一种消除饱和砂土地震液化的方法与流程

1.本发明主要涉及土体改良施工相关技术领域，具体是一种消除饱和砂土地震液化的方法。


背景技术：

2.饱和砂土是由砂和水组成的复合体系，土体是一种没有或有很少粘性颗粒的散体，主要靠颗粒间的摩擦力维持本身的稳定和承受外力，这种摩擦力主要取决于颗粒间的法向压力。
3.在地震作用下，砂粒产生滑移，把一部分原来由砂骨架承担的力转移给孔隙水，引起孔隙水压力增加和有效应力减少，有效应力减少便引起砂骨架的回弹。地震发生短暂时间内，土体中孔隙水压力骤然上升，使土粒间应力降低到零，土体呈现近乎液体状态。地震液化主要征象为：地表开裂、喷砂、冒水，从而引起滑坡和地基失效，使建筑物发生下陷、浮起、倾斜、开裂等震害。
4.国内外历次大地震表明，饱和砂土液化是地震中最主要的灾害之一。砂土液化后大变形导致的地基沉降则是造成地基上构筑物损毁的根本原因。因此砂土液化破坏理论研究已经成为了现代土力学基本课题之一。
5.目前，各高校、地质研究院、地勘院等单位均对液化现象进行了全面细致的研究，但其研究方向绝大部分停留在研究方法、破坏原理等方面，对于高烈度、高水位干旱地区饱和砂土地震液化的通用处理方法鲜有研究。对于施工企业，在面对此种液化土层时，能够快速、准确的确定施工方案并实施，满足地基土承载能力及后期运营安全是关键，而对于不同性状液化土的具体数据采集、理论分析则稍显次要；同时，目前所采用的理论分析方法不尽相同，对于不同性状的液化土采用何种方式分析才是科学、合理的也没有定论。


