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复杂地层中大功率振冲碎石桩技术经济探讨

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摘要:从传统振冲碎石桩与“气协”振冲碎石桩两方面,简略介绍了复杂地层中大功率振冲碎石桩的施工方法,并分析了各种施工方法的经济性,结果表明:“气协”振冲碎石桩施工法不仅能提高工程质量,还能减少能源的消耗,具有良好的经济效益。

关键词:复杂地层;振冲碎石桩;气协法;经济性

中缅油气管道工程瑞丽分输(泵)站场地地层条件复杂,自上而下分为①黏土层,土质不均,夹粉砂,层厚0.50m~4.10m;②中粗砂层,松散,夹少量粉砂及砾砂,局部为黏土,层厚1.50m~8.70m;③圆砾,中密,夹大量卵石、碎石,局部为黏土,层厚为0.50m~4.30m;④中粗砂,中密,夹少量粉砂及砾砂,局部为黏土,层厚0.50m~9.50m;⑤中粗砂,密实,局部为卵石、砾砂、粉砂、黏土及少量粉质黏土,层厚1.00m~35.10m;⑥黏土,坚硬,夹砾砂、中粗砂、粉砂及少量粉质黏土,层厚0.90m~10.60m;⑦中粗砂,密实,局部为黏土和粉质黏土,层厚0.90m~7.40m。根据勘察报告可知,本工程场地地基土液化指数介于6.09~52.59之间,且仅有3孔的地基土液化指数小于18,按GB50011—2010建筑抗震设计规范,结合当地修筑经验,按最不利组合原则,判断本分输(泵)站地基土液化等级属严重,采用振冲碎石桩处理地基土消除液化。在采用传统振冲碎石桩施工方法(简称“传统振冲法”)对瑞丽站进行施工发现:由于地层的复杂多变,传统振冲法存在很多缺点,如无法达到设计桩长、桩体密实度不足等,因而需采用大功率振冲器,但大功率振冲器在超深粉细砂夹层的地层中施工容易出现“抱管”现象、施工进度慢、设备损坏率高等,使得无法保质保量的完成中缅油气管道工程瑞丽站的施工,针对这个问题,我们提出了“气协”振冲碎石桩(简称“气协法”)施工方法。采用“气协法”施工,成孔质量高,施工速度快,降低了施工成本,能够解决在传统振冲法施工时遇到的无法达到设计桩长、桩体密实度不够、在粉细砂夹层的地层中容易出现“抱管”现象以及施工进度慢、设备损坏率高等问题。本文简略介绍了复杂地层中大功率振冲碎石桩的施工方法,包括传统振冲法和“气协法”,并对其进行了施工技术经济分析。

1复杂地层中大功率振冲碎石桩施工工艺

1.1传统振冲碎石桩施工方法

传统的振冲碎石桩,是用起重机吊起振冲器,在高压水压力和振动器的强烈水平振动下形成钻孔,清理钻孔后向孔中分层填入碎石,在振冲器的振动作用下填料与原基地土形成复合地基,从而达到提高地基承载力,增加地基稳定性等作用。地基处理的深度一般为12m以内,振冲器功率一般为30kW~75kW。瑞丽分输(泵)站场地地层中多圆砾层、密实中粗砂层以及粉砂夹层,宜采用高压水冲的方法成孔。该方法的施工流程为:1)清理场地,测放桩位;2)施工机械到位,起吊振冲器使之与桩位线对准;3)振冲器造孔:启动高压水泵,开启动力箱;待振冲器运行正常以后,在高压水压力和振动器的水平振动下使振冲器达到预定深度;4)清孔;5)填料,并分段振密;6)成桩。在采用高压水冲的“传统振冲法”施工过程中发现,土层中的部分砂砾在高压水的冲击下不会随泥浆排出,会悬浮在振冲器以上导杆的位置,并被振冲器重新振密固结,致使振冲器难以上升和下沉,卡在土层中,即俗称的“抱管”现象出现。若强行拔出振冲器,会导致其电机电流骤然增大,超过额定电流,导致振冲器电机烧坏。并且强行增大吊车吊载能力,还可能出现吊车大臂折断的危险。可见,在复杂地层中采用传统的水冲法施工,施工难度大、风险高、投入成本高、施工工期长、安全隐患大。

1.2“气协法”施工方法通过对大量瑞丽泵站复杂地层中大功率振冲碎石桩施工技术现场试验研究分析,得出解决及预防“抱孔”的施工方法———“气协法”。该方法是将一根镀锌管上端焊在振冲器导管外壁顶部,下端焊在距减振器200mm左右,通过高压胶管连接气泵。振冲施工时开启气泵,并且不断调整气泵气压使其随成桩深度的增加而增大,在振冲器下沉时连续高压气体从振冲器顶部喷出,使导管周围的砂砾呈现悬浮状态,不会被动压实固结,避免“抱管”的现象的出现。

