碎石樁施工技術應用

【摘 要】碎石樁是以碎石(卵石)為主要材料制成的復合地基加固樁。碎石樁和砂樁等在國外統稱為散體樁或租顆粒土樁。所謂散體樁是指無粘結強度的樁，由碎石柱或砂樁等散體樁和樁間土組成的復合地基亦可稱為散體樁復合地基。目前在國內外廣泛應用的碎石樁、砂樁、渣土樁等復合地基都是散體樁復合地基。軟弱地基普遍具有天然孔隙比大、天然含水率高、壓縮性高、強度低、高靈敏度、厚度較厚的特點，導致地基的強度不能滿足使用要求。本文通過工程實例分析了干振碎石樁加固軟土路基的加固機理及施工工藝，并分析了其加固效果.

【關鍵詞】軟土；路基；施工；技術

1 工程概況

某高速公路徐州段沿線廣泛分布廢黃河泛濫沉積物，據勘察資料，在深度12m范圍內地層可分為5層，自上而下為：第1層亞砂土夾粉土，黃褐色，層厚4.0m：第2層亞砂土夾粉土，灰色，層厚2.0m；第3層亞砂土夾粉細砂，灰色，層厚3.0m：第4層粉質亞粘土，灰綠色，層厚10m：第5層亞粘土含風化巖屑，黃綠色，層厚2.0m。

由以上資料可知，該地區以亞砂土、亞粘土、細砂為主，埋深淺，地下水位高，天然地基承載力低。而該地區地震烈度為7度，這類土在地震作用下會產生液化現象，根據《公路工程抗震設計規范》，必須對地基加固處理，達到消除液化和提高承載力的目的。通過研究，設計采用沉管干振碎石樁法處理橋頭地段，在正式施工前，進行了試樁及其效果檢驗。

2 碎石樁加固機理

碎石樁，是指用振動、沖擊或水中等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入已成的孔中，形成大直徑的碎石所構成的密實樁體。從復合地基的理論角度來看，碎石樁處理飽和軟弱地基主要有置換和排水兩個作用。碎石樁在軟弱地基中成樁后，形成了碎石樁和樁間土組成的復合地基。密實的碎石樁置換了與樁體體積相同的軟弱土，形成的復合地基承載力比原軟弱地基承載力高，而變形量則減少了。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，因此，在外部荷載作用下，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一般為2-4。

在成樁過程中，由于振動、擠壓或擾動等原因，樁間土會出現較大的附加孔隙水壓力，從而導致原地基土的強度降低。成樁結束后一方面原地基土的結構強度會隨時間逐漸恢復，另一方面孔隙水壓力會向樁體轉移消散，結果是有效應力增大，強度提高和恢復，甚至超過原土體強度。如果在選用碎石樁材料時考慮級配，則所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。

干振碎石樁加固地基的實質是把松散的天然地基變成由碎石樁和擠密后的樁間土組成的共同工作的復合地基，其承載力比天然地基可大幅度提高，建筑物沉降可大幅減少。干振碎石樁除了置換和排水作用外，還有擠密效應、墊層和加筋作用。

由于干振碎石樁主要在非飽和土中采用，在成孔和擠密碎石的過程中，土體在水平激振力的作用下，產生徑向位移，其密度提高，孔隙比減小，承載力比加固前提高60％以上，因此，擠密和振密樁問土是復合地基承載力提高的主要因素。墊層作用主要指在較厚的軟弱土層中，碎石樁沒有打穿該軟弱土層，這樣，整個碎石樁復合地基對于沒有加固的下臥層起到墊層的作用，經墊層的擴散作用將建筑物傳到地基上的附加應力減小，作用于下臥層的附加應力趨于均勻，從而使下臥層的附加應力在允許范圍之內，這樣就提高了地基的整體抵抗力，減少了沉降。

碎石樁的加筋作用主要指厚度不大的軟弱土層，則碎石樁可穿過整個軟弱土層達到其下的硬層上面，此時，樁體在外荷載的作用下就會產生一定的應力集中現象，從而使樁間土承擔的壓力相應減小，其結果與天然地基相比，復合地基的承載力會提高，壓縮量會減小，穩定性會得到加強，沉降速率會加快，還可用來改善土體的抗剪強度，加固后的復合樁土層將可以改善土坡的穩定性，這種加固作用即通常所說的加筋作用。

