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沉管挤密碎石桩在复杂地质条件下的施工技术优化研究

2025-02-17 66 上传者：管理员

摘要：随着基础设施建设的不断加快，沉管挤密碎石桩技术因其对复杂地质条件的高适应性而被广泛应用于多种工程场景中。本研究围绕沉管挤密碎石桩在复杂地质条件下的施工技术进行深入分析与优化，旨在提高施工效率和桩体质量。通过实地调研和大量数据收集，结合理论分析和模拟实验，提出了一系列针对性的技术改进措施。

关键词：
复杂地质
工程质量
施工技术
沉管挤密
碎石桩
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沉管挤密碎石桩技术是处理软弱地基的一种有效手段,尤其适用于液化倾向的土层和地质复杂区域｡这项技术通过振动或挤压作用使碎石材料在土层中形成桩体,改善地基的承载性能｡尽管该技术已被广泛应用,但在特殊地质条件下的施工过程仍面临着诸多挑战,如设备适应性､施工质量控制等问题｡为此,探索并优化在复杂地质条件下的施工方法和技术,对于提升工程质量和经济效益具有重要意义｡

1、项目概况与地质环境分析

1.1工程地质条件详述

本研究所涉及的工程项目位于鲁西南黄泛平原,该地区的地形以平坦的大面积冲积平原为主,地势起伏较小｡在地质结构上,该区域主要由第四纪松散沉积物构成,包括砂土､粉土､黏土以及砾石层,其中砂土层和粉土层较为发育,厚度在1~3m之间,含水量高,渗透性较强｡

根据详细的地质勘探数据,该区域的地下水位较高,一般在地表下1.5~2.5m｡地下水主要为孔隙水,与地表水相互补给｡由于地下水位高,液化潜力大,这为沉管挤密碎石桩的设计和施工带来了特殊的技术要求｡为了准确评估地基承载力和确定合理的桩体设计参数,需要对地层的力学特性和液化潜力进行详尽的分析[1]｡

地基承载力Cb的计算公式为:Cb=qu-γDf,其中,qu是未扰动土的极限承载力,γ是土的单位重量,Df是基础埋深｡

通过对该地区历史地质资料和最新勘探结果的综合评估,采用的桩体设计直径为0.5m,桩体间距设置为1.6m,以确保足够的桩体覆盖率和挤密效果｡

1.2气象与水文条件分析

本项目所在地属于暖温带半湿润季风气候区,年平均气温约为13.7℃,最热月平均气温可达26.8℃,极端最高气温记录为43.2℃｡最冷月平均气温为-1.9℃,极端最低气温为-15.6℃｡此外,该区域年平均降水量为672.6mm,年均无霜期为215天｡这样的气候条件对施工作业有一定的影响,尤其是在极端气温和降水量较大的月份,可能会对施工进度和安全带来挑战｡

水文条件对沉管挤密碎石桩的施工影响尤为显著｡由于区域内地下水位较高,施工时需采取有效的水控措施,以防止施工区域水土流失和地基液化｡

2、沉管挤密碎石桩的设计要求与施工准备

2.1碎石桩设计参数与要求

碎石桩作为一种有效的地基加固技术,其设计与施工必须严格遵循相关规范和标准｡如图1所示的碎石桩处理示意图,显示了碎石桩在特定工程区域中的具体排布方式和尺寸要求[2]｡

图1碎石桩处理示意

碎石桩通常采用的直径为0.5m,以保证足够的挤密效果和地基承载力｡桩体间距的设计关键在于确保足够的覆盖率和均匀受力,对于本项目,桩间距设定为1.6m｡管桩与桩帽结构部件连接如图2所示｡

图2管桩与桩帽结构部件连接

根据地质和水文数据分析,采用的碎石材料需具有良好的级配,粒径一般在20~50mm之间,含泥量不超过5%｡这有助于确保碎石桩的排水性和承载能力｡根据设计要求和预期的工程效果,碎石桩的承载力计算公式可表示为:Qd=qnAn,其中,Qd代表设计承载力,qn为允许承载压力,An为碎石桩的横截面积｡对于本项目,qn根据地质调查结果及实验数据设定,通常取值为200kPa以上[3]｡

