无填料振冲地基处理施工组织设计.doc

无填料振冲地基处理施工组织设计前言振动水冲法加固砂土类地基，形成和始于1937年的德国，70年代中期进入我国。该法简称振冲法，它是利用振冲器的强烈振动和压力水冲贯入到土层深度，使松砂地基加密，或在软土层中填入碎石等无凝聚性粗粒料，形成强度大于周围土的桩柱并和原地基土组成复合地基，以提高地基整体强度的加固技术。具有工艺简单、经济实用、效果显著等优点，因而在世界各地得到了广泛应用。目前，振冲法加固砂土类地基主要有无填料加固和填料加固两种方法。对于无填料加固，一般认为仅适用于处理粘粒含量小于10%的中粗砂等粗颗粒土；对于粉细砂地基，相关规范中明确规定不宜采用或不能采用。而对于加填料的振冲法虽然在工程当中较普遍采用，但由于需填料量大，工程质量不易控制和检验，且能否有效解决场地的不均匀沉降问题目前还存在较大争议。鉴于无填料振冲法可以有效的解决上述问题，且具有施工简便、工期短、造价低等优点。因此，研究和总结无填料振冲法对于粉细砂地基加固的适宜性和有关工艺参数就具有十分重要的理论和现实意义。1 无填料振冲加固机理砂类土振冲加密，简单地说就是利用松砂在振动荷载作用下，颗粒重新排列，体积缩小，变成密砂的特性。 在动荷载作用下砂土抗剪强度为： =（）tg ø式中砂土所受的正应力 砂土所在位置的超静孔隙水压力 ø砂土的内摩擦角 当振冲器在加固砂土时，不断增长，使趋近，此时导致砂土抗剪强度为零。砂土结构遭到破坏，出现砂土液化现象。砂土液化以后，在上负荷重力和振动作用下，砂土颗粒又重新排列，使砂土孔隙比减少，相对密度增加，承载力提高。 振冲过程使砂基受到以下3种加密作用。 a. 振挤作用是振冲器的水平振动力通过土的骨架传递将周围土挤压密实。 b. 振浮作用是通过振冲器振动使周围土体内超孔隙水压力升高，促进土粒间结构力破坏再形成稳定的结构形式。c. 固结作用是在砂土上覆有效应力作用下，超孔隙水压力消散时产生排水固结压密。2 工程概况及施工工艺2.1 工程概况唐山港曹妃甸港区煤码头（二期）工程堆场位于唐山港曹妃甸港区一港池的西岸线，煤码头起步工程的北侧。堆场由海砂吹填造地形成，局部区域含厚度不均的粉质粘土层，且场地砂土层普遍存在液化。施工现场场地标高约55.5m，地基处理深度从现有地面至底标高-15m。检测结合强夯施工进行，强夯结束后间隔14天以上进行检测，施工目标:消除地基处理深度范围内土层的液化问题；轨道梁区表层复合地基承载力不低于200kPa, 堆场区表层复合地基承载力不低于150kPa。2.2 主要设备50t履带吊、250kW发电机、75KW振冲器及操作平台、IS80-50-250型离心式水泵。50t履带吊、75KW振冲器、250kW发电机IS80-50-250型离心式水泵及操作平台2.3 施工工艺2.3.1 概述采用75KW振冲器对场地进行无填料振冲处理，双点共振的振冲方式，等边三角形布置，堆场砂区：振点间距2.5m，轨道区振点间距2.2m，堆场夹泥区振点间距2.2m，处理深度范围地表至标高-15m处。2.3.2 工艺流程平整场地测量放线组装设备接通水电验桩振冲施工施工自检检测验收2.3.3 施工方法A. 施工准备a、 采用推土机进行场地整平，并由测量测绘出整平地面标高，确定振冲深度；b、 按要求准备相应功率及型号的振冲器和配套机具、设备；c、 清理场地，接通电源、水源；d、 施工前应对振冲施工机具进行试运行。B. 测量放点用GPS将振冲边界点放出，并用长竹竿系彩色丝带标记。