一种湿陷性地基沉管成桩处理方法

技术领域

本发明专利属于基础设地基处理施技术领域，涉及一种湿陷性地基沉管成桩处理方法。

背景技术

对于湿陷性黄土地区湿软地基沉管成孔后出现严重缩孔、成孔失败的情况(详见本文第4部分的发明背景所述)，通常处理方案有：一是直接改变为换填处理方案，将湿陷性土层全部挖出，分层回填合格土料压实，直至将湿陷地基土全部换填完毕，此方案适用于湿陷性土层较浅、土层厚度不大的情况，显然该拟建场地因湿陷土层较厚，全部换填存在深基坑作业安全隐患大、换填量大成本高、不经济的弊端，不适用换填方案。二是直接改变为强夯处理方案，但本项目所处环境不适用强夯方案，且强夯施工噪音大，单位面积夯击能量小，深层难于达到压密的效果，加固深度受到限制，不适用强夯方案。三是对沉管成孔缩孔采用洛阳铲将回缩土挖出成孔，此方案存在工效低、施工工期长、成本高的不利因素，且洛阳铲也极易发生被孔壁土吸附现象，导致沉落入孔的洛阳铲拔不出来，洛阳铲也不适用此工况的挖土方案。

对于此种工况条件下，采取何种工效高、成本可控、处理效果好的处理方案，是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

发明背景：发明人参与建设的一项处于西北地区湿陷性黄土区的房建项目，经地质勘察及试验相关土工试验报告，位于拟建场地层①人工填土层下方的层②黄土粉状土具有湿陷性，其自重湿陷系数δzs＝0.015～0.048，湿陷系数δs＝0.015～0.185，计算各探井处自重湿陷量、湿陷量，根据《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025)相关规定，拟建场地属于自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅳ级(很严重)，湿陷深度下限2.5～12.5m。

针对该自重湿陷性黄土场地拟建建筑物地基设计采用挤密法进行地基处理。具体处理方案为在拟建建筑物范围内采取沉管成孔挤密、成桩采用孔内回填素土深层强夯法处理，挤密桩间距1000mm，桩径为450mm，处理深度为建筑物基础结构以下7.8m，桩内素土平均压实系数不小于0.97，桩间土平均挤密系数不小于0.93，处理后地基承载力特征值fak≥180kPa。

对于湿陷性场地沉管挤密施工，通常采用柴油打桩机将同设计孔径的钢管锤击入地基土，锤击至设计标高位置后，拔管成孔，然后对桩孔内分层回填素土、采用重锤自由下落入孔夯击，夯击遍数通过试验桩确定，如此逐层填料、逐层夯击，直至夯填至打桩面，此挤密桩成桩结束，再进行下一根桩施工，如此反复作业，直至全部挤密桩完成为止，沉管成孔、孔内分层填料夯填法地基处理完毕。

但是在该场地按照上述处理施工方法进行地基处理施工时，沉管成孔过程中拔管后发现缩孔严重、成孔困难，沉管至8.7m深度，因地基土湿软，在拔管后发现被挤压至管径以外的孔壁土很快回缩，缩孔后孔径已不能满足重锤夯填的施工条件，即便采用重锤夯填，也极易发生孔壁土吸锤现象，导致夯击入孔的重锤拔不出来。部分缩孔严重的已将成孔全部堵死，在作业面1m以下已看不到成孔，成孔失败，根本无法正常进行下道工序的填料夯击施工。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种湿陷性地基沉管成桩处理方法。发明目的：在上述背景条件下，为确保挤密成孔效果，从而具备下道工序孔内填料夯实作业的施工条件，结合实际施工工况，发明了一种适用于上述工况条件下的采用长螺旋钻机二次出土的成孔方法，确保了成孔效果，并针对湿软地基土的地层条件，将夯填素土成桩调整为夯填灰土成桩，成桩效果好，达到了经济、高效、适用的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种湿陷性地基沉管成桩处理方法，包括如下步骤：

(1)实际工况：在挤密素土桩处理湿陷性黄土地基采用常规沉管成孔施工时，拔管后出现较为严重的缩孔现象，无法直接进行孔内分层回填素土、分层夯击的常规方法正常进行下道工序夯填成桩施工；

(2)对于上述实际工况，做出方案调整，针对沉管成孔缩孔现象，采取长螺旋钻机二次旋挖出土清孔，将自然回缩的孔壁土部分进行清理出孔，确保成孔效果，使孔径、孔深满足设计指标要求；

1)二次成孔钻机选型：采用长螺旋钻机，长螺旋钻机选型需满足设计孔深、孔径要求，市场上适用的钻机类型很多。本工程选用钻机的钻杆最大钻孔深度15m、可成孔直径450mm，适用于本工程；