技术实现要素：

6.为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种消除饱和砂土地震液化的方法，通过采用井管振冲碎石桩挤密饱和砂土层，形成复合地基，从而消除地震液化。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
8.一种消除饱和砂土地震液化的方法，包括如下步骤：
9.s1、施工准备，对施工场地进行平整、清理；
10.s2、桩位放样，通过放线布设孔位；
11.s3、振动挤土成孔，在振冲器的振动作用下，把桩管沉至规定的设计深度；
12.s4、停止振动，提起振冲器，将碎石由加料口注入桩管内；
13.s5、分段重复振捣注入碎石并拔管，直至全管拔出；
14.s6、提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至设计标高。
15.进一步，步骤s1中，施工时根据宁填勿挖的原则进行场地整平，挖除地表坚硬物
体，使振冲器能顺利下钻。
16.进一步，步骤s2中，按图纸要求点位，用全站仪进行放线定位，对轴线控制点埋设标志，四周用混凝土固化30cm深，对桩位采用钢管打眼30
‑‑
40cm深灌白灰作为标志，定位放样误差：轴线≤20mm；桩位≤30mm。
17.进一步，步骤s3中，桩机就位，合拢合瓣桩尖，将桩管向下垂直，使桩尖对准桩位标记，利用锤重及桩管自重徐徐静压1-2m后开动振动锤振动下沉；
18.调整桩机搭架，使桩管与工作面垂直，校正桩管垂直度≤1.5％；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长；
19.设置二次投料口，在桩位处铺设少量碎石；
20.之后启动振动锤，将桩管下到设计深度，留振30秒，停振，稍提升桩管使桩尖打开。
21.进一步，步骤s4中，将碎石用料斗由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数1.05计算。
22.进一步，步骤s5中，管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，拔管前先振动1分钟以后边振动边拔管，每提升0.5～1m导管反插30cm，留振10－20秒，如此反复直至全管拔出,拔管平均速度为1～2m/min。
23.进一步，步骤s6中，提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至设计标高，启动反插，并及时进行孔口补料至该桩设计碎石桩用量全部投完为止。
24.进一步，整体桩位施工顺序采用跳打形式，由外缘或两侧向中间进行，隔行施打，相邻两根桩采用跳跃间打。
25.进一步，桩管碎石压碎值小于32％，含泥量不大于5％，最大粒径5cm，最小粒径2cm。
26.本发明的有益效果：
27.1、本发明采用跳打法沉管碎石桩改良土体性质，在振动锤的振动作用下，把桩管沉至规定的设计深度，桩管入土后，挤密桩管周围土体，然后向管内投入碎石，振动挤压碎石，分段振捣密实，使碎石挤入土体中，形成较大直径的碎石桩，桩与桩间土形成复合地基，从而提高地基承载力，消除液化。
28.2、本发明方法致力于采用目前市场上比较常规的机械设备对饱和砂土地基进行复合处理消除地震液化现象，而摒弃了传统方式中对饱和砂土的性质、应力特性、破坏形式等的大量分析、模拟，以解决问题为核心，借鉴前期其他科研单位的科研数据，避免科研费用的重复投入，在对现有数据的充分研判上，确定碎石桩的多个关键核心数据以及跳打法的施工工艺，大大缩短了处理方案确定时间，利于关键工期控制。
具体实施方式
29.结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
30.本实施例提供一种消除饱和砂土地震液化的方法。针对现有情况，本发明通过复核地勘资料，现场补勘，运用科学合理的过程控制方法，模拟碎石桩复合地基方法、滤板排水加固方法、阻水降水方法等各种地基处理方式用以消除地震液化，通过充分的模型试验
数据分析，最终确定采用井管振冲碎石桩挤密饱和砂土层，形成复合地基，从而消除地震液化。
31.在实际施工中，对多种施工系数不断进行优化完善，顺利完成施工任务的同时，总结提出了一整套系统的高烈度、高水位干旱区饱和砂土地震液化消除方法。方法主要的设计原理是采用跳打法沉管碎石桩改良土体性质，在振动锤的振动作用下，把桩管沉至规定的设计深度。桩管入土后，挤密桩管周围土体，然后向管内投入碎石，振动挤压碎石，分段振捣密实，使碎石挤入土体中，形成较大直径的碎石桩。桩与桩间土形成复合地基，从而提高地基承载力，消除液化。
32.在本实施例的施工工艺中，碎石桩采用振动沉管法施工，施工顺序采用跳打形式，由外缘或两侧向中间进行，隔行施打，相邻两根桩采用跳跃间打的方式。
33.本实施例中，施工的主要流程包括清理平整场地
→
放线布设孔位
→
吊机进场
→
振冲器就位
→
振动挤土成孔
→
提起振冲器倒入碎石
→
重复振捣注碎石
→
制桩至孔口
→
移位至下一点。
34.本实施例的主要施工方法如下。
35.①
施工准备
36.场地平整：振冲碎石桩施工前先进行场地平整，场地平整标高为设计标高，施工时根据"宁填勿挖"的原则进行整平，挖除地表坚硬物体，使振冲器能顺利下钻。
37.布置场内运输道路、道路两边的排水盲沟、纵向排水沟、料场、准备好照明设施以便夜间施工。
38.场地清理与掘除：在现场确定清理、掘除、拆除的范围后，按施工规范和设计要求进行清理。
39.②
桩位放样
40.按图纸要求点位，用全站仪进行放线定位。对轴线控制点埋设标志，四周用混凝土固化30cm深。对桩位采用钢管打眼30
‑‑
40cm深灌白灰作为标志，定位放样误差：轴线≤20mm；桩位≤30mm。
41.③
碎石材料要求
42.桩管碎石桩桩体材料采用天然级配的碎石、卵石、角砾、圆砾、等硬质材料，级配采用自然级配，要求碎石坚硬，压碎值小于32％，含泥量不大于5％，最大粒径5cm，最小粒径2cm。
43.④
振动挤土成孔
44.桩机就位，合拢合瓣桩尖，将桩管向下垂直，使桩尖对准桩位标记，利用锤重及管管自重徐徐静压1-2m后开动振动锤振动下沉。调整桩机搭架，使管管与工作面垂直，校正桩管垂直度≤1.5％；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长；设置二次投料口；在桩位处铺设少量碎石。
45.⑤
倒入碎石
46.启动振动锤，将桩管下到设计深度，留振30秒，停振，稍提升桩管使桩尖打开。
47.停止振动，将碎石用料斗由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数1.05计算。避免先期大后期小的不良现象，增加桩的均匀性。
48.⑥
重复振捣注入碎石
49.管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，专人负责碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管前先振动1分钟以后边振动边拔管，每提升0.5～1m导管反插30cm，留振10－20秒，如此反复直至全管拔出，拔管速度为1～2m/min(平均速度)。
50.⑦
孔口处理
51.提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至设计标高，启动反插，并及时进行孔口补料至该桩设计碎石桩用量全部投完为止。
52.本方法先进之处首先体现在前期设计理念上，即最大限度的实现常用设备选择，尽快确定方案；其次体现在核心数据确定及施工工艺确定上，针对传统消除振动液化需要大量勘探、数据采集、数据分析最终确定核心数据及工艺方法人力、物力、财力消耗大、流程长的问题，提出区间化设计理念，即划定数据取值区间，带入现有数据，确定核心指标及工艺方法，从施工的时间线，场地的空间线上，结合科学、合理的工艺模型试验，进行了全面的推演、优化、完善和总结，同时本方法立足工程现场实际，分体系、分步骤总结，化繁为简，易于被技术人员、施工人员理解，能够透彻的理解施工过程中的每一步关键动作。同时本方法致力于采用目前市场上比较常规的机械设备对饱和砂土地基进行复合处理消除地震液化现象，而摒弃了传统方式中对饱和砂土的性质、应力特性、破坏形式等的大量分析、模拟，以解决问题为核心，借鉴前期其他科研单位的科研数据，避免科研费用的重复投入，在对现有数据的充分研判上，确定碎石桩的多项关键核心数据以及跳打法的施工工艺，大大缩短了处理方案确定时间，利于关键工期控制。