分区进行振冲，振冲宽度最大为42.7米，所以只在长度方向的边界线每50米施放一个桩位点，由施工队伍采用50米钢卷尺施放每个桩位点，并用短竹竿标记。C. 施工试桩为了能够满足设计和规范要求，根据现场的实际条件，选定合理的施工工艺参数，首先在堆场区进行了振冲实验施工。（1）振冲点布置、点距排距根据设计振冲范围及密布效果的要求，振冲点按等边三角形布置成梅花形，振冲点间距分别为2.2m、2.5m。（2）留振时间对准桩位后，将振冲器迅速贯入砂层，直达设计深度，下振速度约4m/min。振冲器抵达设计深度后停止进尺，留振约60s，然后上提50 cm继续留振10s，周而复始，直至振冲器提出孔口为止。经过试验，三种间距的点位布置振冲处理后，经标贯检测均满足设计要求，而2.2m的布孔方式工效较优，综合考虑后，决定堆场砂区：振点间距2.5m，轨道区振点间距2.2m，堆场夹泥区振点间距2.2m，处理深度范围地表至标高-15m处。D. 振冲施工振冲施工的参数： a、 采用75KW振冲器，采用双点共振法施工；b、 振冲间距：砂区轨道梁区2.2m，堆场区2.5m；夹泥区间距2.2m；c、 振冲点布置：等边三角形；d、 下沉和上提速度：4m/min；e、 水压：上部2m成孔时为0.3MPa，2m以下水压为0.2MPa；f、 提升间距：每段提升高度0.5m；g、 成桩：a）.慢速振冲下沉至桩底，留振60秒；b）.慢速振冲上拔至孔口处，留振120秒；c）.慢速振冲下沉至桩底以上0.5m处，留振30秒；d）.慢速振冲上拔0.5米，留振10秒；e）.依此类推，每段上拔0.5米，每段留振10秒；f）.直至孔口处，再留振60秒；g）.再次振冲至桩底以上1.0米，留振20秒；h）.慢速振冲上拔0.5米，留振10秒；i）.以此类推至孔口，每段上拔0.5米，留振10秒；j）.成桩结束，关闭水泵及振冲器，移至下一根桩；k）.桩位偏差200mm，孔深偏差小于±200mm。E. 供电设计用1台250kW发电机专门给振冲器、水泵、照明系统供电，该台发电机在100m范围内输送电力。F. 供水设计水源供应因地制宜，采用YQ25型潜水泵置于取近海海域，并在堆场布置好取排水沟，从取水沟抽取海水到现场水箱，供IS80-50-250型离心式水泵抽吸作振冲之用。振冲完场地时排污水，将污水用泥浆水泵抽到排污沟，污水经过沉淀后流回取水沟，这样就形成了循环用水，既降低了成本，也使场地的水时排水，避免了振场后场地的二次液化。G. 最佳振冲操作程序移机使振冲器对准振点；启动水泵开始射水；启动振冲器，以大约每分钟小于4m的下沉速度贯入砂层，直达设计处理深度；按照上述振冲留振时间进行振冲施工。一点振冲完毕，关机停水，移动振冲器对准新点；重复以上程序，周而复始。H. 检测验收a、 检测在振冲施工结束后14天之后进行。b、 对地基处理区域采用标准贯入法进行检验，检验密度轨道梁区域可取2000平方米一个测点,堆场区可取3000平方米一个点,具体可根据地基均匀程度适当调整，检验点应具有代表性，并选在振冲点围成的区域形心处及振冲点的中心处。c、 检测点高程范围为3m-15.0m（高程采用当地理论最低潮面为基准）；d、 标准贯入实验间距为1m（在柱状图中给出N值的详细标高）；e、 要求消除处理深度范围内土层的液化问题，并对复合地基承载力进行估算。标准贯入检测图2.4 技术控制要点及质量控制标准施工过程中质量控制要素主要有：桩位偏差、施工深度、留振时间的控制。