2)钻机就位：将长螺旋钻机按照已沉管成孔的孔位稳固安置机械，使长螺旋钻杆钻头中心对准桩孔中心。钻机必须保持平稳，不发生倾斜、位移。为准确控制钻孔深度，应在钻杆上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录；

3)施钻旋挖出土成孔：调直机架钻杆，对好桩位，开动机器钻进、出土，达到控制深度后停钻、提钻。整个过程可将缩径、回淤部位的土清理干净，使整个孔径达到设计要求；

4)成孔质量检查：用测绳测量孔深，用钢尺测量孔径，达到设计要求即为合格；

(3)对于地基土湿软含水率高、桩间土挤密后孔壁土回缩、二次清孔出土造成的桩间土挤密程度不达标的弊端，将夯填成桩方案进行调整，填料由原设计的回填素土调整为回填灰土，用于改善地基土和桩体土的含水率；将重锤夯击调整为重锤夯扩，使孔内灰土填料在夯击向下压实的同时向孔周挤压扩充的横向挤密，以弥补桩间土一次挤密效果不好的缺点，保证了成桩效果和桩间土挤密效果；

1)灰土填料制拌：回填所选用灰土严格按设计要求的质量配合比进行拌制，熟石灰占混合料质量比为8％，现场采用的是熟石灰拌制灰土，则根据设计的质量比可简单换算体积为熟石灰：土料＝1:13，施工过程中要严格控制灰土的配合比；

2)回填灰土拌合料夯扩挤密：采用分层夯填法对桩孔进行回填，采用锥头夯锤，夯锤重量不小于1200kg；先采用夯锤在未填料的情况下对孔底虚土进行夯实，空夯6～8击，直到孔底发出清脆的咚咚声；然后进行分层回填灰土拌合料夯扩挤密，首先提锤高度2米，轻击2次，然后提锤高度5米，夯击8次，依次填至桩顶；夯锤就位要保持平稳、垂直，夯锤对准桩位中心，确保夯锤能在孔内自由降落；

3)回填成桩顺序：整片处理地基时，回填成桩施工顺序按照从中间向外间隔1-2孔一次进行；对大型工程，可采取分段施工；当局部处理地基时，从外向里间隔1-2孔依次进行；成孔后回填要及时，以防止邻孔之间互相挤压造成相邻孔缩孔或振动坍塌；当整片处理时由内向外进行，局部处理宜由外向内进行；

4)成桩检测：地基处理完成14d后，进行复合地基承载力、桩身质量及桩间土物理力学指标检测；承载力检测采用单桩复合地基静载荷试验方法，桩身质量及桩间土压实、挤密系数采取开挖探井取土样的方式进行检测，检测数量按验收规范执行。

优选的颗粒粒径不大于5mm，不得夹有半熟化的生石灰块；土料采用黏性土，土料塑性指数大于15，颗粒粒径不大于15mm。

与现有技术相比，发明的有益效果是：本发明处理方法经实践，本项目已完成约5200㎡的地基处理任务，经实践验证，此处理方法可行有效、操作工艺简单，施工效率高，安全环保有保证，成桩及挤密效果好。经检测，桩身土压实系数满足设计要求，处理后的桩间土湿陷性基本消除，桩间土平均挤密系数、最小挤密系数满足设计和规范要求，复合地基承载力特征值满足设计取值要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明中柴油锤夯击沉管成孔示意图。

图2是本发明中沉管拔出后孔变形示意图。

图3是本发明中沉管拔出后缩孔变形示意图。

图4是本发明中采用卷扬机提升的洛阳铲施工示意图一。

图5是本发明中采用卷扬机提升的洛阳铲施工示意图二。

图6是本发明中采用卷扬机提升的洛阳铲施工示意图三。

图7是本发明图采用长螺旋钻机二次挖土清孔示意图。

图8是本发明中沉管成孔后缩孔，二次清孔前成孔效果示意图。

图9是本发明中采用长螺旋钻机二次挖土清孔后成孔效果示意图。

其中图2是种沉管拔出后孔变形、下半部分缩孔严重，达不到成孔质量要求。

图3中沉管拔出后缩孔变形，达不到成孔质量要求。

图4-6中采用卷扬机提升的洛阳铲对缩孔孔壁土进行二次挖土清孔，洛阳铲取出土料含水量较大，洛阳铲卸土时因土料粘结性强，卸土极为困难，施工工效极低。

图7中对沉管成孔拔管形成的缩孔现象，采用长螺旋钻机二次挖土清孔。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明,实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