“气协法”现场施工的具体方式如下:

1)现场完成“三通一平”,准备机具。将一根镀锌管上端焊在振冲器导管外壁顶部,下端焊在距减振器200mm左右,通过高压胶管连接空压机。

2)振冲器定位:使振冲器对准孔位,利用下喷水束,校正振冲器位置,其偏差不大于5cm。

3)造孔:振冲器定位后,开启清水泵和空压机,待振冲器下端射水口出水的水压、水量和喷气孔口气压达到要求时,启动振冲器。待水流、水压、电流、电压、气压达到要求及振冲器运转正常后,开始贯入造孔,控制贯入速度一般在0.5m/min~2m/min,造孔电流为110A~190A,造孔水压为0.4MPa~0.8MPa,造孔气压0.4MPa~0.8MPa。

4)清孔:当振冲器到达预定深度时,将振冲器提出,并再次贯入振冲器2次~3次,然后清除孔内泥土,使填料通畅,减小桩体含泥量。此时清孔水压为0.4MPa~0.8MPa、清孔气压为0.4MPa~0.8MPa。

5)填料:清理孔位后将空压机关闭,将振冲器提至离孔底30cm~50cm的位置,用装载机向孔内投入级配碎石,级配碎石的粒径为4cm~15cm,每次填料厚度为30cm~50cm,振冲器的水平振动力将孔内的石料逐渐振密,当潜水电机的电流迅速增大,直至达到加密电流110A~180A,持续加密,达到留振时间为10s~15s,填料加密过程完成。此过程中加密水压为0.2MPa~0.8MPa。一般情况下,为确保加密效果,有利于填料下沉和充分液化,下部留振时间比上部适当长些。

6)填料时,为避免振冲器偏移,应在振冲器四周均匀填料。填料不能太快,否则会导致填料下沉困难,堵塞孔口,填料过少又会造成振冲器振待料。

7)重复上述的填料过程,直至填料加密至桩顶形成完整桩体。

与“传统振冲法”相比,“气协法”可以使桩孔上部的粗颗粒处于震动状态,使其孔隙增大,细颗粒可顺利随水气流返到孔口,因而不会出现细颗粒堆积区,能避免细粒土在高压水压作用下固结密实而导致的“抱管”现象的出现,而且“气协法”所成的桩孔比较一致,使振冲器便于操作,容易下料,加快了施工速度。采用“气协法”施工时,由于气压的存在,砂粒悬浮在桩孔内,与碎石形成良好级配,所成振冲碎石桩的密实度高。“气协法”用水量少,泥浆排放量低,泥浆收集、外运的工作量减少,现场施工环境得以提高。

2复杂地层中大功率振冲碎石桩经济分析

采用了适宜的关键施工技术参数的“气协法”施工节省了水、电、材料等资源的消耗,降低了机械使用费,中缅油气管道工程瑞丽分输(泵)站项目原计划工期为180d,采用气协振冲法后,将工期提前了60d,只用120d就完成了项目。“气协法”所需投入的吊车吨位较小,施工机械费相对低;而且用水少、地层中被带出的砂粒少,故水消耗、投入孔中的石料相对较少,直接材料费相对较低。“气协”振冲法较之传统方法在单桩施工时刻节约施工时间30%~50%,仅振冲器(被埋)一项,就减少损失120万元,另外节约振冲器及电机维修费用近200万元,提前工期而节约的人工费与机械费近400万元,振冲碎石桩复合地基的施工工效提高20%~30%。总之,采用“气协法”并且选择适宜的关键施工技术参数进行施工的经济效益显著。

3结语

对复杂地层中大功率振冲碎石桩的施工技术的技术经济分析表明:用“气协”振冲法进行施工,同时采用适宜的关键施工参数和质量保证措施,则成孔质量高,施工速度快,降低了施工成本。单桩施工时刻节约施工时间30%~50%,仅振冲器(被埋)一项,就减少损失120万元,另外节约振冲器及电机维修费用近200万元,提前工期而节约的人工费与机械费近400万元,振冲碎石桩的施工工效提高20%~30%。“气协法”用水量少,泥浆排放量低,泥浆收集、外运的工作量减少,现场施工环境得以提高。相比“传统振冲法”“气协法”减少了资源的消耗,节约了成本,提高了工程质量,值得推广应用。

参考文献:

[1]姜兆华,文华.复杂地层中大功率振冲碎石桩施工参数分析[J].施工技术,2016(13):64-66.

[2]何广讷.振冲碎石桩复合地基[M].北京:人民交通出版社,2012.

[3]齐景波,季惠彬.气协法在超长振冲碎石桩施工中的应用[J].岩土工程界,2008(10):77-78.

作者:孙永红 单位:四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司

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