CN114250760B - 预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法 - Google Patents

预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法 Download PDF

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Abstract

一种预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法，属于岩土地基加固技术领域，可解决PHC管桩在遇到超厚湿陷性黄土下存在软弱土层时，存在的负摩阻问题以及侧摩阻力及端阻力不足等问题，具体是超厚层湿陷性黄土下存在软弱土层时，采用大粒径块石墩体+级配碎石夯扩挤密+素土夯扩挤密+PHC管桩的地基加固施工方法。通过使用本发明的方法，可提高桩端阻力，提高桩侧摩阻力，消除桩间土湿陷性。

Description

预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法
技术领域
本发明属于岩土地基加固技术领域，具体设计一种预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法。
背景技术
在我国湿陷性黄土的分布非常广泛，广泛分布于我国东北、西北、华中和华东部分地区，湿陷性黄土是指在受水浸湿后土体原有结构迅速破坏发生大的沉降，而(超)厚层湿陷性黄土的厚度往往能达到15米以上，遇到此类地基，一般采用的加固处理方法是将其通过动力夯实压(挤)密，而软弱土受到扰动易发生蠕变软化，此两者组合而成的特殊性土二元结构地基采用常规加固手段往往效果不明显或造价高昂。
采用PHC管桩时，(超)厚层湿陷性黄土的侧阻力为负摩阻力，而当设计桩端部位恰好处于软弱土层时，会导致PHC管桩的单桩承载力非常较低，若增加设计桩长则费用大幅增加。
发明内容
本发明针对PHC管桩在遇到超厚湿陷性黄土下存在软弱土层时，存在的负摩阻问题以及侧摩阻力和端阻力不足等问题，提供一种预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法，具体是一种块石、碎石和素土通过由下而上先后次序高动能夯填挤密，再高动能锤击打入PHC管桩的一种地基处理设计及施工方法。
本发明采用如下技术方案：
一种预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法，施工顺序：PHC管桩桩位测放→锤击成孔→机械洛阳铲成孔→软弱土层段块石夯填→形成桩端块石墩体→碎石夯填施工→素土夯填施工→桩间土素土夯扩挤密桩桩位测放→桩间土素土夯扩挤密施工→打入PHC管桩→施工质量检验及加固效果检测。
（1）在PHC管桩原桩位上成孔，从原始地面起，对地基土机械成孔至孔底设计标高，其中，地基土从上至下包括湿陷土层和软弱土层，从设计孔口标高至软弱土层顶标高均采用锤击成孔工艺，形成对湿陷土层第一次挤密作用。在遇到软弱土层不易锤击成孔时，改用机械洛阳铲掏孔，至桩孔底深度达到设计标高。成孔直径400~500mm。
（2）向孔内抛填粒径10-20cm块石，每层厚度50~80cm，采用锤重35kN，落距不小于8m进行夯击，形成高度不小于软弱土层厚度、块石填料总体积不小于软弱土层段成孔体积的3.0倍的桩端墩体；桩端墩体完成后，向孔内湿陷土层段分次填充级配碎石填料，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m进行夯击，夯扩形成加固体，碎石加固体长度为湿陷土层厚度的1/2，加固体直径不小于700mm。
（3）对剩余的桩孔采用素土回填夯实挤密，素土含水率控制在最优含水率的±3%，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯实到孔口位置，加固体直径不小于700mm。
（4）在加固体之间的超厚湿陷性黄土中按要求间距布设全素土夯扩挤密桩，成桩直径不小于600mm~700mm，有效桩长进入非湿陷土层不小于0.5m。桩孔填料全长采用素土，每次填料为0.2m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯扩挤密，直至地面孔口或桩顶设计标高。布点形式为正三角形布置，间距不大于1.5m。
