一种振杆密实-注浆法加固杂填土地基的施工方法

1.本发明涉及地基处理技术领域，具体涉及一种振杆密实-注浆法加固杂填土地基的施工方法。


背景技术：

2.近年来，随着城市建设的快速发展，产生了大量的生活垃圾和建筑垃圾，这些垃圾在城市周边地区的大量堆放，形成了成分复杂、颗粒尺寸大小不一、孔隙率大、强度低、沉降量大的非均匀性深厚杂填土。这些杂填土占用了较多的土地资源，直接制约了城市的经济发展和生态建设。在城市建设不断向周边扩展的进程中，不可避免将周边深厚杂填土层纳入建设范围，给桩基工程、基坑工程设计施工带来困难。常见的杂填土地基处理方式有强夯法、挤密桩法、注浆法、换填法等，这些方法都有其各自的适用范围和局限性。比如强夯法产生的强大冲击波，不适合在房屋较多的城市场地使用，且该法处理深度有限。灰土挤密桩法成本高、环境污染严重，施工往往受到限制。换填法工期长、费用高，置换出的杂填土需要再次处理，费时费力。单一注浆法处理杂填土地基注浆量大、串浆严重、处理效果差异性大、处理费用高，不适合大面积加固作业。鉴于传统杂填土地基处理方法的适用范围和局限性，研发具备工程适用性、环境友好和经济效益显著等特点的新型地基处理方法具有重要意义。
3.振杆密实法作为一种处理粗粒土的无填料深层振动密实方法，它是通过将振杆在固定其上的振动锤作用下以振动的形式沉入土中，利用沉杆过程中的垂直振动加固周围土体，20世纪90年代该方法引入共振密实理念，又名共振密实法，通过调节振动锤频率来达到土-振杆系统的共振频率，引起土层的剧烈振动，振动能量实现由振杆到土层的最佳传递，从而达到最佳的土体密实效果，它避免了很多缺点，能够以良好的经济效益和简单化施工操作实现对复杂地基的加固密实，具有节能环保、经济高效等优点，近年来在国内可液化粉土和湿陷性黄土地基处理中得到成功应用，但关于振杆密实法处理杂填土地基的应用研究目前还是一片空白。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题和不足，本发明的目的旨在提供一种振杆密实-注浆法加固杂填土地基的施工方法。
5.为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种振杆密实-注浆法加固杂填土地基的施工方法，所述方法是先采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固，然后对初始加固后的杂填土地基进行注浆加固处理，完成杂填土地基的加固。
6.根据上述的施工方法，优选地，所述采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固的操作如下：（1）振点定位：根据需加固的杂填土地基的设计图纸测量放样，定位出振点点位；（2）振杆下沉：在设定的振点位置，采用振密打桩机振动锤将振杆竖直下沉至设计
深处，其中，所述振杆的下沉速度小于等于1.5m/min；（3）底部留振：振杆下沉至设计深度后，将振动锤的频率调整至与土-振杆系统的共振频率一致，在共振频率下进行留振处理；（4）振动提升和反插：留振处理结束后，提升振杆，边提升边振动，同时对振孔进行回填，然后采用振杆进行反插处理，反插结束后将振杆提升至地表；（5）按照上述步骤（2）-（4）依次对剩余的振点进行施工，完成对杂填土地基的初始加固。
7.根据上述的施工方法，优选地，步骤（2）中所述振杆下沉过程的振动频率为30hz～50hz；步骤（4）中所述振杆提升速度小于等于2.0m/min；提升振杆时振杆的振动频率为30hz～50hz。
8.根据上述的施工方法，优选地，步骤（3）中所述留振处理的时间为15s～300s，不超过5min；步骤（4）中反插处理时，振动锤的频率与土-振杆系统的共振频率一致。
9.根据上述的施工方法，优选地，步骤（1）中多个振点的位置可采用三角形或正方形布置，振点之间间距小于等于2m。
10.根据上述的施工方法，优选地，步骤（4）中回填是采用杂填土地基现场原状土料回填。
