CN105113478A - 一种地基深层置换强夯处理法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑地基处理技术施工方法，特别涉及一种地基深层置换强夯处理法。该方法主要有两种施工方案，方案一：采用先砂石桩后强夯法，振动沉管成孔、填料成桩、桩间土点夯；方案二：采用先强夯后砂石桩法，场地满夯、振动沉管成孔再填料成桩。该方法结合了振动沉管砂石桩和强夯法处理软土地基的优点，实现了对软土地基部分置换及强夯、振动的双重挤密效果。其有益效果为：处理效果较好，处理费用低廉，且经济合理节约资源。

Description

一种地基深层置换强夯处理法

技术领域

本发明涉及一种建筑地基处理技术的施工方法，特别涉及一种地基深层置换强夯处理法。

背景技术

我国沿海地区人口稠密，城市发展进程较快，建设用地紧缺，该地区地层都存在以下特点：上部土层均为回填土或吹填土等欠固结软土层，天然含水量高、压缩性大、强度低、渗透性差，土层厚度大，一般超过12.0m。大规模的软土场地和填海造地局域需要经济合理的地基处理方法来改善和提高软土地基强度、整体稳定性、降低其压缩性和消除深层粉土、砂土层液化达到满足土木工程建设地基处理的要求。

目前，地基处理的方法很多，对于这种软土层各种处理方法均有其局限性和经济合理性；传统砂石桩法处理这种软粘土地基非常适宜，但由于上部地层承载力极差，要满足上部结构承载力的要求，需要把砂石桩布置的非常密集，从而提高了工程造价；由于软粘土的渗透性较小，灵敏度大，成桩过程中产生的超孔隙水压力不能迅速消散，挤密效果较差，而且因扰动而破坏了土的天然结构，降低了土的抗剪强度。在软弱粘性土中形成砂石桩复合地基后，需对其进行加载预压，以提高地基强度和整体稳定性，减少工后沉降；如不进行预压，经过砂石桩处理的软土地基在荷载作用下仍有较大的变形沉降，对沉降要求严格的建筑物难以满足要求。强夯法不仅提高地基土的强度、降低其压缩性，还能改善其抗振动液化的能力和消除土的湿陷性，采用强夯法处理该种地基造价虽低，但其处理深度达不到设计要求，深度超过12.0m的深层软弱土层，强夯能量几乎影响不到；而且上部若为饱和度较高的软粘土地基处理效果极不显著，尤其是淤泥和淤泥质土地基，处理效果更差。此外，饱和土经强夯后强度的增长需要延续几个月甚至更长的时间。

发明内容

为了克服上述方法技术缺陷，本发明方法提供了一种地基深层置换强夯处理法，其特征在于：

采用先砂石桩后强夯法，包括以下施工步骤：

1）、振动沉管成孔：合理设计布置桩位，根据处理目的和预期承载力进行深层置换桩孔布置，利用振动沉管法在软土地基中成孔，沉管深度应穿过需处理的土层，坐落于深部较硬持力层上，在可液化层持续震动30～40s，到达桩底后留振20～30s，根据地质条件及试验确定留振时间，通过振动挤密作用消除或减少深部可液化土层的液化性能；

2）、填料成桩：边振动边提管填料，通过沉管填入砂石材料，提管速度为1.0～2.0m/min，待填料高度达到1.0m后，再振动下沉桩管挤压填料，将砂石材料挤压入所处理的土层中，形成较大直径的密实砂石桩体；桩管每提升1.0m，下压0.5m，然后留振10～20s；如此施工完成所布设的砂石桩体；

3）、桩间土点夯：砂石桩施工完成后，整平场地对砂石桩桩间土进行点夯处理，每点2～3击，点夯单位夯击能2000kN·m/m²。

采用先强夯后砂石桩法，包括以下施工步骤：

1）、场地满夯：整平场地对整个场地进行满夯处理，满夯1～2遍，每点2击，夯锤印搭接1/4锤，单位夯击能1500kN·m/m²；如此完成施工；

2）、振动沉管成孔：合理设计布置桩位，根据处理目的和预期承载力进行深层置换桩孔布置，利用振动沉管法在软土地基中成孔，沉管深度应穿过需处理的软弱土层，坐落于深部硬持力层上，振动沉管在可液化层持续震动30～40s，到达桩底后留振20～30s，根据地质条件及试验确定留振时间，通过振动挤密作用消除或减少深部可液化土层的液化性能；