（5）在碎石素土二相加固体中锤击打入PHC管桩，对桩侧周围土层产生挤密。在锤击管桩沉桩过程中，桩底端部依次将素土、碎石挤开至侧壁四周，最终插到软弱土中的块石墩体顶部。形成以块石墩为桩底承载体、桩侧下部为夯扩挤密碎石加固土层、桩侧上部为夯扩挤密素土加固土层的加固模式，提高桩端阻力，提高桩侧摩阻力，消除桩间土湿陷性。
（6）第（2）、第（3）、第（4）所述的对块石、碎石、素土的夯击均采用重锤大落距，形成高动能夯击工艺，第（5）所述的PHC管桩打桩设备采用DD12.8柴油锤式打桩机，采取“重锤轻击”的工艺进行施工。
（7）检测，全部工艺流程完成后，静置2周进行单桩竖向承载力检测、桩间土湿陷性分析。
本发明的有益效果如下：
本发明形成一种预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法，具体为大粒径块石墩体+级配碎石夯扩挤密+素土夯扩挤密+PHC管桩的地基加固设计及施工方法，解决了(超)厚层湿陷性黄土+软弱土层的特殊性土二元结构地基中采用PHC管桩时承载力不足的问题，消除了桩间土湿陷性、提高了桩端地基承载力，从而提高了PHC管桩的桩端阻力及桩侧摩阻力。
本发明依托的工程案例，按上述组合工艺流程进行加固处理后，经静载试验检测，单桩竖向承载力满足要求，管桩桩长从20.0m减小到17.5m，桩间土原有湿陷性全部消除，降低了工程造价，值得大面积推广。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的二次挤密-1中分层夯填块石竖向增强墩体的工艺流程示意图；
图3为本发明的二次挤密-1中分次填充级配碎石的工艺流程示意图；
图4为本发明的二次挤密-2的工艺流程示意图；
图5为本发明的三次挤密工艺流程示意图；
图6为本发明的预制PHC管桩植入工艺流程示意图；
其中：1-湿陷性黄土层；2-软弱土层；3-块石；4-碎石；5-素土；6-全素土挤密桩；7-PHC管桩。
具体实施方式
一种预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法，施工顺序：PHC管桩桩位测放→锤击成孔→机械洛阳铲成孔→软弱土层段块石夯填→形成桩端块石墩体→碎石夯填施工→素土夯填施工→桩间土素土夯扩挤密桩桩位测放→桩间土素土夯扩挤密施工→打入PHC管桩→施工质量检验及加固效果检测。
（1）在PHC管桩原桩位上成孔，从设计孔口标高至软弱土层顶标高均采用锤击成孔工艺，形成对湿陷性土层第一次挤密作用。在遇到软弱土层不易锤击成孔时，改用机械洛阳铲掏孔，至桩孔底深度达到设计标高。成孔直径400~500mm。
（2）向孔内抛填粒径10-20cm块石，每层厚度50~80cm，采用锤重35kN，落距不小于8m进行夯击，形成高度不小于软弱土层厚度、块石填料总体积不小于软弱土层段成孔体积的3.0倍的桩端墩体；桩端墩体完成后，向孔内分次填充级配碎石填料，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m进行夯击，夯扩形成加固体，碎石加固体长度为湿陷性黄土层厚度的1/2，加固体直径不小于700mm。
（3）对剩余的桩孔采用素土回填夯实挤密，素土含水率控制在最优含水率的±3%，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯实到孔口位置，加固体直径不小于700mm。
（4）在加固体之间的超厚湿陷性黄土中按要求间距布设全素土夯扩挤密桩，成桩直径不小于600mm~700mm，有效桩长进入非湿陷土层不小于0.5m。桩孔填料全长采用素土，每次填料为0.2m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯扩挤密，直至地面孔口或桩顶设计标高。布点形式为正三角形布置，间距不大于1.5m。
（5）在碎石素土二相加固体中锤击打入PHC管桩，对桩侧周围土层产生挤密。在锤击管桩沉桩过程中，桩底端部依次将素土、碎石挤开至侧壁四周，最终插到软弱土中的块石墩体顶部。形成以块石墩为桩底承载体、桩侧下部为夯扩挤密碎石加固土层、桩侧上部为夯扩挤密素土加固土层的加固模式，提高桩端阻力，提高桩侧摩阻力，消除桩间土湿陷性。