2.2施工前的准备工作与设备配置

施工前首先需要进行详细的地质和地形测量,以准确标定桩位｡根据工程布局图,每一根碎石桩的位置都需精确放样,并且按照设计图进行实地标记｡

设备配置主要包括振动沉管设备､自卸车､挖掘机和碎石输送设备｡振动沉管设备是实现碎石桩快速､高效施工的关键,其性能必须满足项目要求｡此外,施工机械的维护和调试也是施工前的重要任务,确保每台设备在进场前都处于最佳工作状态[4]｡本项目施工机械设备配置如表1所示｡

表1施工机械设备配置

3、施工技术优化策略

3.1现场施工工艺优化

3.1.1施工流程优化

为提高沉管挤密碎石桩的施工效率和质量,施工流程的优化是至关重要的一环｡碎石桩的施工方法与流程如图3所示｡优化的目标是减少施工中断,提升施工速度,并确保施工质量符合设计要求｡

施工前,根据工程规模和地质情况,制定详细的阶段性施工计划｡这包括每个施工阶段的具体目标､时间表和资源分配｡

如工程布局所示,每个碎石桩的位置需精确放样｡利用高精度的地理信息系统(GIS)和全站仪进行桩位放样,确保每根碎石桩严格按照设计位置施工,误差控制在±5cm以内｡

通过安装传感器和监控设备,实时监控施工过程中的关键参数,如振动频率､振动时间､碎石灌注量等[5]｡

图3碎石桩的施工方法与流程

3.1.2材料与设备选择

材料的选择需要考虑地质条件､环境因素及工程要求,而设备的选择则侧重于施工效率和适应性｡

碎石材料根据设计要求,选用粒径在20~50mm之间的未风化干净砾石或轧制碎石｡碎石应具有良好的级配,含泥量不超过5%,以确保良好的排水性和承载力｡实际灌注量V可按下式计算:V=A×L×CF,其中,A为桩的截面面积,L为桩深,CF为充填系数,取决于地质条件和碎石的级配｡

施工设备选择高效能的振动沉管设备,确保能够适应复杂的地质条件｡设备应具备调节振动频率和振动幅度的功能,以适应不同深度和不同硬度的土层｡此外,配备高效率的自卸车和装载机,用于碎石的快速运输和灌注｡

3.2质量控制与保证措施

3.2.1施工质量控制标准为确保沉管挤密碎石桩的施工质量,必须制定严格的质量控制标准,包括但不限于桩体的位置准确性､密实度､垂直度和承载能力｡本项目沉管挤密碎石桩质量控制标准具体如表2所示｡

表2本项目沉管挤密碎石桩质量控制标准

此外,所有桩体的位置误差必须控制在±5cm以内,以确保按照设计图纸的精确布局施工｡利用先进的测量设备,如全站仪和GPS测量系统,进行实时监测和调整｡每根桩的垂直度误差不应超过1.5%,以防止在承载荷载时产生不均匀沉降｡

3.2.2安全保证措施

在沉管挤密碎石桩的施工过程中,安全是必须首先考虑的因素｡为此,制定以下安全保证措施:一是安全教育与培训,所有进入施工现场的人员必须接受安全教育和操作培训,确保他们了解施工过程中的潜在风险及应对措施｡二是施工现场的安全管理,施工现场应设置明显的安全警示标志,特别是在机械操作区域和重载区域[6]｡必须设立安全隔离区,非施工人员禁止入内｡三是使用和维护设备,所有施工设备和工具必须定期进行检查和维护,确保其安全可靠地运行｡四是制定紧急应对措施,施工现场必须制定详尽的紧急应对计划,包括但不限于突发天气､设备故障和工伤事故｡

