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1 工程概况
引潮入城改建工程泵站是北京市引潮入城改建工程中一座大型建筑物, 位于北京市顺义区机场东路与小中河交汇处的三角地带。泵站的总体形状为梯形结构, 设置有溢流池、调节池、主厂房、副厂房、办公室及附属建筑物等。
2 场地工程地质条件
2.1 场地内地层结构及其液化特点
拟建场地土层分布除表层耕土外, 其余主要为一般第四系冲洪积物(al-plQ4)。地基处理范围内地层从上到下分别描述如下：
(1)土：褐黄色, 稍湿, 松散一稍密, 含云母、植物根, 为腐殖质, 厚度0.4-1.4m,层底高程20.45-21.51m。
(2)低液限黏土：黄灰、褐黄色, 可塑-硬塑, 局部夹含细私土砂和粉土质砂, 力学性质一般, 厚度0.7-3.2m,平均厚2.2m,层底高程17.46-22.02m。天然含水量ω=15.1%-26.1%,湿密度ρ=1.86-2.09g/cm3,孔隙比e=0.49-0.83, 凝聚力c=10-29kPa,摩擦角φ=15°-31°,压缩系数α0.077-0.336MPa-1, 压缩模量Es=6.6-15.6MPa,具中-中高压缩性。标贯击数N63.5=4-11击,平均N63.5=7击。
(3)含细黏土砂：黄灰、褐黄色, 湿-饱和, 中密, 主要由石英、长石颗粒组成, 含云母碎片, 该层水平分布不稳定, 力学性质一般, 厚度0.6-4.8m, 平均厚2.4m,层底高程14.38-21.97m。天然含水量ω=17.3%-23.6%,湿密度ρ=1.90-2.13g/cm3, 孔隙比e=0.48-0.73,摩擦角φ=35°-38°,压缩系数α=0.037-0.092MPa-1,压缩模量Es=17.5-45.1MPa,具低压缩性。标贯击数N63.5=7-24击,平均N63.5=7.7击。
(4)级配不良砂：黄灰、褐黄色, 饱和, 中密-密实,主要由石英、长石颗粒组成, 含云母碎片, 局部夹粉土质砂和低液限钻土, 该层水平分布较稳定, 力学性质较好, 厚度1.3-8.1m,平均厚4.4m,层底高程8.33-16.38m。天然含水量ω=16.2%-25.9%,湿密度ρ=1.82-2.03g/cm3,孔隙比e=0.53-0.77,摩擦角φ=33°-39°,压缩系数α=0.043-0.086MPa-1,压缩模量Es=19.8-39.2MPa,具低压缩性。标贯击数N63.5=13-40击,平均N63.5=25击。
(5)含细粒土砂：灰色、黄灰色, 饱和, 中密-密实,主要由石英、长石颗粒组成, 含云母碎片, 局部夹含细粒土砂和低液限黏土, 厚度1.2-12.6m, 平均厚6.0m, 层底高程1.98-13.28m。天然含水量α=11.8%-22.2%,湿密度ρ=1.88-2.13g/cm3,孔隙比e=0.48-0.70, 摩擦角φ=34°-39°,压缩系数α=0.063-0.115MPa-1,压缩模量Es=14.0-34.5MPa,具低压缩性。标贯击数N63.5=16-48击,平均N63.5=27击。
工程区基本地震加速度为0.20g,地震基本烈度8度,场地类别为3类。
2.2 工程地质评价
从场地整体上看, 土层分布相对稳定, 涂层结构比较简单, 表层耕土和低液限黏土, 厚度约3.0-4.0m, 其下为含细黏土砂和级配不良砂, 厚度12-16m, 该层底部为低液限黏土, 厚度6-9m, 低液限黏土底部又为含细粒土砂, 本次勘探未揭穿。工程区地下水位埋深浅, 对施工开挖不利。综合上述工程地质条件, 结合建筑物形式的不同分别评价如下：
