专利名称：一种振冲碎石桩施工方法
技术领域：
本发明涉及加固软土基的施工方法，特别是一种振冲碎石桩的施工方法。
在软土或松砂地基上建筑港口、道路或其它成片的固定设施，需作大面积的地基加固，以防止地基沉降、塌陷、滑坡等。振冲碎石桩是快速加固软土地基的方法之一，其是在需加固面积内按一定间距造孔，填入碎石后振实成桩，使多个碎石桩与原地基共同构成坚实的整体基础。
以碎石桩方式加固软地基需勘查、设计、施工、检测四个环节。虽然勘查是设计的原始依据，施工、检测又必须以设计为依据，但这四个环节实际是分别独立进行的。由于软基加固的面积往往极大，例如大型港口动辄数十万平方米，高速公路动辄数百公里，而大面积范围内的地质结构变化极复杂。桩孔下可能基本是淤泥，或松砂、沉积层、砂砾层、或各种结构层的重叠，各桩位下的地质结构差异很大，大面积勘查通常都是很粗略的，得到的地质资料只是一个大致的轮廓，施工时常常发生两个相邻很近的桩孔的地质结构截然不同，而不应再按原设计施工，必须修改设计，改变桩径或变桩距或加深桩长，才可保证地基加固质量。但修改设计仍缺乏准确的地质资料作为依据，作为施工单位无需关心地质结构的差异，仅按设计要求施工即可，(实际上，施工单位缺乏有效监测地质结构的手段，这是勘查单位的任务)从而造成质量隐患。为消除这种质量隐患，原则上应详尽勘查地质结构，但在数百公里的高速公路地基上高密度探查各桩位的地质结构，将极大地提高勘察成本，在经济上是不可能的。
由于施工是以设计要求为依据的，因勘查的不详尽使设计的不尽合理还可能为施工质量带来的诸多隐患，例如①理论上要求，桩长应深入持力层0.5m，但设计要求往往是确定的深度，施工单位按设计要求造孔，至于是否达到持力层，或超过需要地深入持力层，则无法深究。②设计要求的填料量是一个确定的石方数。但施工过程中遇到软砂层处，振实的碎石向四周扩挤，使桩体局部变径；或施工过程中遇到稀软的淤泥层，应以高压水将淤泥冲出，用碎石换置淤泥，类似情况均需增加填料量，但施工单位往往没有对施工质量实时监控的措施或手段，仍按设计要求填入规定的填料量，导致未达到设计要求的密实程度，而留下质量隐患。
这种因设计技术要求的不尽合理，即使建立了十分完善的施工监理检测措施，对很多因地质情况不同而应特殊处理的情况仍然被敷衍而过，难以消除质量隐患。
碎石桩加固地基是一种隐蔽工程，一旦完工很难直接检验桩体质量，通常采用桩顶施以重载荷，定时检测桩体沉降量来证实是否达到设计要求。但是待施工完成后发现问题再进行补救，必定是得不偿失的，甚至是不可能的。所以对碎石桩的质量控制仅依靠对施工的监理及完工后的检测仍不可能完全消除质量隐患。
本发明旨在给出一种振冲碎石桩的施工方法，可在施工过程中完成补充地质勘察，给出设计修改依据，进行动态优化设计，实时监测施工过程参数，以消除质量隐患并降低质量检测成本。
本发明所述的振冲碎石桩的施工方法(1)按设计要求使用振冲器造桩孔，在造孔的同时，实时采集造孔深度变化参数和振冲器在造孔过程中的实时电流变化值，制出以孔深为变量的造孔时振冲器电流变化连续曲线，即电流随孔深的变化曲线；(2)以电流随孔深度变化曲线为依据，推论出该桩位的地质结构，并与作为设计依据的原始勘查结果作比较，确定施工技术参数的修正值；A、修正桩深；B、修正整体桩径或局部改变桩径；C、以A、B为依据确定填料量，振冲器振实碎石所需的密实电流及留振时间；
D、修正桩距；E、制出施工监控参数曲线；(3)依据修正值制桩施工，在制桩施工过程中实时采集制桩的密实电流、填料量、留振时间等参数，并制出施工曲线与监控曲线作比较，以证实桩体质量。
本发明所述的振冲碎石桩的施工方法，在造桩孔的过程中实时采集振冲器的工作电流随孔深的变化，实际是在造孔的同时对地质结构作了一次准确的勘察。例如，淤泥层很软，振冲器在淤泥层中造孔时的工作电流很小。振冲器在杂填土、砂砾、粘土等各种不同质地层面造孔的工作电流分别有相应的参数值。只要知道在某层面的振冲器工作电流值就可推断该层面的质地。制出以孔深为变量的电流变化曲线即准确地表示了地层结构。在施工过程中完成的补充勘察，可验证设计要求是否合理，可作为修正设计的准确论据，从而可消除因设计要求不尽合理带来的质量隐患。另外，在确知地层构造后就可准确地规定成桩施工的工艺参数(如确定填料量、密实电流、留振时间)，并以该确定的工艺参数制出施工监控曲线作为成桩施工的检测依据。只要在制桩施工过程中实时采集的各工艺参数制成的检测曲线与作为依据的监控曲线基本相符，就可证明该碎石桩的质量合格。该检测曲线可替代传统的桩体试验检测。由于按传统方法对成桩试验检测，成本高，检测周期长，所以技术规范也仅要求抽检5％，实际上，这样低的抽检率也往往达不到。采用所述的方法，客观上已实现了百分之百的检测，既可保证消除质量隐患，又可节省大量的检测费用。
