩尖，拔管振动出料成桩。预制桩间每桩用一个不重复使用。

实施例2参见图20，上述送风管12是紧贴桩管外壁的外附送风钢管，其下端穿过桩管壁，送风钢管的下端分叉，分出两至四个出气口13。出气口分布在桩管内壁上，可安有单向出气阀。

Claims (10)

1、一种盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，在处理区域内按设计要求确定桩径、桩长、桩距，其特征在于施工步骤为：

步骤1、桩机就位，桩管准备；

步骤2、启动桩机，使桩管在设定位置垂直下沉；

步骤3、桩管下沉至设计深度；

步骤4、向沉管内投放粗颗粒材料；

步骤5、投料完毕；

步骤6、拔管；

步骤7、形成排水桩；

步骤8、依照前法形成若干排水桩；

步骤9、在处理区域表面覆盖各排水桩位铺垫一层粗颗粒材料，形成排水面层；

步骤10、在排水面层上面进行强夯；

步骤11、在每个强夯位置形成夯坑；

步骤12、待地基中的地下水渗入各排水桩、再透过排水面层汇集至夯坑中，将汇集于夯坑中的地下水抽排出施工场地外；

步骤13、回填夯坑并找平。

2、根据权利要求1所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述步骤4和步骤9中，所述的粗颗粒材料是碎石、卵石、砾石或粗砂。

3、根据权利要求1所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述步骤6中，启动空压机，由高压气管向桩管内进行风压送料。

4、根据权利要求1所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述步骤10中的点击强夯为至少一次强夯，在经历了一次强夯后，重新施工排水桩后进行下一次强夯。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述桩机是振动沉管桩机、振动沉管风压桩机或静压沉管桩机。

6、根据权利要求5所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述振动沉管风压桩机，在桩机主架上垂直连接桩管，其特征在于：桩管为直径上小下大的瓶形变径桩管，桩管上端经法兰盘与振动锤头连接，上述桩管与一个风压送料装置连接，风压送料装置的空压机经高压气管连接桩管内的送风管，送风管的上端自桩管较细部位侧面连接高压气管，送风管沿桩管内壁向下，出气口位于桩管下端。

7、根据权利要求6所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述桩管进料口以下安装单向活门，单向活门在投料时开启，风动送料时关闭。

8、根据权利要求6所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述桩管直径略大于设计桩径。

9、根据权利要求6所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述振动沉管风压桩机的桩管下端出料口连有单向的出料门，出料门为内置桩靴、活瓣桩靴或预制桩尖。

10、根据权利要求9所述的盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法，其特征在于：上述其送风管在下端部分叉，分出两至四个出气口。

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