（6）第（2）、第（3）、第（4）所述的对块石、碎石、素土的夯击均采用重锤大落距，形成高动能夯击工艺，第（5）所述的PHC管桩打桩设备采用DD12.8柴油锤式打桩机，采取“重锤轻击”的工艺进行施工。
（7）检测，全部工艺流程完成后，静置2周进行单桩竖向承载力检测、桩间土湿陷性分析。
其中，碎石加固体厚度和素土回填厚度的选择，对比数据如下：
1. 静载试验
SZ1：SDDC桩为20m素土中的预应力管桩单桩竖向抗压极限承载力Qu为2520kN，单桩竖向抗压承载力特征值为1260kN。不满足设计要求。
SZ2和SZ3：1/2素土和为1/2碎石中的预应力管桩单桩竖向抗压极限承载力Qu为3960kN，单桩竖向抗压承载力特征值为1980kN。满足设计要求。
SZ4：SDDC桩为0~16m为1/3素土和为2/3碎石中的预应力管桩单桩竖向抗压极限承载力Qu为3600kN，单桩竖向抗压承载力特征值为1800kN。满足设计要求。
SZ5：SDDC桩为上部0~6m为素土和下部6m~20m为碎石中的的预应力管桩单桩竖向抗压极限承载力Qu为2520kN，单桩竖向抗压承载力特征值为1260kN。不满足设计要求。
2. 水平承载力试验
SZ2和SZ3：SDDC桩为0~16m为1/2素土和为1/2碎石中的预应力管桩水平极限承载力H为210kN。
SZ4：SDDC桩为0~16m为1/3素土和为2/3碎石中的预应力管桩水平极限承载力H为180kN。
综合考虑，碎石加固体长度为湿陷性黄土层厚度的1/2，素土回填为湿陷性黄土层厚度的1/2。
实施例
本发明依托的案例按如下步骤实施的：
（1）进行PHC管桩设计桩位的承载加固体夯扩挤密施工。本案例采取4.8m桩间距、平面布置形式为正三角形，成孔孔径不小于400mm，有效桩孔深度不小于20.0m。
（a）挤密成孔：先采用打桩机锤击沉管挤密成孔；当进入软弱土层无法继续沉管时，更换机械式洛阳铲进行排土成孔，直至设计孔深。
（b）夯扩挤密成桩：
①先按进入软弱土层的实测深度和桩孔直径计算出填石体积VS，向孔内抛填粒径10~20cm块石，每层厚度50~80cm，采用锤重35kN，落距不小于8m进行夯击，每层夯6击，形成高度不小于软弱土层厚度、块石填料总体积不小于软弱土层段成孔体积的3.0倍的桩端墩体；
②向孔内分次填充级配碎石填料，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m进行夯击，每次夯6击，夯扩形成加固体，碎石加固体长度为湿陷性黄土层厚度的1/2，加固体直径不小于700mm。
③最后对剩余的桩孔采用素土回填夯实挤密，素土含水率控制在最优含水率的±3%，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯实到孔口位置，每6击为一组，完成一组锤击后采用卷尺对填料高度进行测量。反复填料锤击直至孔口，加固体直径不小于700mm。
④填料质量要求：块石粒径为10~30cm；碎石级配0.5~3.0cm的普通碎石；素土含水率控制在最优含水率的±3%。
（2）进行PHC管桩承载加固体周围桩间土的全素土夯扩挤密桩施工。本案例采用在加固体之间的超厚湿陷性黄土中按要求间距满布全素土夯扩挤密桩，成桩直径不小于600mm~700mm，有效桩长进入非湿陷土层不小于0.5m。桩孔填料全长采用素土，每次填料为0.2m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯扩挤密，每组夯3击，直至地面孔口或桩顶设计标高。布点形式为正三角形布置，间距不大于1.6m，素土含水率控制在最优含水率的±3%。
（3）在第（1）形成的碎石素土二相加固体中锤击打入PHC管桩，本案例PHC管桩型号采用PHC500-AB-100型，设计有效桩长17.5m，无桩尖，“重锤轻击”的方式打入。管桩施工设备采用DD12.8柴油锤式打桩机。停锤以控制桩顶标高为主、贯入度为辅，当贯入度已达到而桩顶标高未达到要求时，应继续锤击3阵(每10击为1阵)，以每阵的平均贯入度不超过10cm为合格。
（4）经第三方检测，按第（1）~第（3）步骤施工工艺处理后，桩长17.5m的PHC管桩的单桩竖向抗压承载力极限值达3600kN以上，同一场地内相同地质条件、相同型号管桩和相同打桩施工工况条件下，按常规工艺施工的桩长20.0m的PHC管桩的单桩竖向抗压承载力极限值为2500kN，两者相比，单桩竖向抗压极限承载力提高1/3以上。