3）、填料成桩：边振动边提管填料，通过沉管填入砂石材料，提管速度为1.0～2.0m/min，待填料高度达到1.0m后，再振动下沉桩管挤压填料，将砂石材料挤压入所处理的土层中，形成较大直径的密实砂石桩体；桩管每提升1.0m，下压0.5m，然后留振10～20s；如此施工完成所布设的砂石桩体。

本地基深层置换强夯处理法的有益效果为：

1、地基深层置换强夯处理法结合了振动沉管砂石桩法和强夯法的优势，取长补短，优势互补，以达到较好的处理效果。

2、地基深层置换强夯处理法利用振动沉管法成孔，对周围软土都产生很大的横向挤压力，使土体孔隙比减小，密度增加，即对地基具有挤密作用，在动力和静力的双重作用下软土颗粒会重新排列组合，改变其原来的排列位置，使之趋于稳定的密实状态。

3、地基深层置换强夯处理法利用振动沉管法成孔，对软土地基具有振密作用，采用垂直振动的激振力沉管时，桩管四周的土体受到挤压，同时，桩管的振动能量以振动波的形式在土体中传播，引起桩四周土体的振动，在挤压和振动的双重作用下，土体结构逐渐破坏，孔隙水压力逐渐增大；由于土体结构的破坏，土颗粒重新进行排列，向具有较低势能的位置移动，从而使土体由松散状态变为密实状态。随着孔隙水压力的进一步增大，达到大于主应力的数值时，土体开始液化形成流体状态，流体状态的土体变密实的可能性较小，此时，软土中的砂石桩体可作为排水通道，土体中的水沿着排泄通道顺利排出；随着孔隙水压力的消散，土颗粒重新排列、固结，形成新的结构；由于孔隙水排出，土体的孔隙降低，密实度得到提高。

4、地基深层置换强夯处理法利用振动沉管法成孔，对软土地基具有抗液化作用，桩间可液化土层受到挤密和振密作用后，其密实度、结构强度均有很大的改善，抗液化能力得到很大的提高；同时，砂石桩的排水通道作用，可以加速挤压和振动作用产生的超孔隙水压力的消散，降低孔隙水压力上升的幅度，因而提高桩间土的抗液化能力。

5、地基深层置换强夯处理法利用振动沉管法成孔，使地基土的抗液化能力得到提高，砂土的液化特性不仅与相对密度和排水体有关，还和砂土的振动应变史有关，预先受过适度水平的循环应力即振动的试样，将具有较高的抗液化强度，由于振动成桩过程中，桩间土受到多次的预振作用，因此使地基土的抗液化能力得到提高。

6、地基深层置换强夯处理法利用砂石桩在软土中成桩以后，形成了一定桩径、桩长和间距的桩与桩间土共同组成的复合地基，由密实的砂石桩桩体取代了与桩体体积相同的软土，因为砂石桩的强度和抗变形能力等均优于其周围的软土，所以形成的复合地基承载力就比原来的天然地基承载力大，沉降量也比天然地基小，从而提高了地基的整体稳定性和抗破坏的能力。

7、地基深层置换强夯处理法利用砂石桩体的排水通道作用处理饱和软粘土地基，砂石桩缩短了排水距离，可以加快地基的固结沉降速率。

8、地基深层置换强夯处理法利用强夯替代砂石桩施工后的加载预压，即用冲击型动力荷载，使土颗粒或土团粒相互移动、靠拢，进而使土体中的孔隙体积减小，土体变得更为密实，从而提高其地基强度和整体稳定性，并减少工后沉降。

9、地基深层置换强夯处理法利用强夯压实固结法处理具有良好排水通道的软土和饱和软土地基，饱和软土在快速加荷条件下，孔隙水可沿由砂石桩形成的良好排水通道迅速排出，由于超静孔隙水压力能够及时快速的消散，加速了饱和土体的固结，遂使土体的抗剪强度和变形模量均有明显的增加；地基深层置换强夯处理法可使饱和软土短时达到排水固结的目的，更易使土体达到密实状态。

