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第二节 振冲法施工及机械设备

一、施工机械设备

(一)振冲器

振冲器为中空轴立式潜水电机直接带动偏心块振动的短柱状机具,是利用电机转动通过弹性联轴器带动振动机体中的中空轴,转动偏心块产生一定频率和振幅的水平向振力。水管从电机上部进入,穿过二根中空轴至端部进行射水和供水。端部锥体及振动机体外设有翼板以减小振动时的扭力矩。振冲器与上部悬挂导管之间装有减振接头,借以减少振动能量向上传递。振冲器的构造如图 2-4-2 所示。振冲器主要有ZCQ-13、ZCQ-30 和ZCQ-55三种,其中最常用为ZCQ-30型,功率为30kW的振冲器,当在防振要求高的建筑物附近施工时,可采用功率较小的ZCQ-13 型振冲器。其技术参数见表 2-4-1。

图2-4-2 振冲器的构造示意

1—吊具;2—水管;3—电缆;4—电机;5—联轴器;6—轴;7—轴承;8—偏心块;9—壳体;10—翅片;11—轴承;12—头部;13—水管

表2-4-1 振冲器系列技术参数

(二)配套设备

操作振冲器的升降设备一般采用履带或轮胎式起重机,也有采用自行井架式施工平车或其他合适的机具设备。其特点是位移方便,工效高,施工安全,最大加固深度可达15m。起吊设备的起吊能力一般为 100~150kN。

在施工时要有足够的压力水通过橡皮管引入振冲器的中心水管,最后从振冲器的孔端喷出,水泵出口水压400~600kPa,水量为20~30m 3 /h。设置好三相电源和单相电源的线路和配电箱。三相电源主要是供振冲器使用,其电压需保证在 380 ± 20V ,否则会损坏振冲器的潜水电机。

二、振冲法施工

(一)振冲置换法施工

振冲置换法施工可按下列步骤进行:

(1)清理平整施工场地,布置桩位。

(2)施工机具就位,使振冲器对准桩位。

(3)启动水泵和振冲器,水压可用400~600kPa,水量可用200~400L/min,使振冲器徐徐沉入土中,直至达到设计处理深度以上 0.3~0.5m ,记录振冲器经各深度的电流值和时间,提升振冲器至孔口。

(4)重复上一步骤 1~2 次,使孔内泥浆变稀,然后将振冲器提出孔口。

(5)向孔内倒入一批填料,将振冲器沉入填料中进行振密,此时电流随填料的密实而逐渐增大,电流必须超过规定的密实电流,若达不到规定值,应向孔内继续加填料,振密,记录这一深度的最终电流量和填料量。

(6)将振冲器提出孔口,继续制作上部的桩段。

(7)重复步骤(5)、(6),自下而上地制作桩体,直至孔口。

(8)关闭振冲器和水泵。

振冲施工程序,如图 2-4-3 所示。

图2-4-3 振冲法施工程序图

a )定位;( b )振冲下沉;( c )振冲至设计标高并下料;( d )边振边下料,边上提;( e )成桩

振冲置换法施工,可分为定位、成孔、清孔、填料和振密。若土层中夹有硬层时应适当进行扩孔,即在此硬层中将振冲器多次往复上下几次,使孔径扩大以便加填料。由于在粘性土层中制桩,孔中的泥浆水太稠时,填料在孔内下降的速度将减慢,且影响施工速度,所以在成孔后要留有1~2min清孔时间,将回水把稠泥浆带出地面,以降低孔内泥浆密度。加填料宜“少吃多餐”,每次往孔内倒入的填料数量,约为堆积在孔内 0.8m高,然后用振冲器振密后再继续加填料,此时电机电流值为超过原空振时电流值35~45A。

在强度很低的软土地基中施工,则要用“先护壁,后制桩”的施工方法,即在成孔时,可将振冲器先到达第一层软弱层,然后加些填料进行初步挤振,让这些填料被挤到此层的软弱层周围去,把此段孔壁保护好,接着再往下成孔到第二层软弱层以同样处理,直至加固深度。

施工过程中,各段桩体均应符合密实电流、填料量和留振时间三方面的规定。这些规定应通过现场成桩试验确定。

在施工场地上应事先开设排泥水沟,将成桩过程中产生的泥水集中引入沉淀池。要定期将沉淀池底部的厚泥浆挖出运送至预先安排的存放地点。沉淀池上部较清的水可以重复使用。

在整个加固区内的振冲法施工完成后,桩体顶部向下约1m左右范围内,由于上覆压力小,桩体的密实程度难以保证,应予挖去另作垫层,或另用振动碾压机碾压等方法进行密实处理。

