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挤密砂桩在港口直立式护岸地基加固工程中的应用

2017-07-04杜静孔凡

建材发展导向 2017年3期
关键词:砂料直立式砂桩

杜静 孔凡

摘 要:擠密砂桩是一种地基加固的新技术,适用于砂质土、粘质土等不同土质地基的加固。研究表明,砂土地基上修筑的直立式护岸往往存在稳定性方面的问题,而文章就对挤密砂桩在港口直立式护岸地基加固工程中的应用展开研究,对挤密砂桩的加固机理、挤密砂桩在立式护岸地基加固中的具体施工工艺以及挤密砂桩施工质量控制措施进行详细的介绍。

关键词:挤密砂桩;直立式护岸;地基加固

随着社会经济的快速发展,海上运输业发展迅速,海港码头向离岸、开敞、深水海域发展已经成为必然的发展趋势。在这种情况下,对地基进行加固就成了海港码头交通运输的重要保障。为了我国不断开发和引进先进的地基加固技术,而近些年发展起来的挤密砂桩加固技术在提高地基承载力方面显示出了很大的优势,目前应用的也较为广泛。

1 挤密砂桩的加固机理

1.1 挤密作用

挤密砂桩是通过桩土对桩体侧面的挤压力而成桩的。通过运用挤密砂桩相关施工设备,将管中的砂石料从管底的钢管沉入地下预定深度,然后引入压缩空气,将管中的砂石料从管底端活门压出,这种作用下,桩间土的间隙会变小,对桩体侧向的压力增大,形成挤密的效果,实现其加固作用。

1.2 置换作用

挤密砂桩中,用一定体积的砂桩代替了同体积的土质桩,这样就形成了砂桩与桩间土构成的复合地基。由于挤密砂桩的密实性较好,这就提高了复合地基的承载能力,地基沉降变小。与黏土地基相比,复合地基在受到一定的外界荷载压力时所产生的形变较小。有实验证明,复合地基的承载力增长程度与沉降的减小量都与置换率成正比例关系。

1.3 排水作用

在挤密砂桩中,砂桩的颗粒较粗,在地基中可以形成天然的渗透性能良好的竖向排水减压通道,这样就可以避免出现由于地基桩基材料之间的空隙较小,渗水能力较差而导致的砂土液化。

2 挤密砂桩在在港口直立式护岸地基加固中的施工工艺

2.1 施工主要参数确定

挤密砂桩的施工时涉及到许多具体参数的确定,其主要包括砂桩打设时的振动锤激振力以及成桩施工时涉及到的桩管压力、桩管提升高度、体积压缩率等参数。

振动锤激振力是影响打桩操作的重要因素,对振动锤进行科学合理的选择可以使桩管顺利打入设计好的桩底,以便于下一步工作的展开。同时影响桩管打入操作的因素还有砂桩周围的土层对桩体的侧摩擦力、管内泥柱、砂柱的侧摩阻力。所以,为了保证桩管顺利打入桩底,我们应该保证振动锤产生的激振力与整个桩管振动系统重力之和大于上述的各项侧摩擦力之和。为了保证打桩效果,我们也可以采用一定的措施来尽量减小施工时桩管的侧摩阻力。砂桩的正式施工时会涉及到许多具体的参数,首先,对于原材料体积的变化率我们要有所掌握,原材料体积变化率是指原本松散状态的砂料填入到桩管中,经历一定大小的振激力处理,会使得砂料变得紧密,砂料之间的间隙变小,砂料的体积也会发生一定的变化。我们只需通过实验验证两种状态下的砂料体积之比,即可得到较为准确的数据。施工时的桩管内压力是施工中的另一个重要影响因素,压力的设置直接影响桩管内砂料的排出情况,而要对压力进行合理的控制,我们应该分段处理,泥面以上部分只需考虑海水形成的压力,泥面以下为海水压力和土层产生压力之和【1】。再者就是桩管提升高度、桩管内下砂深度和回打深度,这三方面因素共同决定着桩体直径和桩体的密实程度。桩管提升高度和下砂深度都主要由用砂量和桩靴直径来确定。回打深度为提管高度与成桩长度之差,所以其影响因素与这两方面有关。