该方法能够提高砂石桩法处理软粘土地基的效果，能使强夯法用于软粘土地基的处理，能大大缩短经过强夯法处理后地基土强度的恢复时间；其更为显著的特点是：地基处理效果较好，处理费用低廉，经济合理节约资源。

附图说明

图1是本发明振动沉管法施工工艺流程示意图。

图2是本发明工艺流程框图（一）。

图3是本发明工艺流程框图（二）。

图中，1、振动锤，2、桩管，3、桩靴，4、加料口，5、填料，6、成桩后桩体；工序（1）：机具就位，工序（2）：沉管成孔，工序（3）：填料，工序（4）：振动提管，工序（5）：沉管复振；工序（6）：成桩移位。

具体实施方式

一种地基深层置换强夯处理法的施工方法，包括以下施工工艺：

施工设备：根据地质情况选择施工设备，振动成桩法的主要设备有振动沉拔桩机、下端装有桩靴的桩管和加料设备。根据振动桩锤的功率选择振动沉拔桩机；桩管为无缝钢管，直径可根据桩径选择，桩管上端前侧设有投料口或焊有投料漏斗，桩管长度大于设计桩长1～2m，桩靴可根据实际情况采用活页式、活瓣式、预制混泥土桩靴；加料设备可采用装载机或手推车等设备；根据所需夯击能选择强夯设备。

施工准备：施工现场首先做好三通一平工作，满足施工机械与设备通行及生产生活需要；建立测量控制网，满足施工测量放线及标高控制的要求；施工机械与设备进场组装，工作人员按计划就位；根据施工组织设计制定材料采购及进场使用计划，施工材料各项指标应满足设计要求。

方案一：先砂石桩后强夯方案，该方案适合的地层条件为：上部为吹填的饱和粘性土，地层不利于排水的情况。

一、振动沉管法砂石桩施工步骤：

1、测量放线，确定砂石桩桩位；

2、移动桩机及导向架，使桩管及桩尖对准桩位；

3、启动振动锤，把桩管振动下沉到预定深度；在可液化层持续震动30～60s，到达桩底后留振20～30s（可根据地质条件及试验确定留振时间），即振冲器不上升也不下降，保证继续振动，使振冲器把桩孔扩大或把周围填料挤密；

4、向桩管内投入规定数量的砂石料，每次填料厚度为1.2～1.4m，控制好填料量，施工中加料要遵循“少量多次”的原则，既要勤加料，每批次又不宜加的太多；

5、边振动边提管，提管速度为1.0～2.0m/min，把桩管提升到一定高度，约1.0m（提升高度根据管内砂石料下落情况确定，一般不宜超过2.0m），提升时桩尖自动打开，桩管内的砂石料流入孔内；

6、下落桩管，桩管每提升1.0m，下压0.5m，然后留振10～20s；利用振动及桩尖的挤压振密作用使砂石料密实；

7、重复5、6两道工序，使桩管上下运动，砂石料不断补充，砂石桩不断升高；桩管提升过程中应保持匀速，若遇相对软弱层时适当降低提升速度；

8、桩管提升至原地面，砂石桩施工完成；移动机具进行下一根砂石桩的施工（砂石桩施工时，应间隔进行俗称跳打，应由外侧向中间推进）。

二、桩间土点夯：砂石桩按照设计要求施工完成后，对砂石桩桩间软弱土体进行点夯处理，每点2～3击，点夯单位夯击能2000kN·m/m²，使桩间软弱土体在冲击和挤压作用下迅速排水固结。

方案二：先强夯后砂石桩方案，该方案适合的地层条件为：上部为回填土，土质含水量较低，地下水位较深的情况。

一、场地满夯：对整个地基范围内进行满夯处理，满夯1～2遍，每点2击，夯锤印搭接1/4锤，单位夯击能1500kN·m/m²；提高地基土强度，降低其压缩性。

二、振动沉管法砂石桩施工步骤：

1、测量放线，确定砂石桩桩位；

2、移动桩机及导向架，使桩管及桩尖对准桩位；

3、启动振动锤，把桩管振动下沉到预定深度；在可液化层持续震动30～60s，到达桩底后留振20～30s（可根据地质条件及试验确定留振时间），即振冲器不上升也不下降，保证继续振动，使振冲器把桩孔扩大或把周围填料挤密；

