采用振沖碎石樁加固軟土路堤的復合地基施工技術

□文/張冬艷 陳曉雪

1 工程概況

某高速穿越的地貌單元復雜，為低中山及丘陵地貌，間夾高差及范圍不等的山間盆地和狹長河谷，地形起伏變化較大。海拔標高650～1050m，相對高差350～400m。公路沿線抗震設防烈度為6度，地震動峰值加速度為0.05g，近期地震活動相對較弱。區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候，四季分明，溫和濕潤，平均氣溫在18.4～19℃，極端最高氣溫可達38～41.2℃，極端最低氣溫-4.8～6.5℃。區(qū)域內(nèi)地表水系十分發(fā)育，補給來源主要為大氣降水，其次為殘坡積層及沖洪積層孔隙潛水，溪河流水常年不衰。水質(zhì)較好，一般對混凝土不具腐蝕性。

設計行車速度80km/h，路基寬度24.5m，分離式路基單幅12.5m；設計載荷汽車超 20級，掛車120級。

路基工程的主要工程量：軟基處理左右線路長度560m；填筑方 38萬 m3；挖方 49萬 m3。

2 工程地質(zhì)情況

軟土路段主要位于溝谷內(nèi)，上部為水田積水，表層多為耕植土，分布淤泥、淤泥質(zhì)土，厚度一般為 2.0～4.0m，性質(zhì)差，強度低，影響路基穩(wěn)定，易引起不均勻沉降。路基的過大沉降與不均勻沉降給高速行車帶來極大不便，需要對軟弱路基進行加固處理。

區(qū)內(nèi)地層情況從上至下為：

1）人工素填土，褐色、黃褐色、粘土、粉土為主，含碎石土 15%～25%，稍濕，松散～稍密，局部為雜填土，零星分布，厚度0.3～0.9m；

2）粘土、亞粘土，褐黃色，濕，可塑，厚度 0.6～1.9m；

3）淤泥，深灰色、灰黑色，濕，軟塑狀，局部呈淤泥質(zhì)土，層頂埋深 0.7～1.2m，厚度變化較大，標貫試驗16次，N=1～3擊，平均 1.5擊，fk＜40kPa。

3 地基加固方案選擇

3.1 加固目的

1）提高地基承載力，使復合地基承載力＞120kPa。

2）減少地基沉降量，將地基工后殘余沉降量控制在 10～20cm。

3.2 方案比選

1）袋裝砂井。該方法雖價格較廉，但施工需逐級加荷固結(jié)，施工進度慢。工后沉降要小于設計限值，固結(jié)期時間較長，不滿足要求，不宜采用。

2）強夯法。具有施工簡便、工期短、施工速度快、造價低等優(yōu)勢；但不適合飽和軟土地基，不宜夯實，在技術上不宜采用。

3）換填法。通常被視為最直觀有效的地基處理方案。場地軟弱層厚度平均9m，若采用換填法，將發(fā)生大量的棄土和填土，增大工程量且地下水位以下土層在挖填過程中需采取降水措施，但由于存在施工難度大，造價高等不利因素，也不宜采用。

4）振沖碎石樁法。是一種使用范圍較大的地基處理方案，施工速度快，造價低，技術安全可靠且有提高地基強度、減小地基沉降和消除地基液化效果明顯等優(yōu)點。但振沖法存在施工中用水量大和排污的缺陷，受場地環(huán)境的制約較大。針對本工程的具體情況，水源和排污問題均可解決，故最后采用振沖碎石樁法方案。