11.根据上述的施工方法，优选地，步骤（3）中土-振杆系统的共振频率通过在地表放置测振仪进行检测，地表振动速度最大时所对应主振频率即为土-振杆系统的共振频率。更加优选地，土-振杆系统的共振频率为15～20hz。
12.根据上述的施工方法，优选地，步骤（4）中，反插次数和反插深度可根据现场施工情况进行调整。
13.振杆密实法进行初始加固处理后可采用圆锥动力触探、标准贯入等原位测试方法检测初始加固效果，并根据结构设计要求，确定注浆加固处理的注浆深度和范围。
14.根据上述的施工方法，优选地，所述注浆加固的操作步骤如下：a、根据杂填土地基的加固要求，设计初始加固处理后的杂填土地基注浆管的设置位置、数量；b、在注浆管设置位置处进行钻孔处理，得到注浆孔，向注浆孔中放置注浆管，然后封闭注浆孔，通过注浆管向注浆孔中灌注注浆材料，当注浆材料的用量达到设计用量后注浆结束；其中，所述注浆管下端封闭，注浆管的管壁上开设有透浆孔；c、按照步骤b的操作依次对剩余注浆管设置位置进行注浆处理，所有注浆管设置位置注浆完成后，注浆施工结束。
15.根据上述的施工方法，优选地，步骤c中，注浆施工结束后，开挖至基底标高处，检查注浆密实情况，对于不密实的缺陷部位，采用注浆材料按浇灌注浆法进行处理。
16.根据上述的施工方法，优选地，所述注浆材料由水泥、细砂、膨润土和水组成，水泥、细砂、膨润土和水的质量比为1：（2-6）：（6-2）：6；或所述注浆材料由水泥、细砂、粉煤灰和水组成，水泥、细砂、粉煤灰和水的质量比为1：（2-6）：（6-2）：6。
17.根据上述的施工方法，优选地，每个注浆孔内的注浆量不少于单孔设计注浆量；注浆孔之间的间距l取值满足r≤l≤2r，r为单个注浆孔中浆液扩散半径。
18.根据上述的施工方法，优选地，步骤c中各注浆设置位置的注浆处理顺序为：先对
设置在杂填土地基外围的注浆位置进行注浆处理，然后再对中间位置的注浆位置进行注浆处理。
19.根据上述的施工方法，优选地，步骤b中，所述注浆为常压注浆，每个注浆孔采用一次常压注浆或多次间隔常压注浆，所述多次间隔常压注浆的间隔时间小于初凝时间。
20.根据上述的施工方法，优选地，步骤b中，所述注浆压力控制在0.5mpa-1.5mpa。
21.与现有技术相比，本发明取得的积极有益效果为：振杆密实-注浆法联合处理深厚杂填土地基技术充分利用共振密实法和注浆法加固地基的优点，其工艺特点是：先利用振密设备对杂填土地基进行共振密实处理，利用土体与振杆共振时的振动放大效应，形成初步密实状态。再根据振后土层密实情况，对密实度提升较少的浅部土层进行注浆处理，利用浆液将浅部杂填土内部孔隙填满密实，以加固处理振密后因上覆荷载不足导致密实效果欠佳的浅部杂填土层，从而增强地基的整体稳定性和均匀性，具有施工速度快、振动影响范围小、节能环保、经济高效的特点。
附图说明
22.图1为本发明中采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固的施工流程图；图2为振密打桩机；其中，
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为控制系统；
②
为振动锤；
③
为振动杆；图3为本发明中注浆孔剖面示意图；图4为本发明中注浆孔平面示意图。
具体实施方式
23.以下通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。
24.实施例1：一种振杆密实-注浆法加固杂填土地基的施工方法，所述方法是先采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固，然后对初始加固后的杂填土地基进行注浆加固处理，完成杂填土地基的加固。
25.其中，采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固的操作如下（如图1所示）：（1）振点定位：施工场地平整，清楚施工场地杂物，根据需加固的杂填土地基的设计图纸测量放样，定位出振点点位；多个振点的位置可采用三角形或正方形布置，振点之间间距小于等于2m。