2.2 地基处理

为了实现理想的加固效果,挤密砂桩正式施工前应该先对地基进行一定的处理。某填岛工程中软土段为了达到地基承载力的要求,需要进行加固处理,而对于具体的不同液化程度的地段,我们要采取不同的处理方法。具体来看,对于严重液化段,处理时对于沉箱前趾前后的两个桩都采用直径为1.0m的桩,这两个桩之间的距离设为2.2m,布置方式为正方形。沉箱前趾后两根桩之后到沉箱后趾之间采用直径0.8m,间距2.8m,布置方式仍为正方形。对于中等液化程度的地段,在进行地基的处理时,沉箱前趾前后的两个桩都采用直径为0.8m的桩,这两个桩之间的距离设1.8m,布置方式为正方形。而沉箱前趾后桩的布置情况与严重液化地段的布置方式相同即可。而对于轻微液化及无液化现象的地段,不用采取任何的处理,直接进行砂桩的施工即可。而对于处理的深度,我们应该进行抽样钻孔,而根据钻孔液化深度来确定地基的处理深度。

2.3 上部结构

本工程的直立式护岸的上部采用现浇混凝土胸墙,由于各个地段情况不一样,所以导致胸墙的高程不同。不同高程的胸墙间以放坡形式连接。胸墙后是道路,所以需要进行回填,将道路宽度设为8m。胸墙及路面之间也通过坡的形式衔接。

3 挤密砂桩施工质量控制

3.1 原材料选择与检验

为了保证挤密砂桩的施工质量,保证其原材料的质量是很必要的。砂桩施工的材料主要是中粗砂,一般用于砂桩施工的砂料要求含泥量在3%以内,而对于施工用砂料的均一程度也有一定要求,但是避免不了砂料中可混有少量粒径小于50mm的碎石,在不影响施工质量的提前下,可以允许一定的碎石含量。为了确保材料的质量,施工前我们应该对材料的供应商进行严格的审查,材料在正式进入施工现场前还应该进行相关的质量检验,检验合格后方可投入使用。

3.2 平面定位

挤密砂桩的施工进行前,我们需要对砂桩桩位进行平面定位,以保证桩位符合设计的要求。而在施工进行中,我们仍需要定期对桩位进行校验,校验时用相关仪器进行精准定位测量,对测量得到的桩位的具体坐标与科学定位的桩心坐标以及设计的桩心位置进行比较,通过对比结果的偏差程度判断桩位的准确性,具体的以倍的偏差为允许误差【2】,当实际误差在允许误差范围内时认为桩定位准确,可以继续开展打桩施工。而如果实际误差超出了允许的倍误差,则需采取措施进行调整,调整符合条件后方可继续施工。

3.3 套管垂直度控制

由于海上风浪较大,水流较急,受这种施工环境条件影响,挤密砂桩在施工时的施工定位、垂直度和桩距容易受到影响,而造成偏差。其中桩管的垂直度若出现问题将直接引起桩身倾斜,对其施工质量造成很大的影响。所以在实际施工中加强对套管垂直度的控制是很必要的。首先在打桩前应该进行检查桩管的垂直度,当其满足一定要求时才可以进行施工。而在打桩施工进行中,应该采用砂桩船自动调平系统,通过调节船体并用吊锤检查套管,已实现对套管垂直度的实时检验。以保证最后桩体的垂直度能满足设计最初的要求。

3.4 灌砂量

灌砂量关系着很多施工的具体参数,其对砂桩的施工质量有着直接的影响。一般在施工时,我们都要求砂桩的打设系统可以实现对下砂量的实时监测,系统自动将实际下砂值与下砂量的设定值进行比较,如果下砂量不能不足实际需求,我们可以从套管提升高度、管内压力等方面入手进行调整。另外,当施工接近桩顶时,应尽量缩短每次成桩的高度,保证砂料的密实度,从而提高挤密砂桩的施工质量。

4 结语

挤密砂桩作为一种重要的地基加固技术,由于其加固、置换和排水三方面的重要作用,其在港口直立式护岸地基加固中有广泛的应用。挤密砂桩的施工可以提高地基的承载能力,施工消耗较少,经济效益较高。由于施工环境特殊,考虑到环境条件对施工操作的影响,我们应该加强对施工工艺的控制,重点注意对地基的处理。而在施工质量的控制上,我们主要要确保原材料的质量,做好平面定位工作,保证套管的垂直度和灌砂量,为挤密砂桩的施工提高良好的保障。

参考文献

[1] 朱胜利,喻志发等.水下挤密砂桩施工技术与加固地基特性分析[J].中国港湾建设,2015,35(10):14-15.

[2] 周明晖.水下打设挤密砂桩加固软土地基的应用[J].中国水运,2014,14(07):319-321.

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