4 碎石樁方案設計

根據(jù)加固后地基應達到的承載力標準值、加固前地基的承載力標準值、土的壓縮模量等資料進行設計，確定樁長、樁徑、樁間距等參數(shù)，見表1。

表1 地基基本資料

4.1 樁長和樁徑

碎石樁樁長應穿透軟弱層，深入持力層不少于1m。樁頂鋪設300mm厚密實砂墊層。碎石樁樁徑取80cm。

4.2 樁距布置

碎石樁采用正三角形布置，由于本工程為粘性土地基，樁間距按式（1）計算，即

m=（fspk-fsk）/（n-1）fsk=(120-90)/(3-1)90=0.1667；樁土應力比n可取 2～4，本工程取3。

根據(jù)計算結(jié)果，本工程碎石樁樁距為180cm。

4.3 布樁范圍

路堤坡腳兩側(cè)各放出寬度為5m。

5 路基振沖加固后的穩(wěn)定與沉降

路基以振沖碎石樁加固后形成復合土體，其相應的抗剪強度指標按下式求得

W=mμ根據(jù)原土與碎石樁的強度指標、碎石樁的置換率和樁土應力比即可求出復合土體強度指標 φsp和 Csp，在根據(jù)原土和復合土體的強度指標，通過圓弧條分法求得路基的整體穩(wěn)定安全系數(shù)F=1.2＞1.1滿足規(guī)范要求。

振沖碎石樁加固路基的沉降SNF=Ssp+Sx，可近似作為成層土地基。按分層總和法計算，根據(jù)路基土沉降特性指標、碎石樁的置換率、樁土應力比以及路基內(nèi)的附加應力分布，可算出路基加固后沉降量SNF。

6 振沖碎石樁施工質(zhì)量控制與管理

6.1 施工準備

編寫施工組織設計，駐地監(jiān)理組審查，監(jiān)理組提出書面審核意見，報總監(jiān)代表審批同意后方可施工。

清理平整場地，消除高空和地面障礙物。

測量放線，測量地面整平后的標高。

布設樁位，樁間距及形式按設計文件，樁間距允許偏差為±10cm。

在灌注樁和構(gòu)造物基礎施工前必須完成碎石樁。

在灌注樁兩側(cè)布設樁位時，應預留鉆孔灌注樁施工位置，預留凈距為140cm。

6.2 機械設備、材料

采用ZCQ-30型振沖器2套，QY-16T汽車吊1臺,ZL50C裝載機1臺,潛水泵(3kW)和泥漿泵(7.5kW)各2臺,高壓清水泵(22kW)1臺。

碎石應由未風化的干凈礫石或軋制碎石，粒徑宜為20～50mm，含泥量不應＞10%。

采取安全措施，編寫安全操作條例，經(jīng)駐地監(jiān)理工程師審批后方可施工。

6.3 現(xiàn)場工藝性試樁

在施工之前,為了根據(jù)現(xiàn)場實際情況,確定各種操作技術參數(shù),以保證大面積施工質(zhì)量,必須進行成樁試驗，駐地監(jiān)理和總監(jiān)辦駐現(xiàn)場人員都要在現(xiàn)場。

1）確定各項技術參數(shù)。造孔電流、加密電流、造孔水壓、加密水壓、加密段、流振時間、施工工藝的確定。

2）試樁位置的選擇。經(jīng)監(jiān)理工程師同意，可根據(jù)軟土厚度選擇1處有代表性土質(zhì)情況的位置進行試樁，每處不少于5根（在路線范圍內(nèi)，按施工圖布設）。

3）試樁檢測項目試樁時現(xiàn)場記錄的內(nèi)容。

（1）施工單位、日期、施工負責人、技術負責人，駐地監(jiān)理工程師、總監(jiān)辦駐現(xiàn)場工作人員。

（2）根據(jù)試樁結(jié)果選定技術參數(shù)。

造孔電流110A,加密電流90A,造孔水壓0.5～0.8MPa,加密水壓0.4～0.7MPa,加密段30～50cm，流振時間10s。

進行載荷試驗時，要求成樁15d后進行單樁復合地基承載力試驗以及樁身密實度檢驗 (采用重Ⅱ型動力觸探法),并分析單樁承載力與貫入量10cm時錘擊數(shù)的關系。若同一根樁先做動力觸探,再做復合地基承載力試驗。