图1造孔过程中电流随深度变化的曲线示意图；图2造孔过程中电流、深度随时间变化的曲线示意图；图3图1曲线所表示的地质剖面示意图；图4制桩的监控曲线示意图；图5制成的碎石桩的桩体剖面示意图。
在选定的桩位处，使用振冲器造孔，按常规速度，每分钟下沉1-2 M，并实时采集造孔深度及振冲器的工作电流变化值。采集各参数的方式均为现有技术。如在振冲器的电源线上串接电流表，将电流变化输入计算机记录。采集振冲杆沉入地下的长度(深度)值，即测量杆件沿轴向位移有多种方式，如用一个摩擦轮靠住振冲杆，振冲杆下移，摩擦轮转动产生电信号输入计算机即可记录杆的移位量(孔深)。当然还有多种其他属现有技术的方式测量杆的位移。
当造孔完成时，即可制出如图1所示的深度——电流曲线。该曲线已表示了地层结构如图3。在图1曲线的a段表现了较大的电流，这表明接近地表的是较坚硬的杂填土；曲线b段电流较小，表明杂填土之下是较软的淤泥层；曲线c段电流凸起表明该层为相当坚实的粘土层；曲线d段电流较小但曲线有波动，表明该层为淤泥质粘土层；曲线e段电流明显下降，表明该层为较稀软的淤泥层；曲线f段电流上升，表明该层为持力层。
图2所示曲线是造孔时电流、深度随时间的变化曲线，横座标是时间，左纵座标是电流A、右纵座标是深度M，该曲线与图1曲线线表达的内容一致，因加入时间量，不够直观。
当得到深度一电流曲线后，实际上已完成了对该桩位的补充勘察。故采用本方法真正作到了一桩一孔的勘察，这对于实现动态优化设计提供了最准确的地质资料。
依据准确的地质资料即可修正原始设计，A、修正桩深如造孔达到原设计深度，仍未足够深入持力层则加长桩深；如未到原设计深度已充分深入持力层则可减少桩深以降低工程成本；B、修正桩径如桩位整体土基偏软，则加大桩体的整体直径；如某地层比原设计预计的偏软，则可局部改变该地层的桩径。
C、根据修正设计确定填料量，振冲器在制桩过程中振实碎石填料的工作电流(密实电流)及留振时间；D、若发现该桩与邻近桩间的土基较之原设计预计的偏软、则缩小下一桩位与该桩位的桩距，反之可加大桩距以降低工程成本；E、根据设计修正值、制出制桩施工监控曲线，如图4。该曲线是制桩施工的理想控制曲线。在该曲线的e段，桩体已深入持力层，密实电流无需很大即可将碎石料振实；曲线d段为淤泥和淤泥质料土，密实电流较大以充分振实填料；曲线c段为较坚实的粘土层，密实电流较小即可振实填料；曲线b段如d段；曲线a段已接近地表可采用夯实或压实方法处理密实电流也可略小。
上述各修正值可分别或全部为零。修正值为零则证明原设计合理。
制成桩一般不是较规则的圆柱体，如图5，在桩体a段、c段是较坚实的杂填土和粘土层，桩体近乎圆柱，在桩体的b、d、e段土基很软，碎石填料在被振实过程中向四周扩挤，形成不规则的桩体截面。
由于在修正设计时已确定了桩体局部(或全部)改变直径的量，可依据设计准确备料，而降低成本，由于制出施工监控曲线是根据准确地质资料作出的最优化设计，对于降低施工成本也有重大意义。依据各修正值制桩施工，并实时采集密实电流、留振时间，填料量等参数制出施工检测曲线与监控曲线比较，只要两曲线基本一致已足以证明该桩的质量，而无需采用成本很高的传统的抽检方式。
权利要求
1.一种振冲碎石桩施工方法，其特征在于(1)按设计要求使用振冲器造桩孔，在造孔的同时，实时采集造孔深度变化参数和振冲器在造孔过程中的实时电流变化值，制出以孔深为变量的造孔时振冲器电流变化连续曲线，即电流随孔深的变化曲线；(2)以电流随孔深度变化曲线为依据，推论出该桩位的地质结构，并与作为设计依据的原始勘查结果作比较，确定施工技术参数的修正值，A、修正桩深；B、修正整体桩径或局部改变桩径；C、以A、B为依据确定填料量，振冲器振实碎石所需的密实电流及留振时间；D、修正桩距；E、制出施工监控参数曲线；(3)依据修正值制桩施工，在制桩施工过程中实时采集制桩的密实电流、填料量、留振时间等参数，并制出施工曲线与监控曲线作比较，以证实桩体质量。
全文摘要
一种振冲碎石桩施工方法,使用振冲器造桩孔的同时,实时采集造孔深度和造孔过程中振冲器工作电流的变化值,制出电流随孔深的变化曲线,并推断出该桩位的地质结构作为修正设计的依据。修正设计后可制出理想状态的制桩工艺参数监控曲线。制桩施工时亦采集施工参数制成检测曲线与监控曲线比较,以证实该桩的质量。采用所述方法可避免碎石桩的质量隐患,并降低勘察,施工、检测成本。
文档编号E02D3/00GK1275660SQ00117189
公开日2000年12月6日 申请日期2000年6月19日 优先权日2000年6月19日
发明者阎新毅, 焦振峰 申请人:阎新毅, 焦振峰