技术特征：
1.一种消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、施工准备，对施工场地进行平整、清理；s2、桩位放样，通过放线布设孔位；s3、振动挤土成孔，在振冲器的振动作用下，把桩管沉至规定的设计深度；s4、停止振动，提起振冲器，将碎石由加料口注入桩管内；s5、分段重复振捣注入碎石并拔管，直至全管拔出；s6、提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至设计标高。2.根据权利要求1所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，步骤s1中，施工时根据宁填勿挖的原则进行场地整平，挖除地表坚硬物体，使振冲器能顺利下钻。3.根据权利要求1所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，步骤s2中，按图纸要求点位，用全站仪进行放线定位，对轴线控制点埋设标志，四周用混凝土固化30cm深，对桩位采用钢管打眼30
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40cm深灌白灰作为标志，定位放样误差：轴线≤20mm；桩位≤30mm。4.根据权利要求1所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，步骤s3中，桩机就位，合拢合瓣桩尖，将桩管向下垂直，使桩尖对准桩位标记，利用锤重及桩管自重徐徐静压1-2m后开动振动锤振动下沉；调整桩机搭架，使桩管与工作面垂直，校正桩管垂直度≤1.5％；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长；设置二次投料口，在桩位处铺设少量碎石；之后启动振动锤，将桩管下到设计深度，留振30秒，停振，稍提升桩管使桩尖打开。5.根据权利要求1所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，步骤s4中，将碎石用料斗由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数1.05计算。6.根据权利要求1所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，步骤s5中，管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，拔管前先振动1分钟以后边振动边拔管，每提升0.5～1m导管反插30cm，留振10－20秒，如此反复直至全管拔出,拔管平均速度为1～2m/min。7.根据权利要求1所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，步骤s6中，提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至设计标高，启动反插，并及时进行孔口补料至该桩设计碎石桩用量全部投完为止。8.根据权利要求1-7任一项所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，整体桩位施工顺序采用跳打形式，由外缘或两侧向中间进行，隔行施打，相邻两根桩采用跳跃间打。9.根据权利要求1-7任一项所述的消除饱和砂土地震液化的方法，其特征在于，桩管碎石压碎值小于32％，含泥量不大于5％，最大粒径5cm，最小粒径2cm。

技术总结
本发明提供一种消除饱和砂土地震液化的方法，包括如下步骤：S1、施工准备，对施工场地进行平整、清理；S2、桩位放样，通过放线布设孔位；S3、振动挤土成孔，在振冲器的振动作用下，把桩管沉至规定的设计深度；S4、停止振动，提起振冲器，将碎石由加料口注入桩管内；S5、分段重复振捣注入碎石并拔管，直至全管拔出；S6、提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至设计标高。本发明通过采用井管振冲碎石桩挤密饱和砂土层，形成复合地基，从而消除地震液化。从而消除地震液化。


技术研发人员：赵晓东 何强 刘建勋 吴本健 孙赛辉 李配尧 王佳乐 李佳 李超 江峰清 李喜念 蒋浪 魏占坡
受保护的技术使用者：中铁十四局集团有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/9/22