(1)调节池及主、副厂房, 调节池基础长42m, 宽32m,主、副厂房为1层建筑物, 主厂房基础长45m, 宽12m,副厂房基础长39m, 宽14m。3个建筑物为邻近建筑物, 其设计开挖深度为5.0-6.0m, 基础置于现状土层的级配不良砂中, 具低压缩性, 承载力标准值180kPa。主要问题是砂层震动液化问题, 在开挖后基础下5.0-9.0m,普遍存在震动液化, 3个建筑物的基础做振冲处理, 处理深度从开挖后基础面至高程7.0m。
(2)办公楼：办公楼为2层建筑物, 基础长49m, 宽14m, 现状地面表层为耕地, 物理力学性质差, 不宜做基础持力层, 建议挖除。其下部为低液限黏土, 具中-中高压缩性, 力学性质一般。该层下部为含细黏土砂, 中密, 力学性质一般, 承载力标准值150kPa,深度在2.4-6.0m,砂层比较松散, 存在震动液化, 建议此处做振冲处理, 处理深度为6.0m。
3 碎石桩施工参数
3.1 布桩及工作量
调节池及主、副厂房：3个建筑物为邻近建筑物, 主厂房及调节池设计开挖深度为现状地面以下5.0-6.0m,副厂房设计开挖深度为现状地面以下1.50m左右。碎石桩布桩间距为排距2.165m,桩纵距2.50m,施工在现地表进行,成孔深度均为15.0m,主厂房及调节池自地表向下4.50m段为空桩段, 施工时可用土、砂或其他废料充填, 4.50m以下为填料振密段, 副厂房填料振密至施工地面。
办公楼：办公楼为2层建筑物, 设计开挖深度为现状地面以下1.50m左右。碎石桩布桩间距为排距2.165m,桩纵距2.50m,施工在现地表进行, 成孔深度均为6.0m,均为填料振密段。
3.2 工艺参数
施工工艺参数如下：
(1)施工采用西安振冲器厂生产的ZCQ-75型振冲器进行；
(2)成孔电流不得超过振冲器的额定电流(150A),成孔水压为0.8-1.0MPa；
(3)填料采用河北三河段家岭产20-150mm粒径机碎石,要求每600t进行一次材料试验；
(4)填料采用振冲器不提出孔口的连续填料法；
(5)每次加密段长度为0.3-0.5m；
(6)填料时密实电流为120A,水压为0.3-0.4MPa；
(7)施工可根据场地安排顺序进行。
4 振冲碎石桩施工
4.1 主要施工设备简介
(1)振冲器。选用了6台西安产ZCQ-75型振冲器(其中3台备用)施工碎石桩。此法在国内已得到广泛使用, 是一项成熟的工法。曾在含有大漂石地基中成功地进行了深余20m的振冲碎石桩施工, 从实际施工情况看在本工程中使用是完全可行的, 技术性能见表1。
(2)汽车吊。采用了国产25t汽车吊3台。
(3)装载机。选用了3台ZL30型装载机上料,1台ZL08型装载机空桩段填土。
4.2 碎石桩材料
(1)采用了河北省三河市生产的20-150mm灰岩机碎石。
(2)碎石各项技术指标都必须符合规定的质量标准,含泥量不大于5.0%, 在现场有一定的储存量, 防止因天气等变化时使用, 做到了随用随进, 避免占用过多场地。
4.3 工艺流程
施工准备→测量放线→振冲器对中→检查水压、电压、空载电流→下沉成孔→清孔→填料提升→循环到顶→成桩→移机施工下一桩位→留振密实
4.4 施工顺序
本工程由调节池、主副厂房及办公室组成, 施工过程中分3组施工作业, 主副厂房及调节池布置了2台机组, 分片顺序施工；办公楼布置1台机组, 东西向顺序施工, 此机组施工完办公楼后随即转移到副厂房进行施工。
4.5 施工方法
(1)振冲器对准桩位, 开启振冲器及离心泵电源, 将水压调整至0.8-1.0MPa,检查电压和振冲器的空载电流是否正常, 并记录空载电流。