2.4.1 桩位偏差控制造孔过程中发生孔位偏移原因及纠正方法如下。(1)由于土质不均匀，造孔时易向土质软的一侧偏移。纠正方法可使振冲器向硬土一侧对桩位并开始造孔，偏移量多少在现场施工中确定；(2)振冲器导管上端横拉杆拉绳拉力方向或松紧程度不合适造成振冲器偏移。纠正方法调整拉绳方向和松紧度：(3)当制桩结束发现桩位偏移超过规范或设计要求时，应找准桩位重新造孔至偏移处，加密成桩。2.4.2 孔深控制(1)在振冲器和导管安装完后，应用钢尺丈量并在振冲器和导管标出长度标记，一般0.5m为一段，使操作人员据此控制振冲器入土深度；(2)应了解地面高程变化情况，依据地面高程确定应造孔的深度；(3)施工中当地面出现下沉或淤积抬高时，振冲器入土深度也要做相应的调整，以确保成桩长度。2.4.3 留振时间控制留振时间控制时应注意下列事项：为保证留振时间准确性，在振动条件下设定留振时间可能发生变化，应及时检查；施工中应确保留振时间；应定期检查电气设备，不合格，老化，失灵的原器件应及时更换。2.5 劳动组织及施工质量管理2.5.1 劳动组织机组：为保证完成上述最佳操作程序，每个机组配三个班组，一个班组配备5个人员班长1人，负责统一指挥；司机1人，负责操作履带吊机；振冲器操作工1人，负责启闭振冲器兼做施工记录；其他2人，负责水泵供水管系、电缆管理。项目部：建立由项目经理、项目技术负责（总工程师）、工程部、质监部及队长、质检员、抽查人员、巡查人员、巡视人员、现场记录人员的质量保证体系，设置质量控制点，控制每个施工单位、工序的工程质量，定期开展质量统计分析，掌握工程质量动态。施工过程中，施工队的质检员必须对工程部、质监部负责，工程部、质监部部必须对项目技术负责人（总工程师）及项目经理负责，层层落实，贯彻到底。2.5.2 施工质量量管理2.5.2.1 施工管理重点难点A、 场地面积大。B、 施工机械多。C、 成桩时间较长，成桩过程中留振时间难于掌握。D、 振冲过程中，因为土体塌陷，难于对桩。2.5.2.2 针对重点难点项目部采取的措施A、 项目部成立无填料振冲领导小组组 长：任延寿副组长：张力华组 员：雷作民、赵耀臣、靳宝年、张禹、陈晓明、梁博、李涛、蒋峰、王鹤庭。B、 制定巡查巡视抽查制度为保证施工质量，现场安排了三批人对现场进行质量管理，分别为抽查人员、巡查人员、巡视人员，三批人岗位不同，分工不同，但是又相互联系、相互牵制，并且安排专人对机组进行记录，现场质量完全属于可控状态。C、 制定无填料振冲的奖惩措施项目部制定了较完善的无填料振冲奖惩办法，对没有按照设计参数施工的机组进行重罚，对施工过程中严格按照设计参数施工的机组进行重奖，通过该办法的实施，机组施工人员积极性提高，并且质量意识也有了极大的加强。3 施工中常见问题的探讨及体会4.1施工中遇见的问题及应对措施（1）振冲器造孔过程中振冲器下沉速度较正常情况下明显降低，造成原因可能是上部在回填过程中经车辆碾压后形成相对密实层，下沉阻力较大。施工中可适当加大水压，振冲器在相对密实层上部稍做停留；振冲器造孔电流过大，造成原因可能是振冲器贯入速度太快、振动力过大、孔壁土石坍塌，使振动力在短时间内无法传递出去。在施工过程中可适当减慢振冲器下沉速度或减少振动力；振冲器造孔时造成卡锤现象（也称“抱锤”），造成这种状况的原因有施工过程中供电突然中断短时无法恢复、施工机械发生故障、土层相对密实而振冲器下沉速度过快。故在施工中应经常检修设备，保证设备的正常运转。