碎石樁在處理軟土地基中的應用

摘要：本文中初步探討了碎石樁加固軟基的作用機理，施工技術要求。并結合工程實例介紹了碎石樁在加固軟弱地基的施工難點、質量要求。根據現場樁體、樁間土動力觸探、靜載荷試驗結果，證明采用碎石樁處理軟弱地基技術是可行的，且效果良好。

關鍵詞：碎石樁；加固；軟弱地基；施工技術

中圖分類號：U4；TU4文獻標志碼：A文章編號：1671-7953(2009)03-0065-03

在公路工程施工過程中，經常會發現地質不良的軟土地帶，這些軟土地帶對結構物有著嚴重的危害，可能引起結構物的不均勻沉降，從而導致結構物發生開裂甚至破壞，所以一定要對不良地質的地基進行處理，采取各種措施進行加固。常見的加固措施有：開挖換填、砂墊層、砂井排水、碎石樁、砂石樁、石灰樁等。每種方法加固的效果也有很大的差異，對于每一項工程，要根據現場的地質條件和實際情況選用相應的處理方法。本文主要討論碎石樁加固處理地基的方法及效果。

所謂軟土地基是指壓縮層主要有淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構成的地基。軟土地基在我國分部十分廣泛，特別是在東南沿海一帶。所以正確處理軟土地基是目前我國公路施工中的重要一環。

所謂碎石樁法是指一種在軟弱地基上修筑路堤等構筑物時所用的加固地基的方法，根據地基加固的目的，可分為碎石排水井法與碎石樁法。碎石樁法在缺少級配良好的砂子地區，已經得到普遍應用。加固后的地基土能滿足承載力和變形的要求及抗液化的要求，制成的碎石樁是一個良好的排水通道，可降低今后該地區發生地震時的超孔隙水壓力。因此，碎石樁地基處理方法自引入我國以來，在大量的工業、民用建筑和水利交通工程地基加固方面迅速推廣，取得了良好的的效果。

1碎石樁加固原理

碎石樁是指用振動或沖擊荷載在軟弱地基中成孔后，再將碎石擠壓入土中，形成大直徑的密實碎石樁加固地基的方法，適用于擠密松散砂土、素填土和雜填土等地基。加固原理主要是，碎石樁的置換和地基土的排水固結作用。由于碎石樁與樁間土形成了復合地基，提高了土體的抗剪強度，減少了地基的沉降量，從而提高了地基的承載力和地基的整體穩定性。而密實的碎石樁在地基有構成排水路徑起著排水砂井的作用，加快了固結速率。

對粘性土地基(特別是飽和軟土)，碎石樁的作用不是使地基擠密，而是置換。碎石樁置換法是一種換土置換，即以性能良好的碎石來替換不良地基土。由于碎石樁的剛度比樁周粘性土的剛度大，而地基中應力按材料變形模量進行重新分配，大部分荷載將由碎石樁承擔，樁體應力和樁間粘性土應力之比可達2～4。

在選用碎石時考慮級配，制成的碎石樁是粘土地基中一個良好的排水通道，它能起到排水砂井的效能，且大大縮短了孔隙水的水平滲透途徑，加速軟土的排水固結，使沉降穩定加快。當軟弱土層厚度不是特別大時，樁體貫穿整個軟弱地層，直達相對硬層，此時樁體在荷載作用下主要起應力集中的作用，從而使軟土負擔的壓力相應減少；若軟土層較厚，則樁體可不貫穿整個軟弱土層，此時加固的復合土層起墊層的作用，墊層將荷載擴散使應力分布趨于均勻。

2碎石樁施工中的技術要求

1)定位：由測量技術人員按設計樁位通過軸線控制點逐個施放在現場，做好標記。每天打樁前對軸線和擬打樁位進行復測。

2)樁機就位調整：樁機就位要保證樁機平正、穩固。將樁管徐徐下落到樁管底活瓣樁尖離地面10cm左右為止，然后夾緊樁管，微調樁機使樁尖對準樁位，并將樁管沉入土0.5m～1.0m，再從樁的兩個正交90度方向樁身的垂直度，待樁身的垂直度偏差小于0.5％時才開振。

3)樁套管下沉：樁套管就位后，開動振動錘使套管徐徐振入土中至設計高程。振樁過程中，施工人員必須認真記錄全過程的電流值、速度、時間等，并要求隨時校正樁錘與樁身中心線重合，以防偏振。振樁過程中，如發現下沉速度突然減小，此時可能遇上硬土層，應停止下沉而將樁管提升0.6m～1.0m，重新快速振動下沉，可較易打穿硬土層而順利下沉。若無法沉樁至設計標高，此時應會同有關部門共同研究，根據實際情況采取相應的措施。

4)終孔投料：當樁管貫入量達到設計標高時，應停振終孔。把樁管提升1m～2m，盡快投料，此時樁尖自動打開，樁管內碎石流入孔內。

5)振密：碎石從樁管投料口處投入樁管內時邊振實、邊往上拔樁管，形成密實碎石樁，提升速度控制在(0.5～0.8m)/min，當樁套管提升到規定高度時，將套管再次下沉，利用振動及樁尖的擠壓作用使碎石密實。壓振密實度以標高為主、電流控制為輔。壓縮比為2：1，即管中料每2m壓縮到1m。