26.（2）振杆下沉：在设定的振点位置，调整振杆的垂直度，确保振杆与振点中心对齐，采用振密打桩机（振密打桩机的结构示意图如图2所示）的振动锤将振杆竖直下沉至设计深处，其中，所述振杆下沉过程的振动频率为36 hz，振杆的下沉速度为1.5m/min。
27.（3）底部留振：振杆下沉至设计深度（设计深度为8m）后，将振动锤的频率调整至与土-振杆系统的共振频率一致，在共振频率下留振处理15s，其中，所述共振频率为16hz。
28.（4）振动提升和反插：留振处理结束后，缓慢提升振杆，边提升边振动，首次提升至5m深度处，振动反插至8m深度处；第二次提升至2m处，反插至6m处，振杆提升和反插过程采用杂填土地基现场原状土料回填振孔，边填土边振压，直至振孔填满，最后将振杆提升至地表。其中，提升振杆时振杆的振动频率为36hz；所述振杆提升速度为2.0m/min；反插处理时，振动锤的频率与土-振杆系统的共振频率一致；而且，反插次数和反插深度可根据现场施工
情况进行调整。
29.（5）按照上述步骤（2）-（4）依次对剩余的振点进行施工，完成对杂填土地基的初始加固。
30.所述注浆加固的操作步骤如下：a、根据杂填土地基的加固要求，依据设计图纸设计初始加固处理后的杂填土地基注浆管的设置位置、数量。
31.b、施工场地平整，清除地表杂物，在注浆管设置位置处进行钻孔处理，得到注浆孔，注浆孔设计深度为4.5m，注浆孔之间的间距为3.5m；向注浆孔中放置注浆管（注浆管放置在注浆孔的中央，放置注浆管后注浆孔的剖面结构示意图如图3所示，注浆孔的横截面示意图如图4所示），然后用黏土封闭注浆孔（封闭注浆孔时应预埋排浆管），通过注浆管向注浆孔中灌注注浆材料，注浆压力控制在0.5-1.5mpa，当注浆材料的用量达到设计用量后注浆结束，将施工设备移位，进行下一注浆位置施工。其中，所述注浆管为注浆钢管（其规格为dn20*1.2mm），注浆管末端封闭，注浆管末端封闭段的长度为地面至法板下300mm，注浆管的管壁上开设有透浆孔，透浆孔之间的间距为300mm，透浆孔的直径为5mm；单个注浆孔的注浆量不小于6m3。所述注浆材料由水泥、细砂、粉煤灰和水组成，水泥为32.5级矿渣硅酸盐水泥，每立方注浆材料中水泥、细砂、粉煤灰和水的质量比为1：5：3：6（即每立方注浆材料中水泥为100kg，细砂500kg，粉煤灰300kg，水600kg）。
32.c、按照步骤b的操作依次对剩余注浆管设置位置进行注浆处理，所有注浆管设置位置注浆完成后，注浆施工结束。注浆施工结束后，开挖至基底标高处，检查注浆密实情况，对于不密实的缺陷部位，采用注浆材料按浇灌注浆法进行处理，直至注浆材料不再下沉。
33.实施例2：一种振杆密实-注浆法加固杂填土地基的施工方法，所述方法是先采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固，然后对初始加固后的杂填土地基进行注浆加固处理，完成杂填土地基的加固。
34.其中，采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固的操作如下：（1）振点定位：施工场地平整，清楚施工场地杂物，根据需加固的杂填土地基的设计图纸测量放样，定位出振点点位；多个振点的位置可采用三角形或正方形布置，振点之间间距小于等于2m。
35.（2）振杆下沉：在设定的振点位置，调整振杆的垂直度，确保振杆与振点中心对齐，采用振密打桩机的振动锤将振杆竖直下沉至设计深处，其中，所述振杆下沉过程的振动频率为40hz，振杆的下沉速度为1.0m/min。
36.（3）底部留振：振杆下沉至设计深度（设计深度为8m）后，将振动锤的频率调整至与土-振杆系统的共振频率一致，在共振频率下留振处理60s，其中，所述共振频率为16hz。
37.（4）振动提升和反插：留振处理结束后，缓慢提升振杆，边提升边振动，首次提升至5m深度处，振动反插至8m深度处；第二次提升至2m处，反插至6m处，振杆提升和反插过程采用杂填土地基现场原状土料回填振孔，边填土边振压，直至振孔填满，最后将振杆提升至地表。其中，提升振杆时振杆的振动频率为40hz；所述振杆提升速度为1.0m/min；反插处理时，振动锤的频率与土-振杆系统的共振频率一致；而且，反插次数和反插深度可根据现场施工情况进行调整。