经过表层处理后的复合地基上要铺一层 30~50cm厚的碎石垫层。垫层本身也要压实。垫层上面再做基础。

(二)振冲密实法施工

振冲密实法施工可按下列步骤进行:

(1)清理平整场地、布置振冲点。

(2)施工机具就位,在振冲点上安放钢护筒,使振冲器对准护筒的轴心。

(3)启动水泵和振冲器,使振冲器徐徐沉入砂层,水压可用400~600kPa,水量可用200 ~400L/min ,下沉速率宜控制在每分钟约 1~2m范围内。

(4)振冲器达到设计处理深度后,将水压和水量降至孔口有一定量回水,但无大量细颗粒带出的程度,将填料堆于护筒周围。

(5)填料在振冲器振动下依靠自重沿护筒周壁下沉至孔底,在电流升高到规定的控制值后,将振冲器上提 0.3~0.5m。

(6)重复上一步骤,直至完成全孔处理,详细记录各深度的最终电流值、填料量等。

(7)关闭振冲器和水泵。

不加填料的振冲密实施工方法与加填料的大体相同。使振冲器沉至设计处理深度,留振至电流稳定地大于规定值后,将振冲器上提0.3~0.5m。如此重复进行,直至完成全孔处理。在中粗砂层中施工时,如遇振冲器不能贯入,可增设辅助水管,加快下沉速率。

振冲密实法施工时,关键是水量的大小和留振时间的长短。水量的大小是要保证地基中的砂土充分饱和,砂土只要在饱和状态下并受到振动便会产生液化。足够的留振时间(30~60s)是让地基中的砂土“完全液化”和保证有足够大的“液化区”。砂土经过液化在振冲停止后,颗粒便重新排列,这时的孔隙比将比原来为小,密实度也同样提高。

在粉细砂层中振冲,由于这种砂层的漏水量不大,造孔时水量和水压都不必很大。水压一般用 400~600kPa ,水量一般用 200~400L/min。在疏松粉细砂层中造孔比较容易,一般不会发生塌孔,但造孔速率不宜过快,一般控制在1~2m/min,使孔周砂土有足够的振密时间。在施工过程中应根据具体情况及时调节水量和水压。此外,必须使振冲器自由悬锤,使造出的孔尽可能垂直。

按孔口填料方法的不同,可分为连续下料法和间断下料法两种。前者为当孔底达设计深度后,将水量和水压减至维持孔口有一定量回水但没有大量细颗粒带走的程度,用装载机等运料工具将填料堆放在振冲器护筒周围,填料在水平振动力作用下依靠自重沿护筒周壁下沉至孔底,即造孔后不提出振冲器而在孔口投料的方法。填料后借振冲器的水平振动力将填料挤入周围土中,从而使砂层挤密。由于砂层逐渐变密,砂层抗挤入的阻力也不断增大,这迫使振冲器输出更大的功率,引起电机电流值升高。当电机的电流超过原空振时电流 25~30A时,一般表明该深度处的桩体已经振密,此时的电流称为密实电流。然后将振冲器上提一段距离,继续进行投料挤密,如此逐段进行直至孔口。上提距离不宜过大,约为振冲器锥头的长度,即 30~50cm,过大则容易发生振密不充分,甚至漏振。后者是造孔后将振冲器提出孔口,直接往孔内倒入填料,再将振冲器下降至孔底进行振密,如此反复进行直至全孔完成。

连续下料法制成的桩体的密实度较均匀,间断下料法的施工速率较快。但是,间断下料法施工中如控制不好,比如振冲器未能沉到原来提起的深度,则容易发生漏振,造成桩体密实度不均匀。若用大功率振冲器,孔内填料后振冲器仍能顺利沉至原深度,这样间断下料法可以采用,但每次加填料的堆高不宜超过6m。而对采用功率较小的振冲器时就必须格外注意。

在中粗砂层中振冲,可以用不加填料就地振密的工艺,即利用中粗砂的自行塌陷代替外加填料。这一方法特别适用于振密人工回填或吹填的大片砂层。由于振密厚度一次可达十几米,其工效远胜于其它如碾压或夯实的方法。使用这种方法振密水下回填料已成为一种筑坝工艺。

在中粗砂层中施工时经常遇到振冲器不易贯入,可采取加大水量和加快造孔速度两个措施。这些措施能否奏效,应通过正式施工前的现场试验加以仔细验证。

振冲密实的施工顺序宜沿平行直线逐点进行。 l3YotoUm/vciFM/ZpQyNAR8DQ65/0MXeR91J0O+FMkqtQ5WOkKko6TdluGndwvjo

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