CN102296588B - 水下挤密砂桩施工工艺 - Google Patents

Abstract

水下挤密砂桩施工工艺，包括定位、沉管、端部处理、拔管、回打等步骤，逐段形成整根挤密砂桩，该工艺步骤简单、原理清晰、可操作性强，所需设备种类虽然较多，但大多均为常规设备，易于采购且造价适中，有利于推广应用。

Description

水下挤密砂桩施工工艺

技术领域

本发明涉及水下挤密砂桩施工工艺。

背景技术

砂桩法适用于处理松砂、粉土、素填土、杂填土、粘性土地基等，可用于散料堆场、路堤、码头、油罐、厂房和住宅等工业与民用建筑地基加固工程中。它起源于19世纪30年代的欧洲，初期主要采用冲孔捣实的施工方法，而后又采用振动水冲方法。直到20世纪50年代，砂桩在国内外才得以迅速发展，施工工艺才逐步走向完善和成熟。20世纪50年代后期，日本成功地研制了振动式和冲击式的砂桩施工工艺，大大提高了工作效率和施工质量，处理深度很快由原来的6米增加到30余米。

普通砂桩的施工工艺是在振动机的振动作用下，把套管打入规定的设计深度，套管入土后，然后再投入砂，排砂于土中，就成为砂桩。这种施工工艺处理效果较好，使桩与桩间土形成较好的复合地基，提高了地基承载力、防止了砂土液化、增大了软弱地基土的整体稳定性。

水下挤密砂桩是一种地基加固新技术，它是在砂桩船上通过振动设备和管腔增压装置把砂强制压入水下软弱地基中，经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成挤密砂桩。通过挤密砂桩的置换、挤密、排水作用，可增加地基强度，加快地基固结，减少结构物沉降，提高地基的抗液化能力。水下挤密砂桩的适用范围广泛，可应用于对砂性土、粘性土、有机质土等几乎所有土质的地基加固处理。与普通砂桩相比挤密砂桩桩体的密实性高，加固的置换率可达60～70%。水下挤密砂桩具有施工周期短、加固效果明显，工序可控性好等特点，优势独特，非常适用于外海人工岛、防波堤、护岸、码头等工程的地基基础加固。

在目前建设和将要建设的离岸深水港工程项目中，传统的地基处理方法已经面临严峻的挑战，挑战一方面来自施工方法本身的可操作性，另一方面来自工期的要求，前者受外海水深条件和波流条件的制约，常造成可供选用的地基加固方法十分有限，从而给结构设计增加难题，而后者工期上的要求往往也是制约外海工程的关键因素，因为传统的软土地基加固方法无不需要一定的时间来完成，在有效工作日十分有限的外海工程中，地基加固的时间常成为瓶颈。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水下挤密砂桩施工工艺。

水下挤密砂桩施工工艺，包括以下步骤，

1）定位：采用陆上参考站及GPS测量系统进行船舶定位，测量泥面标高及水深；

2）沉管：先将套管顶部的加料口关闭，开启空压机使储气罐的压力升至额定压力，根据施工所处位置的水深，调节压力控制器至设定压力，然后将套管放入水中，当套管底离泥面3m~5m时，开启加压阀，给套管内加压，随着压力逐渐升高，将套管内水体向外排出，套管靠自重入土下沉，同时采用砂面仪跟踪套管内泥柱高度，套管入土后加砂5m³~10m³，调节压力将泥柱高度控制在5m以内，继续下沉套管，自重下沉停止后开启振动锤下沉；

3）端部处理：当套管底标高达到处理土层标高时，将套管提起，使套管端部的泥土全部排出，并被上部落下的砂填充，套管提升过程中，套管内部加压并采用喷气口向下喷气将砂吹落填充套管端部；

4）拔管：端部处理结束后，将套管下沉至预定标高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管时套管内加压，砂面仪跟踪管内砂柱下落情况，根据套管直径、挤密砂桩直径和每一循环成桩高度确定每次上拔的高度，最大拔管高度不超过3m；