38.（5）按照上述步骤（2）-（4）依次对剩余的振点进行施工，完成对杂填土地基的初始加固。
39.所述注浆加固的操作步骤如下：a、根据杂填土地基的加固要求，依据设计图纸设计初始加固处理后的杂填土地基注浆管的设置位置、数量。
40.b、施工场地平整，清除地表杂物，在注浆管设置位置处进行钻孔处理，得到注浆孔，注浆孔设计深度为4.5m，注浆孔之间的间距为3.5m；向注浆孔中放置注浆管，注浆孔的横截面示意图如图4所示），然后用黏土封闭注浆孔（封闭注浆孔时应预埋排浆管），通过注浆管向注浆孔中灌注注浆材料，注浆压力控制在0.5-1.5mpa，当注浆材料的用量达到设计用量后注浆结束，将施工设备移位，进行下一注浆位置施工。其中，所述注浆管为注浆钢管（其规格为dn20*1.2mm），注浆管末端封闭，注浆管末端封闭段的长度为地面至法板下300mm，注浆管的管壁上开设有透浆孔，透浆孔之间的间距为300mm，透浆孔的直径为5mm；单个注浆孔的注浆量不小于6m3。所述注浆材料由水泥、细砂、粉煤灰和水组成，水泥为32.5级矿渣硅酸盐水泥，每立方注浆材料中水泥、细砂、粉煤灰和水的质量比为1：5：3：6（即每立方注浆材料中水泥为100kg，细砂500kg，粉煤灰300kg，水600kg）。
41.c、按照步骤b的操作依次对剩余注浆管设置位置进行注浆处理，所有注浆管设置位置注浆完成后，注浆施工结束。注浆施工结束后，开挖至基底标高处，检查注浆密实情况，对于不密实的缺陷部位，采用注浆材料按浇灌注浆法进行处理，直至注浆材料不再下沉。
42.实施例3：实施例3的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固时，步骤（2）中，振杆下沉过程的振动频率为30hz，振杆下沉的速度为1.5m/min；步骤（3）中，共振频率为20hz，留振处理的时间为120s；步骤（4）中，振杆提升速度为1.2m/min，提升振杆时振杆的振动频率为50hz。
43.注浆加固时，步骤b中，所述注浆材料由水泥、细砂、粉煤灰和水组成，水泥为32.5级矿渣硅酸盐水泥，每立方注浆材料中水泥、细砂、粉煤灰和水的质量比为1：2：6：6（即每立方注浆材料中水泥为100kg，细砂200kg，粉煤灰600kg，水600kg）。
44.实施例4：实施例4的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固时，步骤（2）中，振杆下沉过程的振动频率为50hz，振杆下沉的速度为1.5m/min；步骤（3）中，共振频率为15hz，留振处理的时间为300s；步骤（4）中，振杆提升速度为1.5m/min，提升振杆时振杆的振动频率为30hz。
45.注浆加固时，步骤b中，所述注浆材料由水泥、细砂、粉煤灰和水组成，水泥为32.5级矿渣硅酸盐水泥，每立方注浆材料中水泥、细砂、粉煤灰和水的质量比为1：4：4：6（即每立方注浆材料中水泥为100kg，细砂400kg，粉煤灰400kg，水600kg）。
46.实施例5：实施例5的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：采用振杆密实法对杂填土地基进行初始加固时，步骤（2）中，振杆下沉过程的振动频率为45hz，振杆下沉的速度为1.0m/min；步骤（3）中，共振频率为18hz，留振处理的时间为300s；步骤（4）中，振杆提升速度为1.5m/min，提升振杆时振杆的振动频率为30hz。
47.注浆加固时，步骤b中，所述注浆材料由水泥、细砂、粉煤灰和水组成，水泥为32.5级矿渣硅酸盐水泥，每立方注浆材料中水泥、细砂、膨润土和水的质量比为1：5：3：6（即每立方注浆材料中水泥为100kg，细砂500kg，膨润土300kg，水600kg）。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但不仅限于上述实例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。