干振碎石樁加固施工工藝及質量控制淺析

【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。

【關鍵詞】道路施工；干振碎石樁；軟土地基；施工工藝

1 干振碎石樁的定義和原理及加固作用

1.1 干振碎石樁的定義和原理

干振碎石樁就是用打樁機的成孔管將地基打孔（成孔管內灌碎石）隨著成孔夠深度將碎石灌入孔內，然后擠壓，形成的樁叫碎石樁。用干振法加固地基主要是通過在地基中形成密實樁體和擠密作用，原地基構成復合地基，而達到提高地基承載力減少沉降和不均勻沉降的作用。特點是技術可靠、機具設備簡單、操作技術易于掌握，節省三材、加快施工速度節約投資。碎石樁具有良好的透水性，可加速地基固結，使地基承載力提高1.2～1.3倍。

1.2 干振碎石樁的加固作用

加固法包括擠密、置換和排水三種作用。應都歸為物理作用一類。在成孔過程中土體在激振力作用下產生徑向位移，使樁周土出現一個密度較大但已擾動的區域，在碎石填入后，形成從碎石撞中心向樁邊緣，碎石由純凈至土石混雜的樁體，在豎向力作用下，樁邊緣土石對樁起著一定的約束作用，被擠密的樁體強度和壓縮模量比樁周土大的多，承受著較大的壓力，即應力集中現象。被密布于地基土中的窀感所置換的土體除少量隆起于地面外，主要使樁間土被擠密了，這從對樁間土進行原位測試，其強度比天然地基強度提高，可以得到證明。干振碎石樁還有一個應予重視的作用，即它的排水固結作用，碎石的滲透系數比黏土約大4～6個數量級，碎石樁形成豎直排水通道對超靜水壓力的消散作用比砂井好。

2 干振碎石樁的基本要求

2.1 碎石樁材料和機械設備的要求

碎石樁是由巖石或礫石軋制而成，表面潔凈、干燥有足夠的強度和耐磨耗性，顆粒形狀具有棱角，無軟質和其他雜質。施工中采用天然級配為20～50mm的碎石，含泥量小于5%，并不得含有大于3cm的顆粒。

干振碎石樁需采用走管式或履帶式振動成樁機，內置平底活頁式樁尖，樁管d426mm，樁管長度為設計樁長加3m，設有二次投料口，錘重大于35kN作電流80A振力大于280Kn，配發電機功率大于120kW。

2.2 試樁要求

2.2.1 在施工前，將現場的實際情況，選擇具有代表性路段范圍外成樁工藝和成樁擠密試驗。

2.2.2 試樁的成樁擠密和成樁工藝試驗，為了調查各種機械參數，大面積施工提供各種數據，保證工程質量。

2.2.3 試驗項目包括成樁時間、深度、壓入碎石量、提升高度和速度、擠壓次數和時間、電機的工作電流等，確定樁體在密實狀態下的各項指標，作為設置碎石樁的控制指標。

2.2.4 試樁數為5～8根，按3m×3m或4m×4m布置對試樁進行標準貫入試驗和承載力測試。

2.2.5 樁間土的標準貫入試驗；復合地基載荷試驗；單樁承載力試驗

3 施工放樣

3.1 施工放樣，清理并平整場地，路段要鋪設碎石墊層，振動成樁機就位，校正樁管垂直度≤1.5%，校正樁管長度符合設計樁長。

3.2 用振動成樁機將樁管邊振動邊沉入土層，每下沉0.5m留振30s，速度控制在1m/min～2m/min直至設計深度，稍向上提樁管，使樁管下端的活瓣樁尖打開，樁管及樁尖外壁的真空破壞，減少起拔摩阻力。

3.3 停止振動，管內裝入碎石，直至灌滿為止。起振拔管，為了使樁管內碎石密實，在拔管前先留振1min，邊振動邊勻速拔管，拔管速度控制為0.8m/min～1/min，可以擠出拔管下端的碎石更加密實，每提升1m留振1min。

