CN102888834B - 一种大直径碎石桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种大直径碎石桩的施工方法，包括以下施工步骤：清除软地基表层的杂填土，当该表层填有开山石时，首先施行冲孔引孔作业，穿透填石层；将外径800~1600mm的大直径薄壁钢套管沉入软地基中，至深度达到设计深度；在大直径薄壁钢套管内施行并完成干取土成孔作业，配合抽排水措施，排干孔内积水；在所述的孔内分层填筑碎石、分层夯实填筑，分层填筑厚度不大于3m，分层填筑夯实到比设计桩顶标高高出50cm；从软地基拔出大直径薄壁钢套管；外径介于800~1600mm的大直径碎石桩形成在软地基中，有对施工设备要求低，施工难度低，制成的碎石桩质量可控，桩基承载力高和排水性好等优点，制成的碎石桩主要应用于大面积深厚软地基上的堆场、道路、大型钢制储罐基础等建筑物的复合地基或排水固结处理。

Description

一种大直径碎石桩的施工方法

技术领域

本发明涉及一种大直径碎石桩的施工方法，确切说，涉及一种大直径干取土管内强夯碎石桩的施工方法，所述的碎石桩主要应用于大面积深厚软地基上的堆场、道路、大型钢制储罐基础等建筑物的复合地基或排水固结处理。

背景技术

大面积深厚软基处理中，碎石桩是一种常用的处理方法，其具有排水通道和地基竖向增强体两方面的复合作用。国家《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002公开了两种碎石桩的施工方法：振冲碎石桩施工工艺（湿法）和沉管碎石桩施工工艺（干法）。

常规沉管碎石桩采用带桩靴的钢套管振动沉管挤土法施工，套管常用直径为377mm和477mm两种型号，成桩桩径一般为500~600mm。一方面，大面积沉管挤土法施工时容易对桩周软土产生强烈扰动，破坏土体的结构性，施工过程中饱和土体中会产生较高的超孔隙水压力，土体强度大大降低，从而降低了土体对碎石桩体的约束作用；另一方面，沉管挤土法施工容易对相邻桩产生挤土，容易引起邻近桩体的弯折破坏，从而导致碎石桩桩体承载力降低，影响复合地基的承载力。

振冲碎石桩法施工，是利用能产生水平向振动的振动器，在高压水压作用下边振动边水冲，在软弱地基中成孔，再在孔内填入经筛选的碎石，振动器边上拔边水冲振动形成密实桩体，最终使碎石桩体与原状土体构成复合地基。振冲法施工不仅耗水量大．而且要排放出大量的泥浆，污染工作环境，另外，在淤泥类软土中振冲施工时，对周围土层的扰动更强烈，大大降低对桩体的约束作用，而且大量残留泥浆也进一步影响碎石桩体的强度，导致成桩质量难以控制，桩径及桩体密实度难以达到设计要求。另外，目前国内外，振冲法施工碎石桩的桩径一般在800~1200mm。

采用碎石桩法处理软地基宜采用大直径桩，这主要是由于桩周软土地基的约束作用低，小直径桩体承载力低，容易发生鼓胀破坏，然而现有的沉管挤密施工工法，难以施工大直径桩，且存在严重的挤土效应；振冲法施工最大直径仅为1200mm，而且振冲湿法施工工艺存在泥浆污染，桩体强度低等缺点，从而限制了碎石桩在软地基尤其是超软地基处理中的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种大直径碎石桩的施工方法，确切说，提出一种大直径干取土管内夯实的碎石桩的施工方法。所述的碎石桩具有对软土扰动效应小、排水效果好、桩体强度高、施工质量可控等优点。