6)樁套管拔出：重復(4)和(5)2道工序，樁管上下運動、碎石不斷補充，樁體不斷增高，

直至將套管拔出地面，碎石樁完成。

工程實例

3工程實例

某高速公路涵洞基地在施工時發現，深度12.9 m范圍內場地土層主要為第四紀全新世沖洪積沉積層Qal+pl4。土層分布比較連續，厚度變化不大，局部存在夾層、透鏡體。根據場地土的成因類型及巖性特征的不同，將地層自上而下劃分為4層，每層的分布特征如下：①雜填土：褐色，松軟，稍濕。土層厚度0.20 m～0.30 m。物理力學性質差，不宜作為結構物基礎持力層。②粉土：黃褐色，中密～密實，稍濕～很濕。層頂深度0.00 m～0.40 m。③粉質黏土：褐色，可塑，屬于中壓縮性土。層頂深度為4.0 m～4.80 m，層底深度4.40 m～5.10 m，層厚0.20 m～0.40 m。該層在場地內分布不連續。④粗礫砂：黃褐色，稍密～中密，飽和，級配良好。

3.1施工方案

根據現場勘查的地質資料，確定采用碎石樁對較軟弱地基進行加固。碎石樁直徑選用400 mm，材料采用碎石，樁長設計為5 m，按照等邊三角形分布。在樁頂部鋪設20cm厚的碎石墊層，碎石墊層之上再鋪設90cm的中砂。設計要求地基承載力特征值為180Kpa。經處理后的復合地基承載力特征值可通過現場復合地基荷載試驗確定。

通過現場試驗數據，發現碎石樁處理以后該軟土地基的承載力得到很大的提高，滿足上部建筑物對承載力的要求，得到了很好的處理成果。

3.2施工質量檢驗

1)現場開挖檢驗：主要檢驗碎石樁樁體直徑及樁位是否偏差。通過隨機抽檢，測得碎石樁直徑均大于400mm，符合設計要求。

2)復合地基載荷試驗：按《建筑地基處理技術規范》JGJ79 2002的要求進行檢測，主要進行復合地基承載力試驗。檢測結果：所檢測的23根樁復合地基承載力極限值≥180Kpa，達到設計要求。

3.3效果評價

從檢驗的結果可得，樁體的密實狀態符合設計要求。處理后復合地基承載力均超過了設計要求的承載力，實踐證明本工程運用碎石樁處理軟弱地基是成功的。

4施工難點及解決措施

4.1施工難點

施工時遇到的主要難點是碎石的振密，由于碎石振密施工具有隱蔽性，若僅靠電流控制、儀表讀數及經驗來判斷施工情況，難免保證不會對工程的質量、進度和成本造成影響。

4.2解決措施

1)碎石必須要有良好的級配，且碎石粒徑不大于50mm，雜質含量小于5％，同時要保證碎石的強度。

2)施工時，樁呈環狀由外向內進行。

3)施工時要注意電、料的控制。電主要是控制振密過程中的密實電流;料要注意加料不得過猛，原則上要勤加料，但每批不宜加得過多，每振密段也不宜太長(≤1.0m)。

4)應嚴格控制鑿振時間和密實電流的變化，鑿振時間達到施工控制參數的要求，切勿欠振;而密實電流的變化反應擠密程度和效率。當電流達到一定的不變值，表明樁體的密實度接近飽和。

5)樁機操作人員必須具備操作上崗證，施工技術人員要在現場監測記錄數據，并比較電流等參數，要及時指揮操作人員的操作。

6)定期檢測樁機，每次開工前要檢測樁機的性能以及儀表工作是否正常。

7)施工結束后，應將基底標高下的松散層挖除或夯壓密實，隨后加鋪20cm厚的碎石墊層，以利排水。

5施工質量控制

抓好兩個控制，一個管理：施工質量的控制，施工進度的控制，加強現場施工管理。振沖碎石樁的質量最主要的應以樁體充分密實為原則，它與成孔的進度、填料量、留振時間密切相關，只有在一定的填料量的情況下，才能達到一定的密實電流。也需要一定的留振時間，才能把填料振沖成樁。要嚴格把好材料質量關，所以在選碎石時，應按設計要求選擇碎石粒徑，一般選2～4cm的碎石，并且要級配適中，其最大不得超過5cm，因為，粒徑大不振實，同時對機具不利。碎石含泥量不得超過5％。另外，對每根樁的填料量也要進行認真的核實和控制。在施工中應注意在成孔時因出現振沖器受到阻礙，電流值會突然上升，現場警鈴不斷發出響聲，遇到這種情況，不要誤認為是正確的，應進行認真地分析原因，查明原因后采取相應措施，同時反復振沖幾次，直到電流表上電流值趨于穩定時為止，然后方可繼續施工。

6結語

碎石樁作為復合地基的加固作用，除了提高地基承載力、減少地基的工后沉降量外，還可用來提高土體的抗剪強度，增大土坡的抗滑穩定性。不論對疏松砂性土或軟弱粘性土，碎石樁均有置換、擠密、排水、墊層和加筋的作用。對不同的地質所起到的作用重點不同：對粘性土地基，碎石樁所起的作用主要是置換和排水；對疏松砂性土，碎石樁所起的作用主要是擠密、墊層和加筋。碎石樁采用的主料為碎石，現場制備加工都比較簡便，相對于水泥攪拌樁、水泥旋噴樁和粉噴樁等，具有成本低廉，施工快捷、施工速度快等特點。通過工程實踐表明，石樁復合地基能顯著改善軟弱地基的性能，有效消除可液化地基的振動液化危害，大幅度提高了地基的承載力，減少了基礎的沉降變形，建議在其他工程領域的軟弱地基加固中廣泛應用。

參考文獻

［1］ 袁大鵬，劉全.干振碎石樁在軟土路基加固中的應用和檢測［J］.路基工程，2009(1).

［2］ 江玉強.碎石樁加固軟弱地基的施工技術［J］.科技資訊，2009(2).