擠密碎石樁在處理軟體地基應用中的經濟評價

楊勃，陳艷茹

(陜西鐵路工程職業技術學院，陜西渭南714000)

1 工程概況

陜西渭南火車站房配套工程，占地面積共計120×104m2，位于河岸二級階梯地上，建筑場地表面高低不平，地勢較低處有沼澤湖泊和垃圾填埋坑。建筑結構類型為六層框架結構，抗震等級為八度設防，工程重要性等級型為二類，場地等級為二類，地基等級為二級。場地地質勘察見表1。

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2 擠密碎石樁處理地基的經濟評價

2.1 處理方案

根據工程地質條件，第一、二、三層土不宜作為持力層，第四層為持力層。地基處理可有五種做法。

2.1.1 深層攪拌法

深層攪拌法是用于加固飽和軟粘土地基的一種新方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液狀或粉體狀)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理－化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。

2.1.2 預壓結合砂墊層

真空預壓是使加固區域內的土體形成負壓，使邊界的孔壓降低，土體中的原來孔壓便與這些邊界的孔壓形成一定的壓力差并且發生不穩定滲流，隨著時間的增長，土體中的孔壓逐漸降低，降低的孔壓轉變為土體的有效應力，真空度越高，沿深度衰減越小，則增加的有效應力越大，加固效果越好。換砂墊層法是地基處理的一種方法，通常用來置換地基承載力較小的局部軟弱地基，以提高淺基礎下地基的承載力，從而滿足強度和變形的要求。兩者結合起來加固效果更好。

2.1.3 石灰樁

生石灰與粉煤灰等摻合料拌和均勻，在孔內分層形成豎向增強體，并與樁間土組成復合地基的地基處理方法。

2.1.4 換土墊層

此方法的優點是施工簡單。若以第四層土為持力層，換土深度達4.5 m。該方案存在以下問題:土方量大，堆料場地無法解決，外運費用又高;場地地下水水位淺，施工時需要降水;周圍已有的建筑物較近，開挖時需支護邊坡。

2.1.5 碎石擠密復合地基

碎石樁法兼有置換、擠密、排水固結和抗震等作用，且施工簡單，速度快，效率高，節約投資［1］。難點是本工程為軟硬不均勻地基，持力層承載力由80～120 kPa，土質不同，西部為素填土，東部為粉質粘土。

2.2 優化方案論證分析

項目工程優化設計就是運用近代數學方法和工具來研究、討論該項目的規劃、設計、評價和管理決策功能等問題。把要研究的事物用概率統計、運籌模擬等方法，經分析進而用最優化方法，求得最優結果，以便得到技術先進可靠、經濟合理、施工方便及歷時短的最佳方案［3］。

一般來說，對于項目工程，必須有不同的比較方案;而不同的方案中，工期長短、造價高低、技術可靠等方面各有其優缺點。同時還包括若干不確定的因素，這些相互矛盾的綜合因素中作出合理的方案比較，經實踐用優化矩陣法可以有規律地判斷確定。方案目標設aij是對各評價項目的評價因子的評價值，那么各評價項目i的全體評價值為:。各地基加固方法評價結果由表2可知，擠密碎石樁法得分最高。表中數據按筆者測定的數據換算所得。

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經過比選論證，本工程采用擠密碎石樁方案處理地基。

3 擠密碎石樁的設計

3.1 樁長設計

樁長主要取決于需要加固土層的厚度。按照地基的設計要求和地質條件確定，滿足地基的強度和變形控制要求。

(1)在可液化土層中，碎石樁長應按抗震要求處理的深度來確定，一般應穿透可液化層。

(2)按穩定性控制的，工程碎石樁長不應少于最危險滑動面以下2 m。

(3)按變形控制的工程，碎石樁長度應滿足使復合地基的沉降量不超過對構筑物地基容許沉降量的要求。

(4)軟弱土層厚度小于15 m或在該深度以內遇有較硬土層時，將樁端置于較硬土層中。

3.2 樁間距設計

樁間距S可按下式計算(樁位按等邊三角形布置):

式中:S為樁間距;Ae為單樁加固面積;m為面積置換率。在設計樁間距時，樁距不宜小于樁徑的2倍，且大于1 m，也不得大于樁徑的4倍;樁中心至基礎邊緣的距離宜等于樁徑，不得小于0.5倍樁徑平方值。為了進行試驗對比，該工程樁間距按1.10 m、1.30 m分別進行設計。

3.3 材料

填料宜用粒徑20～50 mm的未風化的干凈礫石或軋制碎石，含泥量不大于10%。該工程采用砂石場的碎石作為填料，含泥量為3.5%。

3.4 每米樁長投石量q的計算

式中:q為每米樁長投石量(m3/m);d為樁直徑(m);k為擠密系數，一般取值為1.2～1.3。

4 擠密碎石法施工

4.1 試樁

為了確保碎石樁大面積施工質量，調整各種機械參數，每臺樁機開工之前都要進行試樁，通過試樁可以對不同土質在形成復合地基之后的地基承載力、施工工藝、施工隊伍素質進行驗證。并對成樁時間、壓入碎石量、振動錘電機的電流、成樁深度等進行驗證。每臺樁機試樁數一般為9～16根。

4.2 施工方法

(1)碎石樁施工順序從四周開始向中心進行，相鄰兩根樁必須跳躍間打。

(2)清理平整場地，樁機就位，校正樁管垂直度應小于1.5%;校正樁管長度及投料口位置，符合設計樁長;設置二次投料口，并在樁位處鋪設少量碎石。

(3)用振動成樁機將樁管邊振動邊沉入土層直至設計深度。樁管每下沉0.5 m，留振30 s直至穿透液化層并達到設計深度。

(4)稍提升樁管使樁尖打開，停止振動，用標定的小推車人工推料向樁管內灌入石子，直至灌滿為止。

(5)啟動拔管前留振1 min，以后邊振邊拔管，拔管速度應保持均勻每拔1 m留振1 min。

(6)根據單樁設計碎石用量(設計樁長度×0.224 m3)確定第一次投料的長度，進行數次反插直至管內碎石全部投出。

(7)提升樁管，采用空中二次投料口加料，直至灌滿樁管，通過數次反插，至管內碎石全部投出，反插深度小于樁管長度一半。

(8)提升樁管高于地面，停止振動進行孔口投料直至地表。啟動反插并及時進行孔口補料至設計碎石用量投完為止，孔口加壓至前機架抬起，移架至另一樁位。

擠密碎石樁的科學性，也可以從定量優化的角度說明了本工程采用擠密碎石樁加固的經濟合理性。

5 結束語

本文采用優化矩陣法分析了擠密碎石樁作為處理軟土基礎的設計和施工應用中的可行性和經濟性。分析結果證明擠密碎石樁作為軟土基礎處理手段具有較廣泛用途，特別是處理大面積疏松的回填土、砂層、粉土層以及淤泥質土層等地基時具有施工簡便、工期短、效果好、投資少等優點。

［1］華南理工大學．地基與基礎［M］．北京:中國建筑工業出版社，1995

［2］GB 50007－2002建筑地基基礎設計規范［S］

［3］暢良臣．優化原理在軟土地基處理方案比選中的應用［J］．山西交通科技，2001(6):29－30