维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术 ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮ０ＬＯＧＹ 振动沉管挤密砂桩施工技术 郑俊华 ，陈（１．吉林大学建筑工程学院，吉枳晨 ，李延刚 ，刘建林 长春 １３００２６；２．北京振 中工程股份有限公司，北京 １０００２４） 经检测， ［摘要］ 结合南水北调工程实例，介绍ｒ挤密砂桩设计方法、施工工艺、关键环节质量控制该方法能有效地消除砂土液化问题，提高地基承载力。降低施工成本，提高经济效益。 。［关键词］南水北调；挤密砂桩；施工工艺；砂土液化 ［中图分类号］ＴＵ５ ［文献标识码］Ｂ ［文章编ｇ－－Ｉ １００１—５５４Ｘ（２００８）０９ ００９６ ０４ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓａｎｄ ｐｉｌｅ ＺＨＥＮＧ Ｊｕｎ ｈｕａ，ＣＨＥＮ Ｃｈｅｎ，ＬＩ Ｙａｎ—ｇａｎｇ。ＬＩＵ Ｊｉａｎ—ｌｉｎ 南水北调中线一期穿黄工程位于郑州市以西 约１．９～３．８ｍ。 约３０ｋｍ处，于孤柏山湾横穿黄河。穿黄工程Ⅲ标 北岸河滩明渠段全长３２７１．５３ｍ，填方高度较大。 渠基主要由ＡＩ 砂层组成，表层为砂壤土。渠基 第⑤层：中砂（Ａ１Ｏ＿４２） 灰黑色、中密、饱和；局部含粘性土团块； 矿物成分以石英、长石为主；摇震反应迅速；夹 细砂层。 上部地层为粉砂、细砂，呈松散状态，地下水水 位较高，地基土存在砂土振动液化问题，且浅层 砂壤土、粉细砂承载能力较低，渠基需采取消除 液化与加固处理。 ２地基处理施工工艺选择 该工程采用振动沉管挤密砂桩法进行施工。 该方法在成桩过程中采用振动沉管使桩管周围的 砂土、粉土层孔隙比减小，桩周土密实度增大； 同时砂桩在地基中形成渗透性能良好的人工竖向 排水减压通道，可有效地消散和防止孑Ｌ隙水压力 的增加和砂土的液化。密实的砂桩取代了同样体 积的软弱性土，形成复合地基，提高了地基承载 １工程地质状况 场地内地形相对平坦，地貌属黄河冲积平原。 勘探深度内地层为第４纪全新世冲积物，岩土种类 主要由粉土、粉砂、细砂及中砂等组成，地表为 耕土，地下水位５．５ｍ左右。按其成因及岩性特征 将场地地层分为５层，分述如下： 第①层：耕土（Ａ１Ｑｊ） 浅褐黄色、松散；主要为粉土．偶含植物根 系；分布于整个场地表层，厚度（）５ｍ。 第②层：粉土（Ａｌ ） 浅黄褐色、中密、稍湿；切面无光泽，干强度 力，减小了地基沉降。该方法可有效地解决砂土 液化问题，同时又可提高地基的承载力，是较为 理想的施工工艺。 ３砂桩设计 施工砂桩的桩径有声６（）０与 ８Ｏ０两种，渠基两 低、韧性低，摇震反应中等，厚度约１．５～２．０ｍ。 第③层：粉砂（Ａ１ ） 暗黄色、稍实、稍湿；矿物成分以石英、长石为 主；粘粒含量低；摇震反应中等，厚度约０．９～１．５ｍ。 侧桩径为 ８０（），渠基中间桩径为｝６００。由于地基 土存在液化问题，桩长需穿透液化砂层，而砂层 厚度一般在７．６ｍ，则设计桩长也应为７．６ｍ以上。 ［收稿日期］２（）（）８—０２—１６ 第④层：细砂（Ａｌ ） 灰黄色、中密、湿一饱和；粘粒含量低；矿 物成分以石英、长石为主；摇震反应迅速，厚度 ［通讯地址］郑俊华，吉林大学朝阳校区建设工程学院２００６ 级博士班 建氙机械２００８．０９（上半月刊） 维普资讯 http://www.cqvip.com 挤密砂桩成桩材料为中粗混合料，砂料的细 度模数２．８以上，含泥量不大于５ 。 ３．１桩距 ４施工工艺 ４．１施工工艺参数的选择 声６（）（）砂桩选择ＤＺ６０型振动锤施工，配活瓣桩 采用正方形布桩形式，其桩距为 尖； ８ｆ）（】砂桩选择ＤＺ９０型振动锤施工，配活瓣桩 ５＿（）．８９Ｅ √ （１） 尖。工艺参数见表１。 ８１＝ｅｍａ 一Ｄｒ１ ｅｍａ 一ｅ ） （２） 表１施工工艺参数 式中 ——桩间距，ｍ； 试验设备 ＤＺ６０及ｑ：￣４２６钢管 ＤＺ９０及ｑ￣４５９钢管 桩直径，ｍ； 施工 ００ｍｍ桩 施工￣８００ｍｍ桩 ｅ 修正系数，考虑振动下沉密实作用时 加密电流／Ａ ≥８０ ≥１００ 取１．１～１．２，不考虑时取１．０； 提升高度／ｍ ２．０ ２．０ ｅｏ——地基处理前砂土的孔隙比，可按原状 土试验确定，也可按动力或静力触探 反插深度／ｍ １．０ １．Ｏ 等试验确定； 挤压时间／ｓ ５，～１ｏ ５，～ｌｏ ｅ 一地基挤密后要求达到的孔隙比； 加密段长度／ｍ １．Ｏ １．Ｏ ｅｍａ 、ｅｍｉｎ——砂石的最大和最小孔隙比，可 按ＧＢ／Ｔ ５０１２３《土工试验方 ４．２施工工序 法标准》的有关规定确定； 清理场地后根据图纸测放桩位，使打桩机对 Ｄ ——地基挤密后要求砂土达到的相对密 准桩位，按以下程序制作砂桩： 实度，可取０．７０～０．８５。 （１）打桩机活瓣桩尖闭合，桩管垂直对准桩 取ｅｏ＝０．７５，Ｐ～＝０．６６８，Ｐ ＝０．５１８，Ｄｒ１＝ 位，使桩管徐徐贯入土中，直至设计深度； ０．７，￡＝１．１５及ｄ＝０．８代入（１）、（２）式，则 （２）到达设计深度后，用翻斗车上料，启动 ＝０．８９ Ｘ １．１５×０．８￣／１＋０．７５ ＝２．５０ｍ 桩锤先在孔底进行３次反插，扩大端面后开始拔 管，保持１．５～２．０ｍ／ｒａｉｎ的速度，慢速均匀 ３．２填料量 提拔； 可按下式计算： （３）砂土层中加密段长控制在１．０ｍ左右，在 砂土中反插次数不少于２次； ＝弘７ ｄ （３） （４）为保证桩体的均匀性，操作人员控制反 式中 一单孔灌砂量，ｍ ； 插沉管速率，并结合电流表控制反插次数及投 料量； 充盈系数；Ｌ——桩长，Ｉ－ｎ。 （５）采用连续填料，强迫制桩工艺，制桩时 （１） ６（Ｊ（ｊ桩径填料量。 应连续施工，不得中途停止； 取 ＝１．１，Ｌ＝７．５，ｄ＝０．６，则 （６）重复上一步骤工作，自下而上直至加密 到地表。 Ｖ＝１．１×７．５ Ｘ ０．６２＝２．３３ｍ３ ５质量检测 （２） ８【）（）桩径填料量。 取 ＝１．０５，Ｌ＝７．５，ｄ＝０．８，则 砂桩检测区完成 （）（）和 ８【）（）桩径砂桩共５１ ：１．０５×７．５×詈０．８ ３．９６ｍ。 根，其中ｊ５６００桩径２５根， ８００桩径２６根，总进 尺３９９．２ｍ。 建筑札械２００８．０９（ｄａ半月刊） 维普资讯 http://www.cqvip.com