4、向桩管内投入规定数量的砂石料，每次填料厚度为1.2～1.4m，控制好填料量，施工中加料要遵循“少量多次”的原则，既要勤加料，每批次又不宜加的太多；

5、边振动边提管，提管速度为1.0～2.0m/min，把桩管提升到一定高度，约1.0m（提升高度根据管内砂石料下落情况确定，一般不宜超过2.0m），提升时桩尖自动打开，桩管内的砂石料流入孔内；

6、下落桩管，桩管每提升1.0m，下压0.5m，然后留振10～20s；利用振动及桩尖的挤压振密作用使砂石料密实；

7、重复5、6两道工序，使桩管上下运动，砂石料不断补充，砂石桩不断升高；桩管提升过程中应保持匀速，若遇相对软弱层时适当降低提升速度；

8、桩管提升至原地面，砂石桩施工完成；移动机具进行下一根砂石桩的施工（砂石桩施工时，应间隔进行俗称跳打，应由外侧向中间推进）。

处理效果监测：

1、现场监测主要测试内容主要有：地表沉降和深层沉降，地面水平位移和深层土体侧向位移，地基处理深度，地基土强度、孔隙水压力及变形模量等；

2、检测时间：地基深层置换强夯处理法结束后应间隔一段时间方能对处理地基质量进行检验，一般可取2～4周；

3、检测方法：砂石桩和桩间土形成的复合地基采用复合地基静载荷试验；砂石桩桩身采用标准贯入试验、动力触探等原位测试；桩间土采用标准贯入试验、静力触探等原位测试和室内土工试验等方法。

4、检测数量：应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定；应符合现行有关规范和标准的规定。

Claims (2)

1.一种地基深层置换强夯处理法，其特征在于，采用先砂石桩后强夯法，包括以下施工步骤：

1）、振动沉管成孔：合理设计布置桩位，根据处理目的和预期承载力进行深层置换桩孔布置，利用振动沉管法在软土地基中成孔，沉管深度应穿过需处理的土层，坐落于深部较硬持力层上，在可液化层持续震动30～40s，到达桩底后留振20～30s，根据地质条件及试验确定留振时间，通过振动挤密作用消除或减少深部可液化土层的液化性能；

2）、填料成桩：边振动边提管填料，通过沉管填入砂石材料，提管速度为1.0～2.0m/min，待填料高度达到1.0m后，再振动下沉桩管挤压填料，将砂石材料挤压入所处理的土层中，形成较大直径的密实砂石桩体；桩管每提升1.0m，下压0.5m，然后留振10～20s；如此施工完成所布设的砂石桩体；

3）、桩间土点夯：砂石桩施工完成后，整平场地对砂石桩桩间土进行点夯处理，每点2～3击，点夯单位夯击能2000kN·m/m²。

2.一种地基深层置换强夯处理法，其特征在于，采用先强夯后砂石桩法，包括以下施工步骤：

1）、场地满夯：整平场地对整个场地进行满夯处理，满夯1～2遍，每点2击，夯锤印搭接1/4锤，单位夯击能1500kN·m/m²；如此完成施工；

2）、振动沉管成孔：合理设计布置桩位，根据处理目的和预期承载力进行深层置换桩孔布置，利用振动沉管法在软土地基中成孔，沉管深度应穿过需处理的软弱土层，坐落于深部硬持力层上，振动沉管在可液化层持续震动30～40s，到达桩底后留振20～30s，根据地质条件及试验确定留振时间，通过振动挤密作用消除或减少深部可液化土层的液化性能；

3）、填料成桩：边振动边提管填料，通过沉管填入砂石材料，提管速度为1.0～2.0m/min，待填料高度达到1.0m后，再振动下沉桩管挤压填料，将砂石材料挤压入所处理的土层中，形成较大直径的密实砂石桩体；桩管每提升1.0m，下压0.5m，然后留振10～20s；如此施工完成所布设的砂石桩体。