3 設計參數及施工工藝

3.1 試樁設計參數

試樁設計參數見表1。

表1：干振碎石樁的有關設計施工參數

3.2 施工工藝

沉管干振碎石樁是利用振動荷載預沉導管，通過樁管灌入碎石，在振、擠、壓作用下形成較大的密實的碎石樁。由于它克服了振；中法耗水量大和泥漿排放污染等缺點，得到了較多的應用。試樁采用平底活頁式走管振動打樁機，振動錘為DZ一40型，激振力280kN，振動頻率950次／min，錘重36kN，樁管直徑377mm，碎石采用1— 2—3cm自然級配，沒根樁的碎石灌入量按充盈系數1．1考慮，施工順序采用跳打形式并由外緣向中心進行。

干振碎石樁加固地基的工藝是首先用振孔器振搗擠土成孔，使原孔位的土體全部擠到周圍土體中，成孔后提起振孔器，在孔中倒入約1m高的碎石，再放入振孔器振密碎石，直到達到密實電流，并且留振適當時間，再提起振孔器，如此反復進行拔起——投石——振實程序，即可制成1根干振碎石樁。

3.2.1 成孔

振動成孔是干振碎石樁施工的關鍵環節，能成孔才能成樁。對于雜填土和高壓縮性的非飽和粘性土，成孔電流一般控制在8O一100A，成孔速度控制在0.5—1.Om／min。振動器下放的速度要均勻，不宜過快過猛、忽快忽慢。成孔困難時，可以采用引孔的方法， 即采用其他設備先鉆孔，然后采用振孔器振動擴孔。

3.2.2 填料

干振法施工對填料要求不嚴格，這是因為干振法加固地基擠密效應是承載力提高的主要因素，樁體的置換作用是第二位的，只要化學成分穩定，有一定的粗粒徑成分的石料是可以的，如碎石、卵石、建筑垃圾、鋼渣等都可以作為干振法填料。填料粒徑一般不宜超過10cm，采用分段填料，每次填料不宜超過1m，每次填料后采用振孔器進行擠擴至密實電流，并留振10一15s。

一次拔管法施工工藝．

（1）樁靴閉合，樁管垂直就位；

（2）將樁管沉入土層中到設計深度：

（3）將料斗插入樁管，向樁管內灌碎石；

（4）邊振動邊拔出樁管到地面。質量控制：

①樁身連續性：用拔出樁管的速度控制。拔管速度根據實驗確定，在一般情況下拔管1m控制在30s內。

②樁直徑：用灌碎石量控制。當實際灌碎石量未達到設計要求時，可在原位再沉下樁管進行復打或旁邊補打。

逐步拔管法施工工藝：

A.樁管垂直就位，樁靴閉合：

B.將樁管沉入土層中到設計深度：

C.將料斗插入樁管，向樁管內灌砂：

D.邊振動邊拔起樁管，每拔起一定長度，停拔繼振若干秒，如此反復進行，直至樁管拔出地面。

質量控制：

根據某地試驗，每次拔起樁管0．5m，停拔繼振20s，可使砂樁的樁身相對密度達到0．8以上，樁問土相對密度達到O．7以上。

4 碎石樁施工注意事項

4.1 應安排間隔打樁，孔內碎石量不應小于設計值的95％ 。

4.2 樁長采用設計高程及貫入度雙控，貫入度控制的標準是，在最后2min<5cm。

4.3 嚴格控制沉管提升速度及高度、擠壓時間及次數、電機的工作電流等。拔管速度控制在1 m／min，每上拔O．5—1 0m，應停拔樁管，振動5—1Os，以確保擠密均勻及樁身的連續性。

4.4 施工中應保證樁位；隹確，其縱向偏差不應大于樁管直徑。樁身應保證連續和垂直。垂直度偏差不應大于1_5％。應設專人記錄各項施工參數。

4.5 施工完畢后，先將樁頂以上松土清除干凈，碾壓密實后再進行碎石調節層的施工。

5 加固效果檢驗與分析

5.1 土層物理力學性質的變化

通過試樁前后土工指標對比，表面加固前后樁問土的物理力學性質得到了明顯改善，土的孔隙比明顯減小，重度略有增加，抗剪強度明顯增加。

5.2 標貫試驗

處理后地基的標貫擊數大幅提高，均消除了液化。在地面下4— 7m范圍內加固效果最好。

5.3 靜力觸探試驗結果碎石樁處理后，樁間土靜力觸探比貫入阻力顯著提高，超過了液化臨界比貫入阻力，消除了液化。

5.4 孔隙水壓力測試

測試結果表明，成樁過程中，離地表一定深度處產生的孔壓最大，施工時隨碎石樁的形成，孔壓呈下降趨勢，一般在9Omin內消散90％ 。

5.5 綜合分析

綜合上述檢測結果可見，處理后復合地基容許承載力比處理前提高了一倍，說明加固效果較好。從標貫試驗、靜力觸探試驗等成果分析，加固后強度明顯提高，且有效的消除了液化現象。