5）回打：当拔管到预定高度时，且砂面下落到规定的用砂量后，进行振动回打扩径，形成一段挤密砂桩，在回打过程中，管内需加压，其压力在0.1MPa~0.5MPa，防止管内砂柱上涌；

6）重复步骤4和步骤5，进行多次循环，逐段形成整根挤密砂桩，完成后进行泥面测量。

试验证明，按照上述工艺进行挤密砂桩施工是合理可行的，这一工艺也已结合挤密砂桩的成桩机理，步骤简单、原理清晰、可操作性强，所需设备种类虽然较多，但大多均为常规设备，易于采购且造价适中，有利于推广应用。

附图说明

图1为本发明提出的水下挤密砂桩施工工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明提出一种水下挤密砂桩施工工艺，包括以下步骤，

1）定位：采用陆上参考站及GPS测量系统进行船舶定位，测量泥面标高及水深；

2）沉管：先将套管顶部的加料口关闭，开启空压机使储气罐的压力升至额定压力，根据施工所处位置的水深，调节压力控制器至设定压力，然后将套管放入水中，当套管底离泥面3m~5m时，开启加压阀，给套管内加压，随着压力逐渐升高，将套管内水体向外排出，套管靠自重入土下沉，同时采用砂面仪跟踪套管内泥柱高度，套管入土后加砂5m³~10m³，调节压力将泥柱高度控制在5m以内，继续下沉套管，自重下沉停止后开启振动锤下沉；

3）端部处理：当套管底标高达到处理土层标高时，将套管提起，使套管端部的泥土全部排出，并被上部落下的砂填充，套管提升过程中，套管内部加压并采用喷气口向下喷气将砂吹落填充套管端部；

4）拔管：端部处理结束后，将套管下沉至预定标高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管时套管内加压，砂面仪跟踪管内砂柱下落情况，根据套管直径、挤密砂桩直径和每一循环成桩高度确定每次上拔的高度，最大拔管高度不超过3m；

5）回打：当拔管到预定高度时，且砂面下落到规定的用砂量后，进行振动回打扩径，形成一段挤密砂桩，在回打过程中，管内需加压，其压力在0.1MPa~0.5MPa，防止管内砂柱上涌；

6）重复步骤4和步骤5，进行多次循环，逐段形成整根挤密砂桩，完成后进行泥面测量。

具体步骤如下：如图1所示，

（1）沉管

为使砂面仪正常工作，必须将套管14内的大部分水排出，在“干法”施工条件下进行施工。在摸清套管14内压力调节的基础上，进行加压排水。将管内压力控制调节阀调节到一定的压力，然后将套管14从空气层11下沉入水层12。当套管14底离泥面3~5m时，开启加压阀，给套管14内加压。同时观察水面的冒泡情况，防止管内压力过大而破坏地基。

套管14靠自重入土下沉并采用砂面仪跟踪管内泥柱15高度，套管14进入土层13一定深度后加砂，并调节管内压力将泥柱15控制在5m以内，继续下沉套管14，自重下沉停止后开启振动锤下沉。

排水过程的关键是控制管内压力。下沉套管14成孔过程中，需要注意加砂不能过早，不能过早开启振动锤，否则极易造成管内砂柱16冲出套管14底部而影响施工质量。同时实时监控管内泥柱15高度，当泥柱15过高可通过加砂或加压进行控制。当套管14底标高接近或达到处理土层13标高时，方可进行端部处理。

（2）端部处理

端部处理是将套管端部的泥柱15排出并用砂填充。端部处理在两个不同的位置进行。第一组是先将套管14打至距离预定标高1~2m后，再进行端部处理，此时管内泥柱15较长，加砂排泥的过程中要拔管并喷气，排泥较为困难。经分析主要是该处土质为粉质粘土，因此改为套管14打入土中3~5m时进行端部处理，此时排泥较为容易。在端部处理后继续下沉的过程中，需要控制好管内压力，并进行砂面跟踪，防止管内砂柱16外漏和泥土再次涌入套管14内。