请参阅图1-9所示的一种湿陷性地基沉管成桩处理方法，包括如下步骤：

(1)实际工况：在挤密素土桩处理湿陷性黄土地基采用常规沉管成孔施工时，拔管后出现较为严重的缩孔现象，无法直接进行孔内分层回填素土、分层夯击的常规方法正常进行下道工序夯填成桩施工。

(2)对于上述实际工况，做出方案调整，针对沉管成孔缩孔现象，采取长螺旋钻机二次旋挖出土清孔，将自然回缩的孔壁土部分进行清理出孔，确保成孔效果，使孔径、孔深满足设计指标要求。

1)二次成孔钻机选型：采用长螺旋钻机，长螺旋钻机选型需满足设计孔深、孔径要求，市场上适用的钻机类型很多。本工程选用钻机的钻杆最大钻孔深度15m、可成孔直径450mm，适用于本工程。

2)钻机就位：将长螺旋钻机按照已沉管成孔的孔位稳固安置机械，使长螺旋钻杆钻头中心对准桩孔中心。钻机必须保持平稳，不发生倾斜、位移。为准确控制钻孔深度，应在钻杆上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。

3)施钻旋挖出土成孔：调直机架钻杆，对好桩位，开动机器钻进、出土，达到控制深度后停钻、提钻。整个过程可将缩径、回淤部位的土清理干净，使整个孔径达到设计要求。

4)成孔质量检查：用测绳(尺)测量孔深，用钢尺测量孔径，达到设计要求即为合格。

(3)对于地基土湿软含水率高、桩间土挤密后孔壁土回缩、二次清孔出土造成的桩间土挤密程度不达标的弊端，将夯填成桩方案进行调整，填料由原设计的回填素土调整为回填灰土，用于改善地基土和桩体土的含水率；将重锤夯击调整为重锤夯扩，使孔内灰土填料在夯击向下压实的同时向孔周挤压扩充的横向挤密，以弥补桩间土一次挤密效果不好的缺点，保证了成桩效果和桩间土挤密效果。

1)灰土填料制拌：回填所选用灰土严格按设计要求的质量配合比进行拌制，熟石灰占混合料质量比为8％(磨细生石灰为6％)，现场采用的是熟石灰拌制灰土，则根据设计的质量比可简单换算体积为熟石灰：土料＝1:13，具体可根据试验室采集原料进行击实试验后确定的配合比来现场拌和配置灰土，施工过程中要严格控制灰土的配合比；石灰采用新鲜生石灰，颗粒粒径不大于5mm，不得夹有半熟化的生石灰块；土料采用黏性土，土料塑性指数大于15，颗粒粒径不大于15mm。本工程采用装载机拌料及人工配合进行灰土拌和，灰土充分拌和至颜色均匀一致，拌和时需要加适量水时，应边搅拌边加水，以免形成土团，使拌和物含水量接近最优含水量。现场简易鉴定含水率的方法为“手握成团，落地开花”。

2)回填灰土拌合料夯扩挤密：采用分层夯填法对桩孔进行回填，采用锥头夯锤，夯锤重量不小于1200kg；先采用夯锤在未填料的情况下对孔底虚土进行夯实，空夯6～8击，直到孔底发出清脆的咚咚声；然后进行分层回填灰土拌合料夯扩挤密，每次填料0.07m

3)回填成桩顺序：整片处理地基时，回填成桩施工顺序按照从中间向外间隔1-2孔一次进行；对大型工程，可采取分段施工；当局部处理地基时，宜从外向里间隔1-2孔依次进行；成孔后回填要及时，以防止邻孔之间互相挤压造成相邻孔缩孔或振动坍塌；当整片处理时宜由内向外进行，局部处理宜由外向内进行。

4)成桩检测：地基处理完成14d后，进行复合地基承载力、桩身质量及桩间土物理力学指标检测；承载力检测采用单桩复合地基静载荷试验方法，桩身质量及桩间土压实、挤密系数采取开挖探井取土样的方式进行检测，检测数量按验收规范执行。

本发明是在沉管挤密桩处理湿陷性黄土地基时沉管完成拔管后出现缩孔时，再采用长螺旋钻机对孔内回缩土进行旋挖二次出土，具有成孔效果好、施工工效高的特点。同时因缩孔后的二次出土降低了桩间土的挤密程度，且地基土湿软、含水率较大，为弥补桩间土的挤密效果，同时改善地基土的含水率，对下道工序的填料夯击方案调整为回填灰土、重锤夯击、分层填料、分层夯击的成桩施工方法，因填料增加使用了石灰，此成桩方法较回填素土夯击成桩方案适当增加了成本，但其施工效率相同，同时具有成桩效果好、有效改善地基土性质的优点。上述二次成孔、成桩方案相较本文第3部分现有技术的方案一、二、三均具有经济、高效、安全、环保、适用的特点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。