4、实验分析

4.1实验设计与方法

本项目的首件施工计划在K61+356至K61+405.57区段进行,涵盖了一段长49m､宽约70m的区域｡此区域因其涉及复杂的地质构成——主要由粉土､黏土和粉质黏土层组成——而被选为首件试桩施工的理想地点｡这些地质层在全线工程中极具代表性,且该段位于大埝互通区,远离居民区,具有较好的交通及动力系统支持,为施工作业提供了便利｡

在本试桩区域内,计划施工的碎石桩直径为0.5m,按照正三角形的布置方式进行,间距分别设定为1.4m和1.6m｡桩长因地质段不同而异,包括台前锥坡段的13m,桥头处理段的19m及过渡段的15m｡整个区域内预计施工碎石桩1718根,总长度达到27456m｡为了精确评估施工方法的效果,选定了27根桩作为试桩,涵盖三种不同的桩长,每种9根,总试桩长度为423m｡施工将采用振动沉管法,按照从中心向外围逐步推进的隔桩跳打顺序进行

试桩的主要目标包括以下几点:一是确定桩体有效长度:依据不同路段及地质状况,现场精确确定桩体应有的有效长度,以保证其在各类地质条件下的性能和安全｡二是进行技术参数调优,通过首件试桩实施,精细掌握并调整必要的施工技术参数,如振动频率､振动持续时间､桩管的反插深度､提升速度和高度,以及电机工作电流和整体施工所需时间,确保各项指标满足设计要求｡三是振动沉管阻力评估,实时监测并评估振动沉管法施工中遇到的阻力,根据现场反馈调整技术措施,确保施工过程中碎石的均匀挤密和桩身的连续性｡四是验证碎石灌注量,检验实际施工中的碎石灌注量是否符合室内试验确定的标准和设计预期,确保每根桩的灌注量达到必要的填充标准｡五是质量控制检测,对试桩施工完成的桩身进行质量检测,确认其是否符合设计要求,包括承载力､密实度及结构连续性等关键性能指标｡

4.2技术优化结果通过在K61+356至K61+405.57区段进行的首件试桩施工,成功验证和优化了碎石桩的施工技术,为提升整个项目的施工效率和质量提供了宝贵的数据和经验｡施工完成后的结果评估如表3所示｡

由表3中数据可见,通过实施技术优化策略,施工团队能够在实际施工中更准确地控制技术参数,达到或超过设计要求｡例如,通过优化振动频率和持续时间,不仅保证了桩身质量,还显著提高了施工效率｡此外,对碎石灌注量的精确控制不仅确保了设计标准的满足,还在经济上带来了成本节省[7]｡

表3技术优化评估结果

5、结论

通过首件试桩的精细实施与详尽分析,本研究成功地优化了沉管挤密碎石桩施工技术,显著提升了施工效率与桩体质量｡实地试验与技术调整确保了施工过程的每一环节都达到了预期的设计标准,同时减少了材料浪费和施工时间｡这些技术的优化,不仅增强了工程的经济性和可靠性,还为未来在相似地质条件下的基础设施建设提供了宝贵的实践经验和技术依据｡

参考文献:

[1]邱晨,张书铭,陈筱敏,等.振动沉管挤密碎石桩施工技术[J].安装,2023(S2):106-108.

[2]周志林.振动沉管碎石桩软土处治施工技术[J].青海交通科技,2019(5):75-77+126.

[3]李东锋.振动沉管挤密碎石桩加固软土地基技术研究[J].工程技术研究,2019,4(1):120-121.

[4]金凯.振动沉管挤密碎石桩在涵洞软基基础加固中的应用[J].住宅与房地产,2018(16):218.

[5]覃杰金.振动沉管挤密碎石桩在中石化储油罐地基处理中的应用[J].当代化工研究,2017(9):31-33.

文章来源:孙泽凤.沉管挤密碎石桩在复杂地质条件下的施工技术优化研究[J].科学技术创新,2025,(05):114-117.