振动挤密碎石桩在实践中的得失

振动挤密碎石桩在实践中的得失
1、概述
振动挤密碎石桩是在振动机械的振动力作用下，将套管沉至设计深度，套管入土后，挤密了套管周围的土，然后再投入碎石，一边振动拔管一边排碎石入土中并得到振动密实，多次循环后，就成为振动挤密碎石桩。

这种施工工艺对软弱地基土既有挤密作用又有置换作用，使桩与桩间土形成较好的复合地基，提高承载力，消除砂土液化，也增强了软弱地基土整体稳定性。

可以很好地满足上部结构对地基土的液化、强度和变形要求。

振动挤密碎石桩通过对地基土的挤密、置换及排水固结等作用，形成复合地基，提高软弱和松散地基土的承载力及抗液化能力，改善地基土的沉降及变形性质。

适用于松散的粘性土和砂性土，但随着粘粒含量增大，桩间土挤密效果越差；所以加固效果越差。

故在选用振动挤密碎石桩进行地基处理时应注意它对地层的适用条件。

在潮白河的冲、洪积层中，一般地下水埋藏较浅，故在第四系的浅部砂层中大部都存在轻微～中等液化，而且浅部粘性土承载力偏低。

故应对砂层进行消除液化和粘性土的加固处理，以满足上部结构的抗震设计和对地基土的强度及变形要求。

本文结合交通部党校二期工程的振动挤密碎石桩地基处理方案对振动挤密碎石桩在地基处理中的加固机理、参数设计、施工要点及加固效果等进行分析和研究。

2、工程概况
2.1、工程简介
交通部党校二期工程位于燕郊经济技术开发区燕灵路西交通部党校院内，主要建筑物为：
风雨操场1191.30m2、多功能厅394.60 m2、阶梯教室337.84 m2及保龄球馆644.74 m2。

建筑物主要采取独立柱基础，采用振动挤密碎石桩进行加固处理，要求复合地基承载力标准值不小于180Kpa。

2.2、场地地质条件
据地质勘察资料显示，地表20.00m以内为第四系沉积的冲、淤积土，土的工程性质相对较差，具体土层描述如下：
①素填土：黄褐色；稍湿～湿；可塑；包含植物根、砖块；层厚0.8～
2.00m。

②粘质粉土：黄褐色；可塑～软塑；包含云母、氧化物、腐植质；层厚
1.00～3.00m；地基承载力标准值f k=120 Kpa。

②-1砂质粉土：黄褐色；湿～饱和；中密；包含云母、氧化物、腐植质；层厚0.50～1.80m；地基承载力标准值f k=155 Kpa。

③粉质粘土：浅灰色；可塑～软塑；包含云母、氧化物、腐植质；层厚
0.60～2.90m；地基承载力标准值f k=65Kpa。

③-1粘质粉土：灰色；可塑～软塑；包含云母、氧化物、腐植质；层厚
0.50～2.40m；地基承载力标准值f k=160 Kpa。

④粘质粉土：灰色；可塑～硬塑；包含云母、氧化物、腐植质；层厚
0.30～2.90m；地基承载力标准值f k=110 Kpa。

⑤粉质粘土：浅灰色；可塑～软塑；包含云母、氧化物、腐植质；层厚
1.80～4.60m；地基承载力标准值f k=135 Kpa。

⑤-1重粉质粘土：灰色；可塑～硬塑；包含姜石、云母、氧化物、腐植质；层厚0.40～3.30m，局部缺失；地基承载力标准值f k=120 Kpa。

⑥细砂：黄灰色；密实；饱和；包含砾石、云母；层厚1.10～3.20m；
局部缺失；地基承载力标准值f k=190 Kpa。

⑥-1中砂：黄灰色；密实；饱和；包含砾石、云母；层厚1.20～2.00m.；局部缺失；地基承载力标准值f k=210 Kpa。

⑦粉质粘土：黄灰色；可塑～硬塑；包含云母、腐植质；层厚1.30～
2.00m；局部缺失；地基承载力标准值f k=170 Kpa。

⑧粘质粉土：黄灰色；硬塑；包含云母；揭露层厚0.50～1.00m；局部
缺失。

勘察期间实测初见水位埋深为4.30～6.40m，静止水位埋深为3.90～
5.60m。

另据调查，场地水位随季节性有所变化，变化幅度为2.00 m。

根椐场地土质和地下水埋藏条件，按《建筑抗震设计规范》（GB11-89）
规定进行初步液化判断：
本场地在8度地震时；②层粘质粉土轻微液化，②-1层砂质粉土、③-1
层粘质粉土及④层粘质粉土中等液化。

3、设计参数
振动挤密碎石桩由交通部某设计院设计并施工。

振动挤密碎石桩按正方
形布置，桩径400mm，桩长8～10m，桩间距1.40m。

4、地基处理效果检验
本次检测共完成静载荷试验点4个，重型（2）动力触探点10个，标准
贯入试验孔10个。

4.1、静载荷试验
本次试验采用快速维持荷载法。

按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）、《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）进行。