对于不同土质进行端部处理的位置可以不同，土质相对较好时，端部处理位置可以提高；土质较软时，端部处理位置应接近或达到处理土层13底标高。

（3）拔管

端部处理结束后，将套管14下沉至预定标高，以一定速度向上拔管。为使管内砂顺利排出，管内加压，增加端部下喷嘴并喷气，同时砂面仪跟踪管内砂柱下落情况，根据套管14直径、挤密砂桩直径和每一循环成桩高度确定每次上拔的高度，最大拔管高度不超过3m。在拔管过程中，发现管内砂下落困难，即使是下喷嘴喷气，管内砂下落也很困难，为使提升过程中保证泥土不进入套管14端部，将每一循环的提升总高度分成数段，每次提升50cm，即套管14端头高度的一半（套管14端头的高度为105cm），砂面下落后再进行提升，直至提升总高度和砂面下落满足要求后回打，必要时可将每一循环的提升总高度缩短。试验过程中，应控制管内砂柱高度大于3m，如果砂柱过小，容易发生管内砂柱16和压缩空气一起由管内喷出。因此，在拔管前应进行加砂。

在加砂过程中易发生套管14顶门、导门开关门延迟，关门不到位无法加压和频繁大量使用压缩空气，空气压缩机负荷大，温度报警而发生停车现象。经分析，主要原因如下：由于空气压缩机供气能力偏小，储气罐的容量不足，造成供气系统的压力不稳定，从而影响气动控制的导门开启或关闭，使大量压缩空气损失，进而加大了空气压缩机的负荷。为此需将气动控制和管内加压分开。气动控制部分的用气量小，但要求气压稳定，可单独设立一个的储气罐供气，确保气动控制设备的操作及时有效。同时对管内加压的控制系统，需配置1.2倍以上加压套管体积的储气罐及相应的空气压缩机。

（4）回打

当拔管到预定高度时，且砂面下落到规定的用砂量后，可进行回打。在回打过程中，管内需加压，并应控制管内压力，防止管内砂柱16上涌。在回打过程中应密切观察管内砂面变化情况，控制管内压力确保回打过程中砂柱高度不变，防止砂回涌或喷出。

在挤密砂桩成桩循环过程中，桩底部的挤密扩径较难、成桩速度较慢，而在桩的顶部（接近泥面的3m~5m），回打挤密扩径较容易。这是由于在桩顶部时，套管14入土体厚度较小，土体对挤密砂桩的侧向约束力相对较小。因此在成桩过程中，接近桩顶部时，为防止管内砂桩冲出，管内压力应减少。为提高砂桩顶部的施工质量，成桩的“步长”即每一循环的成桩高度需减短。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.水下挤密砂桩施工工艺，其特征在于，包括以下步骤，

1）定位：采用陆上参考站及GPS测量系统进行船舶定位，测量泥面标高及水深；

2）沉管：先将套管顶部的加料口关闭，开启空压机使储气罐的压力升至额定压力，根据施工所处位置的水深，调节压力控制器至设定压力，然后将套管放入水中，当套管底离泥面3m~5m时，开启加压阀，给套管内加压，随着压力逐渐升高，将套管内水体向外排出，套管靠自重入土下沉，同时采用砂面仪跟踪套管内泥柱高度，套管入土后加砂5m³~10m³，调节压力将泥柱高度控制在5m以内，继续下沉套管，自重下沉停止后开启振动锤下沉；

3）端部处理：当套管底标高达到处理土层标高时，将套管提起，使套管端部的泥土全部排出，并被上部落下的砂填充，套管提升过程中，套管内部加压并采用喷气口向下喷气将砂吹落填充套管端部；

4）拔管：端部处理结束后，将套管下沉至预定标高，向上拔管，排砂形成一定高度砂柱，拔管时套管内加压，砂面仪跟踪管内砂柱下落情况，根据套管直径、挤密砂桩直径和每一循环成桩高度确定每次上拔的高度，最大拔管高度不超过3m；

5）回打：当拔管到预定高度时，且砂面下落到规定的用砂量后，进行振动回打扩径，形成一段挤密砂桩，在回打过程中，管内需加压，其压力在0.1MPa~0.5MPa，防止管内砂柱上涌；

6）重复步骤4和步骤5，进行多次循环，逐段形成整根挤密砂桩，完成后进行泥面测量。

Images