3.4 根據單樁設計碎石用量確定第一次投料的成樁長度（約為樁管長度一半），講多次反插直至樁管內碎石全部投出。

3.5 再次投料，灌滿，啟動拔管，進行多次反插，管內碎石全部投出，反插深度應小于樁管長度，每提升1m反插0.5m。

3.6 提升樁管高于地面停止振動，進行孔口投料至地表，啟動反插并及時進行孔口補料至該樁碎石料全部投完為止；在孔口加壓，保證孔口石料的密實。

3.7 加料時應分批加入，不得一次加料過量，保證樁管標定的裝料量，每一深度的樁體未達到規定的密實電流時應繼續加料、繼續振實，振沖器在固定位置的留振時間為10s-20s。

3.8 樁孔內的碎石灌入量應通過現場試驗確定，結算時可按設計樁孔體積乘以充盈系數β確定。

3.9 提升和反插速度必須均勻，由深到淺，每根樁反插次數視情況而定，每次3～5遍，每根樁不得少于12遍。

3.10 試樁（施工）過程中應及時挖除樁管帶出的泥土，孔口泥土不需掉入孔內。

3.11 施工過程中應記錄沉樁深度、制樁時間、每次碎石灌入量、反插次數、電機電流值。

3.12 施工碎石樁時，試驗樁的成果嚴格控制電流，使其大于密實試驗樁的電流。

3.13 擠密碎石樁時，對砂土、粉土和雜填土地表宜從外圍向中間進行，對于黏性土地基宜從中間向外圍或隔排施工。

3.14 碎石樁施工完畢后，頂部應鋪設碎石或砂礫墊層。施工過程中，保證碎石料不被周圍土體污染。

3.15 碎石樁樁長應嚴格按照設計長度施工，電機電流為空載電流2倍或將施工機架多次頂起時，認為已到硬土層或巖層。

4 易出現的質量事故及防范處理

4.1 斷樁或縮頸

由于土壤含水量大于臨界含水量，在成樁過程中，強力振動造成土壤液化，在拔管灌注碎石過程中造成縮頸或斷樁，影響工程質量。斷樁或縮頸與土壤的含水量有著密切關系。對于含水量＞40%的地基，不宜使用碎石樁，采用旋噴樁；對于含水量較大但不超過40%的地基，防止出現斷樁、縮頸，在施工過程中，將降低鉆進速度和拔管速度，減小激振力，控制碎石投入量，便可避免斷樁、縮頸的發生。

4.2 承載力不足

4.2.1 對淤泥層深度不了解，未能穿透淤積層，形成軟弱下臥層，導致承載力不足。

4.2.2 反插次數不足，碎石的充盈不足，沒有反插的部位碎石密實度小，影響承載力。

4.2.3 樁長不夠。選用的機型較小，激振力小，沒有達到設計樁長，誤認為已經到達硬上層或巖層。

5 碎石樁的質量檢驗和檢驗時間要求

5.1 單樁碎石灌入量應≥0.224m3/m。

5.2 檢驗碎石量、沉管振動時間、提升速度和高度、擠密時間、樁位偏差等。

5.3 施工前對樁間土做標準貫入試驗，比較各土層強度的增加情況，判斷土層的承載力。

5.4 樁身密實度檢驗時，應采用重Ⅱ型動力觸探法，貫入量10cm捶擊時，次數不小于7次，每次連續捶擊貫入量10cm時，連續捶擊數大于7次為密實，捶擊數5—7次為不夠密實，每次連續擊數小于5次為松散。

5.5 復合地基承載力的檢驗。

5.6 單樁承載力的檢驗。

6 碎石樁檢測項目

檢查項目表1

碎石樁施工允許偏差

項次項目單位允許偏差檢查方法和頻率

1.樁距cm±15抽查2%

2.樁徑mm不小于設計抽查2%

3.樁長cm不小于設計查施工紀錄

4.豎直度%1.5查施工紀錄

5.填碎石量m ³ 不小于設計查施工紀錄

參考文獻

[1]《高速公路軟土地基處理技術》張流俊、王福勝、劉建都編著人民交通出版社

[2]《軟地基處理》吳邦穎張師德陳緒祿等編著中國鐵道出版社

[3]《公路地基處理設計施工實用技術》張留俊王福勝李剛編著人民交通出版社

[4]《公路地基處理》殷永高屠筱北編著人民出版社

[5]《地基基礎設計與計算》朱浮聲主編王鳳池李純王述紅副主編人民交通