Claims (1)

1.一种预应力管桩高动能夯扩碎石墩、素土挤密地基加固方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，首次挤密，从原始地面起，对地基土机械成孔至孔底设计标高，其中，地基土从上至下包括湿陷土层和软弱土层；
第二步，二次挤密-1，在第一步孔底软弱土层段分层夯填块石竖向增强墩体；然后在湿陷土层段，块石竖向增强墩体上分次填充级配碎石，通过孔内强夯形成加固体；
第三步，二次挤密-2，在孔内湿陷土层段填充素土夯扩挤密，与第二步形成的加固体共同形成碎石素土二相加固体；
第四步，三次挤密，在第三步形成的碎石素土二相加固体之间的超厚湿陷性黄土中按设计要求布设全素土挤密桩；
第五步，在碎石素土二相加固体中锤击打入PHC管桩，对桩侧周围土层产生挤密，在锤击管桩沉桩过程中，桩底端部依次将素土、碎石挤开至侧壁四周，最终插到软弱土中的块石墩体顶部，形成以块石墩为桩底承载体、桩侧下部为夯扩挤密碎石加固土层、桩侧上部为夯扩挤密素土加固土层的加固模式；
第二步中所述二次挤密-1，具体包括如下步骤：向孔内抛填粒径10-20cm块石，每层厚度50~80cm，采用锤重35kN，落距不小于8m进行夯击，形成高度不小于软弱土层厚度、块石填料总体积不小于软弱土层段成孔体积的3.0倍的桩端墩体；桩端墩体完成后，向孔内湿陷土层段分次填充粒径为0.5-3cm的级配碎石填料，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m进行夯击，夯扩形成加固体，碎石加固体长度为湿陷土层厚度的1/2；
第三步中所述二次挤密-2，具体包括如下步骤：对剩余的桩孔采用素土回填夯实挤密，素土含水率控制在最优含水率的±3%，每次填料0.1m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯实到孔口位置；
第一步中所述成孔，具体包括如下步骤：从设计孔口标高至软弱土层顶标高均采用锤击成孔工艺，遇到软弱土层不易锤击成孔时，改用机械洛阳铲掏孔，至桩孔底深度达到设计标高，成孔直径400~500mm；
第四步中所述三次挤密，具体包括如下步骤：在加固体之间的湿陷黄土中按要求间距布设全素土夯扩挤密桩，成桩直径不小于600mm~700mm，有效桩长进入非湿陷土层不小于0.5m，桩孔填料全长采用素土，每次填料为0.2m3，采用锤重35kN，落距不小于6m分层夯扩挤密，直至地面孔口或桩顶设计标高。
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