在场地内随机选取4根桩做单桩复合地基载荷试验。

通过对载荷试验原
始数据进行整理，并经计算机沉降外推计算后。

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91），采用相对沉降量法确定复合地基承载力基本值。

本场地
以粘性土为主，取S/b=0.02，即S=28mm时所对应的载荷为复合地基承载力
基本值，结果1号点为150KPa，2号点为222KPa，3号点为215KPa，4号点
为110KPa。

4.2、标准贯入试验
本次共做标准贯入试验孔10个，标准贯入试验49次，进尺77.00m，据钻孔试验资料，本场地深8.50m以内的土层承载力标准值如下：
②层粘质粉土f k=160 Kpa；③层粉质粘土f k=130 Kpa；④层砂质粉土
f k=170 Kpa；⑤层粉质粘土f k=170 Kpa；⑥层粘质粉土f k=145 Kpa；⑦层砂质粉土f k=180 Kpa；
由此可见处理后桩间土承载力有较大幅度的提高。

由粉土地震液化判别可知桩间土仅有⑥粘质粉土某些地段还存在轻微液化，液化指数<1.00，已不会危及建筑物安全。

4.3、重型⑵动力触探试验
本次共随机抽取10根桩做重型⑵动力触探，对重型⑵动力触探数据进行分析。

可知单段欠密（我院采用N63.5<7击）长度超过1.00m的桩有6根为验桩总数的60%。

基础下3.00m以内单段欠密长度超过1.00m的桩有4根，为验桩总数的40%，椐此认为桩体密实度符合要求者为50%左右。

4.4、结论与处理意见
综合分析上述三种检测的结果可以看出：
1.桩间土经挤密和排水固结后，承载力标准值有了较大幅度的提高，并且粉土的地震液化已不会危及建筑物的安全；
2.桩体密实度符合要求者，约为50%；
3.由于桩体密实度变异很大，单桩复合地基承载力基本值浮动也很大，因此不具备计算复合地基承载力标准值的条件；
4.个别桩由于桩体存在严重缺陷，致使桩体承载力标准值低于桩间土，进而使单桩复合地基承载力基本值亦低于桩间土；
5.桩间土承载力标准值提高幅度较大主要是排水固结之功；
由以上综合分析评价，可以得出下述结论：地基加固未达到预期目的，复合地基承载力低于180KPa，须进一步采取加固措施。

可进行补桩加固处理或对1.00m～5.00m的桩段进行反插填料，使该桩段桩径扩大至600mm，桩体重型⑵动力触探锤击数大于7击。

5、二次处理及检测
根据检测资料和对场地地基的细致了解，该设计院进行了综合分析，确定了加固范围，并进行了补桩加固处理，共补桩191根。

我院受委托对补强后的复合地基进行评价。

本次共做标准贯入试验孔5个，标准贯入试验24次，钻孔进尺27.50m。

据钻孔资料，本场地深6.10m以内的土层承载力标准值如下：
②层粘质粉土f k=220 Kpa；③层粉质粘土f k=180 Kpa；④层砂质粉土
f k=180 Kpa；⑤层粉质粘土f k=230 Kpa；
由此可见处理后桩间土承载力有很大幅度的提高。

本次共随机抽取3根桩做重型⑵动力触探，各桩欠密段平均击数为4.40击，桩体单位截面积承载力为182KPa。

6、复合地基综合评价及建议：
1、经补强加固后复合地基承载力标准值≥180KPa，符合设计要求。

2、考虑到碎石桩复合地基均匀性较差，建议采取如下措施：
（1）适当加大褥垫层厚度，以调节不均匀沉降；
（2）上部结构亦酌情采取抗不均匀沉降的措施。

7、结论
1、振动挤密碎石桩在地基处理中明显地改善了地基土的工程性质，提高了地基土的强度，消除饱和粉土、砂土的液化。

2、在地基处理技术选择上有失误；由于对本场地软弱土的低强度估计不足。

在承载力标准值仅65 Kpa左右的软弱土中采用振动挤密碎石桩，扰动破坏的副作用很大，在挤密施工过程中产生的高孔隙水压力及软弱土层结构强度的破坏，需要经过相当长时间的恢复过程，土的强度才可能在原有基础上缓慢提高,如果在成桩过程中没有较好的桩间土作为支撑,很难保证桩体的密实度。

3、加厚碎石垫层，既能铲除表层不够密实的桩和桩间土，又能增强地基的整体刚度，改善受力性能。

4、在进行振动挤密碎石桩地基加固处理设计时，应充分考虑到振动挤密碎石桩对地层的适用条件。

5、对于碎石桩的设计与施工，应充分运用现场打试桩以获得实测数据和观测处理效果，来修正设计参数、优选施工的方法。

6、做到精心施工，高度重视和强化施工中的质量监督与质量管理，消除施工过程中的种种主观因素造成不和格。

遇到软弱地层，采用重复压拔法（在成桩过程中将桩管每提升1.50米后压入1.00米，反复2～3次直到超过软弱土层），以适当扩大桩径。

参考文献：
1、杨庆义、张玉宝，挤密碎石桩在地基处理中的应用研究. 西部探矿工程，2001
2、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）
3、《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）
4、《建筑抗震设计规范》（GB11-89）
5、林宗元主编《岩土工程治理手册》.沈阳：辽宁科学技术出版社，1993
6、牛志雄等编著《复合地基处理及其工程实例》.北京：中国建材工业出版社，2000.9。