在发生“抱锤”现象后，可利用高压水枪从锤边自上而下插入土中直至锤头处，当锤顶周围有水溢出时启动振冲器缓缓上拔即可；堆场出现抱桩（抱锤）根据设计要求振冲最大深度为21米，但在具体施工过程中发现部分区域振冲器无法下沉至21米处，普遍下沉深度在16米左右，经过分析造成这一状况的原因可能是回填料为吹填粉细砂，回填过程中，砂的含水量比较少，不能形成饱和状态，影响砂的液化，且部分回填砂的含泥量超出了设计要求（设计含泥量小于10%），粘性较高容易形成块体，致使振冲器下沉阻力加大在达到一定深度后靠其自重和水压力无法继续下沉至设计深度。通过后期补振发现地下水位回升后可有效解决这一问题，可见在施工前应设法增加回填砂的含水率以达到更好的振冲效果。若条件不允许或增加回填砂的含水率较困难则可采用分层回填后分层振冲也可达到设计要求。堆场振冲效果图（2）振冲器加密过程中振冲器上提时造成卡锤现象，造成原因可能是留振时间过长或孔壁突然坍塌造成振冲力瞬时聚集无法向四周传出，解决措施同上；振冲后上部2.5m范围内加密质量欠缺，这是振冲施工普遍存在的原因，因为振冲器上提至顶面时留下约1.01.5m孔洞，可采用顶部二次振冲，使其上部振冲加密质量欠缺段减至最底限度或采用顶层夯实、分层碾压处理。振冲密实后标贯检测结果发现击数在某些部位略低于设计要求，这可能是留振时间未达到设计时间或该部位地质状况相对较差在设计的留振时间内达不到密实要求，施工中应严格控制施工参数，在薄弱位置增加留振时间。尽量避免返工或补振，因为在一次施工后密实度有较大提高，再次振冲难度加大，而且施工中振冲器周围容易发生返水现象造成孔洞形成薄弱点。若在不得以的情况下返工或补振，则需要注意注入水量和水压避免返水现象，条件允许的情况下可适当向振冲器周围填料，这些均可消除成孔现象减少薄弱点。4.2施工中的体会 （1）振冲器、水泵、升降移动机具的选择，合适与否关系到施工的成败；（2）松散的砂土只要其粒径在适于振冲法密实的粒径范围之内（可通过实验判定），经振冲密实后地基承载力均有明显提高，成果显著。施工中若有条件应尽量选用大功率振冲器（在施工过程中航五机械化引进了135KW振冲机组），不仅激振力大，振冲效率高，挤密质量可靠，而且作用半径大，可增大点距，减少振冲点数，既可以加快工程进度，也可进一步降低工程成本； （3）水量和水压都很重要，必须根据不同工程情况选择相适应的供水设备。当场地水成为循环水后，在天然条件下取得大量供水则能显著增加施工效率。完全浸水饱和的粉细砂层，颗粒比重减小，稍经振动即可液化，砂土中的粗、中、细颗粒在水中易于流动移位，重新排列组合，孔隙减少。在自行塌陷的基础上辅以射水、并安排人工用铁铲翻动充填，可以轻易取得贯入、振密、耗电少、工效快、密实均匀可靠的效果； （4）施工之前，人员要经过短期培训，了解并掌握机械、电气性能、基本构造、操作、维修方法，这是保证正常顺利施工的重要环节之一；（5）回填砂土地基振冲密实效果必须充分考虑到原始地基沉降及振冲密实体周边约束条件的位移带来的不利影响。4 结语本次施工是我公司大功率振冲器大面积地基处理在曹妃甸地区的首次尝试，在整个施工过程中技术人员与操作人员共同克服了施工难度大、地质条件相对较差等困难，用最短的时间熟悉和掌握了机械性能及施工技术，为保证施工质量夯实了基础，最终达到了预期的效果，并取得了一定的经济效益和社会效益。更重要的是为对大功率振冲器进行大面积砂基挤密的施工工艺进行技术性总结和研究提供了实践依据，为今后同类工程提供了宝贵的经验。