4）試樁報告提交的內(nèi)容：

（1）地質(zhì)情況簡介；

（2）施工情況簡介；

（3）檢測資料內(nèi)容；

1樁身密實度檢驗；

2樁長檢驗結(jié)果；

3載荷試驗匯總表（包含載荷p-S曲線，S-t曲線）。

6.4 碎石樁施工

6.4.1 工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 振沖碎石樁施工工藝流程

6.4.2 成樁順序

定位→造孔→清孔→填料→振密→成樁。

6.4.3 施工步驟

1）定位。施工放樣，定出碎石樁的具體位置，然后吊車就位，起吊振沖器，對準定位點，振沖器的對點由經(jīng)緯儀進行控制。

2）造孔。對準樁位后，給操縱臺信號，操作人員啟動振沖器，待電流值下降后，再打開水源開關，啟動水泵，使造孔水壓達到 0.5～0.8MPa。當振沖器貫入自上而下跳動時，表明它已達到下持力層。

3）清孔。孔內(nèi)泥漿密度較大，不利于制樁，需要清除，做法是將振沖器反復升降，沖出泥漿，次數(shù)視地質(zhì)情況而定，以達到孔道暢通為準。

4）制樁。提出振沖器，向孔底填入碎石，振沖器振沖密實，然后再填入碎石，振沖器再次振密，直至達到地表標高。填料時，振沖器仍需振動射水，水壓可適當減小；填料連續(xù)不斷地從振沖器四周進入孔內(nèi)，直到振沖器工作電流滿足設計要求，才允許將其提升，每次提升的高度為30～50cm，逐段加密至孔口，形成一根完整的樁，然后關機停水，轉(zhuǎn)至下根樁施工。

7 質(zhì)量檢測

施工過程必須嚴格執(zhí)行施工工藝，檢查施工記錄，施工完畢必須進行檢測，以檢驗處理效果。

7.1 檢測方法

本次檢測以下述兩種方法為主。采用動力觸探試驗（重Ⅱ）檢測碎石樁樁身質(zhì)量（密實度和均勻性）；采用單樁復合地基靜載試驗檢測地基加固處理效果。

動力觸探試驗采用100型鉆機施工，穿心錘質(zhì)量63.5kg，自由落距76cm，探頭直徑74mm，錐角60°，按每貫入10cm為一陣錘擊數(shù)計算。貫入試驗N=63.5≥7擊為合格。

單樁復合地基靜載試驗是基底放置一圓形承壓板，壓板面積為 1根樁承擔的處理面積，壓板上放置油壓千斤頂，千斤頂所需的反力由袋裝砂堆重平臺承擔，逐級加載，并觀測讀取壓板的沉降數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析計算確定復合地基承載力能否達到設計要求。最大試驗載荷不小于設計值 2倍。

7.2 檢測時間

在施工結(jié)束30d后進行。

7.3 檢測頻率

單樁碎石灌入量檢查按規(guī)定頻率，隨機抽查；按設計要求，檢測點數(shù)量不小于總數(shù)的2%，動力觸探試驗和復合地基檢測；各占樁數(shù)的1%控制，孔位隨機布置，特殊地段適當加密。

7.4 檢測結(jié)果。

檢測結(jié)果表明，碎石樁樁長、樁徑、密實度以及復合地基承載力均達到要求。該段路基數(shù)月后觀察表明，軟基路段情況很好，業(yè)主和監(jiān)理很滿意。

8 加固處理效果

1)本地段地基采用振沖碎石樁法處理后效果明顯，加固后地基承載力大為提高，路堤穩(wěn)定性好、沉降量小，排水固結(jié)大大加快，沉降期縮短。

2)振沖碎石樁法施工造價低，與換填法比較，節(jié)省工程造價約28%。

3)該方法處理地基施工快速、簡便，由于施工速度快，大大縮短工期。實踐證明，采用振沖樁處理地基，充分發(fā)揮振沖碎石樁的排水、減壓、墊層、置換、加筋、擠密等多重作用，保證了工程質(zhì)量、降低造價，施工速度快，取得較好的效益。