为达到上述目的，本发明采用以下的技术方案。

一种大直径碎石桩的施工方法，大直径指直径介于800~1600mm，其特征在于，包括以下施工步骤：

第一步清除软地基表层的杂填土，当该表层填有开山石时，应首先施行冲孔引孔作业，穿透填石层；

第二步将外径800~1600mm的大直径薄壁钢套管沉入软地基中，至沉入深度达到设计深度；

第三步在所述的大直径薄壁钢套管内施行并完成干取土成孔作业，配合抽排水措施，排干孔内积水；

第四步在所述的孔内分层填筑碎石、分层夯实填筑，分层填筑厚度不大于3m，分层填筑夯实到比设计桩顶标高高出50cm；

第五步从所述的软地基拔出所述的大直径薄壁钢套管；

第六步外径介于800~1600mm的大直径碎石桩形成在所述的软地基中。

本发明的技术方案的进一步特征在于，第一步中，采用人工开挖、冲孔机械或柱锤施行冲孔引孔作业。

本发明的技术方案的进一步特征在于，第二步中，采用高频振动沉管工艺或液压静压沉管工艺将所述的大直径薄壁钢套管沉入软地基中。

本发明的技术方案的进一步特征在于，第三步中，采用人工挖干土成孔工艺、螺旋钻机挖干土成孔工艺或旋挖钻挖干土成孔工艺施行并完成干取土成孔作业。本发明的技术方案的进一步特征在于，第四步中，所述的碎石是级配碎石或级配硬质粗骨料，采用人工夯实工艺或不脱钩夯锤夯实工艺施行并完成夯实分层填筑的作业，相邻分层填筑之间放置有土工格栅网，碎石桩体外侧包裹带花眼的塑料波纹套管，桩顶设有褥垫层，可以是级配碎石垫层，亦可以是在垫层中铺设多层土工织物如土工网垫、土工格栅，土工碎石袋形成的加筋碎石垫层。

本发明的技术方案的进一步特征在于，第五步中，采用高频振动拔管工艺边高频振动所述的钢套管边拔所述的钢套管，将所述的钢套管从所述的软地基中拔出。

本发明的优点和积极效果：

1、本发明所采用的薄壁钢套管成孔，沉管贯入阻力小，对高频振动沉管或静压沉管的设备能力要求低，施工难度低。

2、本发明所采用的薄壁钢套管成孔，套管直径范围内的土体直接贯入套管内，不存在挤土效应，对软地基尤其是高灵敏度的饱和粘土地基扰动效应最小，避免产生超孔隙水压力和对周围环境或邻近桩基产生不利影响；同时对桩周土的扰动效应小，相应的提高了对碎石桩体的约束力和桩体强度。

3、本发明解决了目前碎石桩成桩直径偏小的问题，桩径可达到800~1600mm，在沉管设备能力可行的情况下，桩径可以不受限制，同样处理面积，桩数大大减少，施工效率高，同时大直径碎石桩的排水性能好于小直径碎石桩。

4、本发明采用薄壁钢套管内干取土的施工方法，干法作业施工，排除了振冲施工中泥浆过多的问题，且孔内分层填筑夯实的碎石桩体，桩体质量可控，桩基承载力高。

附图说明

图1①~图1⑧是本发明的实施例的施工步骤简图，其中：1是大直径薄壁钢套管，2是旋挖钻，旋挖钻2为干取土设备，3是不脱钩夯锤，4是级配碎石，5是软地基，6是大直径碎石桩。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，进一步说明本发明的技术方案。

