擠密碎石樁在軟基處理中的應用

高福英

(中鐵二局 第一工程有限公司，貴陽 550007)

在公路、市政工程等工程的設計和施工過程中，軟土地基處理常常采用堆載預壓、換填、塑料排水板、CFG樁、擠密碎石樁等方法。

擠密碎石樁對砂性土和粉砂土以及可液化土等軟土地基有良好的加固作用，主要是通過對軟土地基的擠密、置換、豎向排水，加快地基土固結，形成穩定的復合地基，增強地基的承載能力。相對來說，擠密樁具有施工設備投入少，材料易于購買，施工工藝成熟可靠，進度快等優點，因此在軟基的設計和施工中被廣泛采用。本文主要介紹碎石樁的加固原理，并結合貴陽市城市快速路油小線第2合同段擠密碎石樁的施工，介紹振動擠密碎石樁的施工工藝及質量控制措施。

圖1 碎石樁布置

1 工程概況

油小線為貴陽市市區油榨街至小碧的城市快速路。本工程位于油小線第2合同段K3+600—K3+740段，處理區域與主線相交成55°角的狹長區域，此地段三面環山，地下水充沛，為砂性軟土地基。設計采用擠密碎石樁處理，碎石樁采用等邊三角形梅花狀樁位布置，根據該處地質特點，樁長根據地質情況變化現場作調整。該段地基處理總長約140 m，寬為20～25 m。處理的面積為3 356 m2，成樁直徑為40 cm，總布樁量為3 876根。碎石樁布置如圖1。

1.1 擠密碎石樁的加固原理

擠密碎石樁的加固作用主要源于振動沉管的擠密、樁孔排水降壓、預振效應。

振動擠密碎石樁在成樁過程中樁管對周圍砂層產生很大的橫向擠壓力，使樁周圍的土粒重新排列密實，孔隙比減小，密實度增大，這就是擠密作用。通過擠密作用，提高軟土的強度和軟土地基的承載力，消除液化的可能性。經調查表明，當砂土的密實度得到提高時，產生液化的可能性也在減少。

碎石樁成孔后，樁孔內填充碎石，用高強度碎石置換樁孔內原來的土體，并經過振動密實，樁孔內碎石柱體承載力明顯比原孔位處的土體要高。

碎石樁加固砂土時，樁孔內填充碎石，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水通道，使樁間土產生的振動超孔隙水壓力的水迅速地由碎石樁體排出，土中孔隙水壓力亦隨之減小，難以聚集提高，土體密實度得以提高，進而使軟土地基承載力得到提高。

軟土地基特別是砂土地基在振動沉管施工過程中，軟土地基獲得強烈的振動，其密實度得到提高，對于增強砂土抗液化能力是極為有利的。經試驗證明，經過振動的軟土地基，其抗液化能力相當于相對密度80%的未受過預振的砂樣。

1.2 施工工藝

1.2.1 振動碎石樁施工工藝流程(如圖2)

1.2.2 施工準備

1)場地準備。清理平整場地至碎石樁施工高程，清除施工區域內地上、地下及空中的一切障礙物(包含石塊、樹根、垃圾及桿線等)，低洼或水塘地段應先排水清淤后再回填黏性土(不得回填雜土)至施工高程處，整平后壓實。

2)測量放樣。測量地面整平后的高程，繪制樁位點狀網格圖。根據設計要求，組織技術人員測量放樣，測量地面整平后的高程，并繪制樁位點狀網格圖，報監理審核。依據審批后的樁位圖及路線中樁、控制布設樁位，樁間距1 m，平均樁長8 m，樁徑0.4 m，采用梅花狀布置，布樁時現場用鋼卷尺定出每一根樁的樁位，用不易損壞的竹簽插入土層標定位置(樁位誤差不得超過5 cm，樁間誤差不得超過10 cm)。

3)機械設備進場、安裝調試。碎石樁采用DZ-60型碎石樁機，配套發電機功率為120 kW，小推車6個。每臺樁機配備性能良好的能顯示沉管鉆進時電流變化的電流表，且必須經過檢驗鉆機能正常運轉。