簏工 末 ＣＯＮＳＴＲＵｅＴ｝Ｏ ＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ５．Ｉ砂土液化判定分析 当饱和砂土的实测标贯击数Ｎ（未经杆长修正） 小于其标贯判别的临界贯入击数Ｎ（ 时。应判定为叮 液化土，否则为不液化土。根据ＧＢ ５【）（）１１—２００１ 《建筑抗震设计规范》有 表２处理后桩间土液化性判别表 ”［（）．９＋（）．１（ 、 ．）］ ／ ｐｃ （ ≤１５ｍ） 式中ｄ ——饱和土标准贯入点深度，ｍ； 地下水埋深，取ｄ 一）； ３； ｐ——土的粘粒含量（ ）， ＜３时，取 －－ 硼液化判别标贯击数基准值，７度地震 时液化判别标准贯人基准值Ｎ ＝６。 孔 试验深度 标贳击数 液化临界 是ｍ ５．１ ６ １ ’’ 一一 ２（Ｊ ４４ 数 ８ ４６ ９（）６ ９．６６ 否液化 否 否 由表２可 ，标贯击数都远大丁临界液化标贯 击数，粉砂层、细砂层的地基土液化已消失，在７ 度地震情况下，均不发生液化，该场地地基土强 度得到很大改善，提高了地基土的抗液化程度， 达到了设汁要求。 ５．２载荷试验分析（见表３） ６Ｚ一２２７２ ７．１ ８ １ ９．１ ５．１ ６．１ ４４ ４６ ４６ ３７ １（）．２６ １（）８６ ８ ４６ ９．【）６ 否 否 台 否 根据复合地基载荷试验，桩径６０（）ｍｍ的复合 地基承载力特征值为１２５ｋＰａ，桩径８００ｍｍ的复合 地基承载力特征值为１４４ｋＰａ，桩径８００ｍｍ区域比 桩径６（）０ｒａｍ区域复合地基承载力高，这是由于桩 径８（）（）ｍｍ区域比桩径６（）０ｍｍ区域置换率大的结 果。载荷试验成果仅反映表层地基土承载力，粉 ６Ｒ一１１ ５３ ７．１ ８，１ ９．１ ６３ ８４ ８２ ９．６６ ¨）．２６ １（）．８６ 甭 否 否 砂、细砂土层承载力特征值比表层土载荷试验确 定的承载力要高得多。 表３试验后复合地基承载力特征值 域 Ｌ｛ｊ心 号 极区 ／ｍ ２，５×２ ５ 最大载简ｋＰａ ３（）７ 单装复合地基 承载力／ｋＰａ １２７ 复合地基承载 持征值／ｋＰａ ２】７５ 桩径６０（）ｎ１ｎ１ 域 ２１７６ ２４７３ ９９５ ２．５ ｘ ２．５ ２．５×２．５ ２．５×２．５ ３２ｆ） ３（）７ ４１（） １３４ １１ ５ １ ３４ １２５ 桩径８０ ｃｔｍｍ区域 １ １４１ １ ２９１ ２．５×２．５ ２．５×２．５ ４１【） ４１（） １６３ １ ３６ １４４ 该施工方法达到了设计要求．提高了复合地 基的承载力。 （２）在液化地层成桩时每起拔１ｍ，留振时间 需保持５～１ｆ）ｓ，反插（）．５ｍ，反插３次。 （３） ００砂桩的投料量每延米不得小于０．２９～ ０．３１ ｍ ，ｉ５８（）（）砂桩的投料量每延米不得小 于（）．５ｍ 。 ６关键环节质量控制 （１）测量放线偏差不得大于２ｃｍ，桩机就位对 孔时桩管垂直对准桩位．对准偏差应小于５（）ｍｍ， 桩管倾斜不大于１，５ 。 （４）ＤＺ６（）振动锤加密电流≥８（）Ａ，ＤＺｇ（）振动 锤加密电流≥１（）｛）Ａ。有些施工地段地层较软弱，加 建氙机械２００８．０９（上半月刊） 维普资讯 http://www.cqvip.com 密电流达不到规定要求，此时应加大投砂量，不应 （３）该方法法在工程中的应用取得了良好的 拘泥于投砂量的设计值，才能保证砂桩的成桩质量。 （５）成桩时严禁桩周围土落入孔中，这样可 经济效益。 ［参考文献］ 能造成断桩，影响砂桩的渗水性能，降低砂桩的 承载力。 ｒ１］ＪＧＪ７９—２００２．建筑地基处理技术规范［Ｓ］：ａ５—３９． ［２］陈晨．岩土工程施工［Ｍ］．长春：吉林大学出版 ７结论 社，２００３． 振动沉管挤密砂桩法在南水北调中线一期穿 ［３］吴庆润．挤密砂桩消除地基液化的应用与体会［Ｊ］ 黄工程Ⅲ标北岸河滩明渠渠基地基处理中取得了 ．上海铁道科技，２００２，（２）：１９—２１． 良好的效果，质量检测数据表明： ［４］任继忠，李德荣．挤密砂桩加固地基设计和应用 （１）消除了地基土存在的砂土振动液化现象， 口］．中国市政工程，１９９５，（２）：２７—３１． ７度地震情况下，地基土不发生液化。 ［５］殷宗泽，龚晓南．地基处理工程实例［Ｍ］．北京： 中国水利水电出版社，２０００：２３９—２４７． （２）浅层砂壤土、粉细砂承载能力较低，通 过该方法处理后地基承载力有很大的提高。 （上接第９５页） ４通信部分设计 起链接，Ｓｅｒｖｅｒ一旦监听到链接申请之后便保持链 接，在通信主机和无线终端之问建立起虚拟的物 Ｃ８０５１Ｆ０２０内部有一个全双工ｕＡＲＴ、ＳＰＩ总 理链路，依靠该链路便可实现通信主机与ＧＰＲＳ 线和ＳＭＢｕｓ／Ｉ２Ｃ总线，每种串行总线都完全用硬 无线终端之间的数据收发通信。 件实现，都能向ＣＩＰ５１产生中断，因此很少需要 ＣＰＵ的干预。这些串行总线不“共享”定时器、 ５结论 中断或端口Ｉ／Ｏ，所以可以使用任何一个或全部同 采用当今流行的混合信号系统级芯片 时使用。Ｃ８０５１Ｆ０２０的第二个ＵＡＲＴ是一个增强 Ｃ８０５１Ｆ０２０为核心，构成高效率、灵活可靠的塔 型全双工ＵＡＲＴ，具有硬件地址识别和错误检测 机安全监控系统。经在胜利油田胜建集团１０多台 功能，所以可以灵活采用各种通信方式达到监控 塔机２年多的现场运行及测试，起重量、幅度、回 目的。根据Ｃ８０５１Ｆ０２０的特点，在设计中采用了 转角、起升高度等参数测量精度均满足国家相关 ＧＰＲＳ通信方式。 标准，运行稳定、数据准确可靠，整个装置性价 当前，随着移动通信的迅速发展，ＧＰＲＳ无线 比高。它的推广能够提高塔式起重机工作的安全 通信在远程监控系统中得到充分的应用，ＧＰＲＳ通 性，大大降低安全事故，具有明显的经济和社会 信投资小、范围不受。ＧＰＲＳ无线终端由 效益。 ＧＰＲＳ模块、ＲＳ２３２接口、ＴＣＰ／ＩＰ协议栈处理模 块组成，并由单片机控制通信。ＧＰＲＳ模块选用西 ［参考文献］ 门子的ＭＣ３５Ｉ模块，采用专门的ＴＣＰ／ＩＰ协议处 ［１］鲍可进．Ｃ８０５１Ｆ单片机原理及应用［Ｍ］．北京：中 理芯片，Ｃ８０５１Ｆ０２０通过ＭＡＸ３２３２与ＭＣ３５Ｉ连 国电力出版社，２００６，（１）． 接，利用ＡＴ指令控制数据流的发送接收。上位机 Ｅ２３袁伟，俞孟蕻，季星文．基于嵌人式的工程机械远程 与无线终端之间传输层采用面向链接的ＴＣＰ协议。 监诊系统［Ｊ］．建筑机械，２００７，（２）． 通信主机开辟一个监听端口等待无线终端的主动 ［３］谭业发，王耀华，杨小强．塔机常见故障原因分析及预 链接；ＧＰＲＳ无线终端一旦拨号上ＧＰＲＳ网络后， 防措施难度［ｊ］．建设机械技术与管理，２０００，（２）． 便向事先配置好的通信主机ＩＰ地址和监听端口发 建冠机械２００８．０９（上半月刊） ９９