实施例：

某石化仓储用地为大面积开山填海场地，表层回填厚度为5~8m的开山石填料，粒径最大80cm，填土层以下分布有20~30m厚不等的淤泥或淤泥质粘土层。根据勘察报告揭示，淤泥类软土层属于欠固结土层，经计算，场地工后沉降达到1~2m，固结度达到90%以上需要20~30年的固结期，远远无法满足工程建设的需要，必须采用有效的地基处理措施，方可作为建设用地。场地拟建建构筑物为直径为40~60m不等的钢制储罐，地基压力为220~250kPa，场地地基承载力和沉降变形均无法满足大型储罐的地基设计要求。常规处理方法为采用桩基础型式，钢制储罐直接建造在桩基平台上，桩基础将储罐荷载传递至深层的强风化层或到达中风化基岩层。然而桩基础造价昂贵，单罐处理费用达到1500万元，对于大面积的地基处理尤其是大型储罐基地，无疑增加大量的投资。采用桩基础无法解决场地沉降的问题，仍然会产生工后地面沉降剧烈，钢制储罐与周围地面脱离，出现不均匀沉降，影响输送管线及其他建构筑的结构安全和正常使用。常规的排水固结方法，如塑料排水板法、常规小直径碎石桩法，间距小，置换密度大，穿透填石层引孔难度极大，而且小直径碎石桩，在淤泥中的成桩效果存在前述诸多的缺点，导致承载力提高很小，工后沉降控制效果差等问题。

采用本发明的大直径碎石桩施工方法，可以很好的解决上述问题，桩径、桩间距可以达到常规碎石桩径的2~3倍，桩数可以减少到常规碎石桩数的25%，大大减少需要的成桩数量，减少了引孔的数量和费用，同时，采用干取土成孔，孔内夯实的措施，桩体强度可达到常规碎石桩的3~4倍，大大提高了碎石桩的承载力，可以满足钢制储罐基础的承载力要求，且大直径的排水效果显著，可大幅减少排水固结的时间。以下是用本发明的施工方法在软地基中形成一根大直径碎石桩中的实例。由于该实例完全按照上文中“发明内容”所述方法的施工步骤进行施工，为使行文简洁，记载该实例的具体施工步骤时，仅罗列关键的技术数据。

具体施工步骤：

第一步中，采用冲孔机械施行冲孔引孔作业，冲孔直径为1600mm；第二步中，采用高频振动沉管工艺将外径为1500mm的大直径薄壁钢套管1的单节管一次沉入软地基5中，至设计深度25m；第三步中，采用旋挖钻2施行并完成干取土成孔作业；第四步中，在所述的孔内填筑级配碎石2，级配碎石2的最大粒径不超过10cm，分层填筑厚度不大于3m，采用不脱钩夯锤3夯实分层填筑，不脱钩夯锤3的重量为1.5t；第五步中，采用高频振动拔管工艺边高频振动大直径薄壁钢套管1边拔大直径薄壁钢套管1，将大直径薄壁钢套管1从软地基5中拔出，每隔2~3m反插振动50cm，直至将大直径薄壁钢套管1拔出地面；第六步中，外径为1500mm的大直径碎石桩6形成在软地基5中。

图1①示出大直径薄壁钢套管1沉入软地基5中的情形；图1②示出大直径薄壁钢套管1全部沉入软地基5中的情形，图1①和图1②与所述施工步骤的第二步相对应。图1③示出采用旋挖钻2施行在大直径薄壁钢套管1内干取土成孔作业的情形；图1④示出采用旋挖钻2完成在大直径薄壁钢套管1内干取土成孔作业的情形，图1③和图1④与所述施工步骤的第三步相对应。图1⑤示出采用不脱钩夯锤3施行并完成夯实分层填筑的作业的情形；图1⑥示出采用不脱钩夯锤3完成夯实分层填筑的作业的情形，图1⑤和图1⑥与所述施工步骤的第四步相对应。图1⑦示出采用高频振动拔管工艺边高频振动大直径薄壁钢套管1边将大直径薄壁钢套管1从软地基5中拔出的情形，图1⑦与所述施工步骤的第五步相对应。图1⑧示出大直径碎石桩6形成在软地基5中的情形，图1⑧与所述施工步骤的第六步相对应。

综上，本发明的方法特别适于在大面积软地基中形成大直径碎石桩。大直径碎石桩与常规碎石桩相比，具有桩数少、桩径大、桩体强度高、桩基承载力高、桩周土体扰动小、工后地面沉降小而均匀、对施工场地污染小和排水效果好等优点。