4)材料進場。施工材料選用粒徑20～50 mm規格碎石，含泥量不大于5%，并經檢驗合格。

1.2.3 施工工序

1)樁機就位。在樁機走行鋼軌上標出樁位標記，移動樁機，使樁機對準打樁線;啟動0.5 t卷揚機，按照下橫梁標出的樁位標記移動導向架，使樁管對準打樁點，并將卷揚機離合剎緊;松動1.0 t卷揚機離合器，人工合攏活瓣樁尖，對準地面標定的樁位。

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2)啟動樁錘電機使樁錘振動，樁管沿樁位下沉。

3)灌碎石。樁管沉到持力層后，根據樁深及試樁時確定的充盈系數制作料斗，按計算量將碎石灌入樁管內，如果樁管不能容納全部碎石量，則在樁管振動一段時間后再補充灌入樁管內。

4)振動擠密。第一次把樁管提升80～100 cm，提升時樁尖自動打開，樁管內碎石流入孔內。

5)降落樁管，振動擠壓20 s。

7)完成該樁灌注碎石量，樁管提至地面，停止振動，按設計數量從孔口補足填料。最后啟動反插，孔口加壓至前機架抬起，進入下一根樁的施工。

1.3 施工要點及質量控制

①正式施工前應進行試樁，試樁一般為7根左右。②施工過程中，嚴格按照樁長、樁徑、樁間距、碎石灌入量、試樁所確定的提升高度及速度、擠壓次數、留振時間、電機的工作電流等施工參數進行施工。③施工順序從兩側向中心進行，相鄰兩根樁須間隔施工。④施工時，應保持起重設備平穩，導向架與地面垂直，垂直度、樁位、樁長、樁徑的偏差均不得大于規定值。⑤啟動拔管時，拔管前留振1 min，以后邊振動邊拔管，拔管速度應均勻且控制在1.2～1.5 m/min。⑥碎石灌入量應不少于理論計算量的90%。⑦成樁材料采用碎石，粒徑為20～50 mm，含泥量不得大于5%。⑧施工過程中及時挖除樁管帶出的泥土，孔口泥土不得掉入孔中。⑨施工過程中如發現土層有較大變化，投料量或沉樁速度異常等情況應立即停工，并報告監理工程師，研究問題原因及處理方案。⑩成樁后進行質量檢測，確保碎石樁的施工質量符合設計要求。

2 加固效果檢測

在成樁后對碎石樁進行檢測，由檢測數據可得碎石樁施工質量均滿足設計要求，其樁長、樁徑、密實程度均勻，通過單樁和復合地基承載力試驗，各項指標均能達到設計和規范要求。其中復合地基承載力試驗能體現碎石樁的加固效果。

復合地基承載力試驗采用壓板靜力荷載試驗，在施工區域內隨機抽檢了3個點。最大試驗加載量為300 kN，由收集的試驗數據繪制了荷載 Q與沉降s的Q—s關系曲線及s—lgt關系曲線。NF01～NF03累計沉降量分別為 11.64、12.01、10.28 mm，其中 NF02點試驗曲線見圖3。各檢測點Q—s關系曲線圓滑平緩，無明顯陡降段，s—lgt關系曲線呈平行規則排列，沉降量逐級微量增大且穩定，經綜合分析，承載力特征值大于設計值，滿足設計要求。

圖 3 NF02 測點 Q—s、s—lgt試驗曲線

3 結語

擠密碎石樁施工在軟基處理中復合地基承載力提高效果明顯，且其具有施工工藝便于掌握，施工設備投入相對較少，原材料易于取得，施工進度較快、相對其它軟土地基處理的施工方法成本較低等優點。同時，根據其加固原理，擠密碎石樁在公路橋頭減少跳車也能得到運用，尤其在砂性土、粉土等地層中消除其液化的效果明顯。因此，采用擠密碎石樁處理軟基是值得推廣的一種施工方法。

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