(2)启动吊车, 使振冲器以1-2m/min的速度沉入地层中, 并观察振冲器电流变化, 电流最大值不得超过150A,如超过时, 则必须暂停下沉或向上提升振冲器, 待电流下降后再缓慢继续下沉；遇硬砂层, 孔口不返水时, 应向上提升振冲器, 待孔口返水后继续下沉, 如此反复, 可贯穿硬层。
(3)当振冲器下沉到设计深度时, 留振5-15s, 全孔上下往返1-2次清孔, 适当扩孔并降低孔内泥浆浓度, 便于填料时碎石下降到孔底, 做好成孔时间、电流等记录。
(4)连续填料、振密, 当密实电流达到120A时, 留振5-15s, 然后向上提升0.5-1.0m,待填料下降后, 再下放振冲器, 保证密实电流达到120A,密实段在0.3-0.5m以下。如此循环施工, 直到设计桩顶标高。填料过程中, 要记录起止时间及填料量。
(5)关机移位, 在布桩图上做好记录, 施工下一个桩。
4.7 施工过程
(1)经自检施工质量达到了预期要求, 无丢漏桩现象发生。
(2)施工过程中发现地质情况与地质报告中的描述基本一致, 灰色细砂层均较易穿透, 且吃料量较大地表以下2.0m左右厚的黏土层吃料量也较大, 达到120A的密实电流所需时间较长；其余层位成孔困难, 但填料密实所需时间较短。
(3)实际用料13216m3,共试验碎石试样33组。
(4)按填料段总长12807m计算,平均每延长米填料1.03m3,平均桩径为1.15m。
5 质量控制及评定
5.1 评定单元划分
施工前, 经与监理及质量监督机构共同商议, 根据本工程的具体情况, 将振冲地基分为3个加固单元：主、副厂房；调节池；办公楼。
5.2 加固单元评定
施工结束后, 根据《北京市水利工程质量评定标准》对振冲碎石桩的施工质量进行了评定。评定结果如下：
(1)主副厂房共施工振冲碎石桩406裸, 抽检82棵,抽样率为20%, 本单元各种质量均达到合格标准, 其中优良孔占100%。
(2)调节池共施工振冲碎石桩557棵,抽检112棵, 抽样率为20%, 本单元各种质量均达到合格标准, 其中优良孔占100%。
(3)办公楼共施工振冲碎石桩312棵, 抽检63棵, 抽样率为20%, 本单元各种质量均达到合格标准, 其中优良孔占100%。
振冲碎石桩分部工程质量全部合格, 优良率为100%,施工质量等级：优良。达到了本工程事先制定的质量目标。
6 结论及建议
(1)地层与地质报告描述一致,可钻性一般, 使用75kW振冲器直接成孔、成桩取得了较好的效果, 达到了预期消除液化的加固目的。经评定, 施工质量达到了规范及设计要求。施工中未出现任何质量安全事故；重大生产事故率为0。
(2)本次施工共完成碎石桩16317延长m,其中填料段12807延长m,空桩段3510延长m。共使用碎石料13216m3,平均填料量为1.03m3/延长m,平均桩径为φ1.15m。
(3)开槽时应注意尽量减少对槽底以下地层的扰动,做好槽底的保温防冻工作。
(4)根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ97-2002)的有关规定, 采用碎石桩加固地基后为了保证地基的均匀性,基础底面以下应铺设30-50cm厚级配砂石或石屑褥垫层,要求夯填度小于0.9。
(5)经碎石桩加固后深基坑的边坡稳定性有所提高,但基坑开挖时边坡稳定问题仍需引起施工单位的足够重视,采取适当的边坡加固措施或采用足够的边坡坡角, 切实保证边坡的稳定、安全。
作者简介：张彦昭（1965-）, 男, 工程师。
来源：《北京水利》2005年第5期