Claims (16)

1.一种大直径碎石桩的施工方法，大直径指直径介于800～1600mm，其特征在于，包括以下施工步骤：

第一步清除软地基表层的杂填土，当该表层填有开山石时，应首先施行冲孔引孔作业，穿透填石层；

第二步将外径800～1600mm的大直径薄壁钢套管沉入软地基中，至沉入深度达到设计深度；

第三步在所述的大直径薄壁钢套管内施行并完成干取土成孔作业，配合抽排水措施，排干孔内积水；

第四步在所述的孔内分层填筑碎石并夯实分层填筑，分层填筑厚度不大于3m，分层填筑夯实到比设计桩顶标高高出50cm；

第五步从所述的软地基拔出所述的大直径薄壁钢套管；

第六步外径介于800～1600mm的大直径碎石桩形成在所述的软地基中。

2.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第一步中，采用人工开挖或冲孔机械施行冲孔引孔作业。

3.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第二步中，采用高频振动沉管工艺将所述的钢套管沉入软地基中。

4.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第二步中，采用液压静压沉管工艺将所述的钢套管沉入软地基中。

5.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第三步中，采用人工挖干土成孔工艺施行并完成干取土成孔作业。

6.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第三步中，采用长螺旋钻机挖干土成孔工艺施行并完成干取土成孔作业。

7.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第三步中，采用旋挖钻挖干土成孔工艺施行并完成干取土成孔作业。

8.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第四步中，所述的碎石是级配碎石。

9.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第四步中，所述的碎石是级配硬质粗骨料。

10.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第四步中，相邻分层填筑之间放置有土工格栅网。

11.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第四步中，填筑碎石桩体外侧包裹有带花眼的塑料波纹套管。

12.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第四步中，采用人工夯实工艺施行并完成夯实分层填筑。

13.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第四步中，采用不脱钩夯锤夯实工艺施行并完成夯实分层填筑。

14.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第五步中，采用高频振动拔管工艺边高频振动所述的钢套管边拔所述的钢套管，将所述的钢套管从所述的软地基中拔出。

15.根据权利要求1所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第一步中，采用人工开挖或冲孔机械施行冲孔引孔作业；第二步中，采用高频振动沉管工艺或液压静压沉管工艺将所述的钢套管沉入软地基中；第三步中，采用人工挖干土成孔工艺、螺旋钻机挖干土成孔工艺或旋挖钻挖干土成孔工艺施行并完成干取土成孔作业；第四步中，所述的碎石是级配碎石或级配硬质粗骨料，相邻分层填筑之间放置有土工格栅网，所述的碎石桩体外侧包裹带花眼的塑料波纹套管，采用人工夯实工艺或不脱钩夯锤夯实工艺施行并完成夯实分层填筑；第五步中，采用高频振动拔管工艺边高频振动所述的钢套管边拔所述的钢套管，将所述的钢套管从所述的软地基中拔出。

16.根据权利要求1、2、3、7、8、10、11、13或14所述的大直径碎石桩的施工方法，其特征在于，第一步中，采用冲孔机械施行冲孔引孔作业，冲孔直径为1600mm；第二步中，采用高频振动沉管工艺将外径为1500mm的大直径薄壁钢套管的单节管一次沉入软地基中，至设计深度25m；第三步中，采用旋挖钻施行并完成干取土成孔作业；第四步中，在所述的孔内填筑级配碎石，级配碎石的最大粒径不超过10cm，分层填筑厚度不大于3m，采用不脱钩夯锤夯实工艺施行并完成夯实分层填筑，不脱钩夯锤的重量为1.5t；第五步中，采用高频振动拔管工艺将所述的钢套管从所述的软地基中拔出，每隔2～3m反插振动50cm，直至将所述的钢套管拔出地面；第六步中，外径为1500mm的大直径碎石桩形成在软地基中。