高速公路碎石樁的檢測試驗原理及方法研究

趙龍

摘要：碎石樁復合地基是處理高速公路軟土工程的方案之一，而對于碎石樁地基承載力的檢測主要通過單樁極限承載力試驗檢測;獲得加固土密實情況數據則需要應用標準貫入試驗進行檢測;碎石樁樁體質量評價指標，則需要采用重型動力觸探試驗檢測密實度及樁體均勻性。本文以常安高速公路軟土地基處理工程為依托，主要研究碎石樁復合地基完工后，怎樣進行質量檢測，評定已處理的軟土路基承載力等狀況，以確定是否能夠達到設計要求。

關鍵詞：碎石樁復合地基;單樁極限承載力;標準貫入;重型動力觸探

軟土地基沉降量大、施工過程中固結時間較長，使其在高速公路建設中受到一定限制。碎石樁復合地基作為軟地基處理的一種，需要應用碎石及砂等材料將軟土進行置換，利用樁的作用進行振動、擠密從而達到提高地基強度的目的。通過對碎石樁復合地基，單樁荷載進行現場檢測試驗，獲得樁、土和地基的強度特征，而總結碎石樁復合地基處理軟土地基的效果。本文的研究思路及結論，期望能為山區高速公路軟土路基的設計、施工提供借鑒。

1.碎石樁復合地基承載力和單樁極限承載力的關系

對軟土地基采用碎石樁進行處理，承載力將會得到大幅度提高。通過計算獲知承載力狀況，具體如下：碎石樁復合地基承載力由兩部分構成，即碎石樁承載力和樁間土承載力，首先需要確定這兩部分承載力并進行疊加，承載力計算公式包括如下兩種：

1.1面積比公式分析

碎石樁復合地基極限承載力：

1.2應力比公式分析

假定荷載作用下碎石樁與土之間的應力比n，則可得：

2.單樁荷載現場試驗

2.1單樁載荷試驗原理及方法

（1）本次碎石樁單樁載荷試驗，按現行行業標準試驗規程中，關于復合地基載荷試驗要點進行。該試驗用于測定復合土層承載力和變形參數，需要在承壓板以下應力范圍內進行。在此過程中承壓板中心在垂直方向上應該與碎石樁中心重合，承壓板面積與一根碎石樁處理面積相同。承壓板底面高度應該等同于碎石樁頂高度，二者處于同一水平面。試坑尺寸三倍于承壓板尺寸，試驗基準梁支點在其之外，這樣才能夠保證安全，使試驗不受干擾。試驗場地周邊要保證地基土的的原樣性，確保不擾動。

（2）本工程軟地基處理，采用碎石樁復合地基。設計數據：①、直徑0.4m;②、樁間距1.2m;③、復合地基設計承載力0.2MPa;對工程中復合地基進行單樁荷載試驗，要求圓形鋼板直徑1.26m，處理面積[3.14*（1.26/2）2=1.24㎡]，試驗反力來源于壓重平臺反力裝置，通過維持荷載法完成逐級加載直至結束，現場通過分級進行，直到荷載為零。

（3）本試驗荷載加載量，需要超過2倍設計壓力值，試驗時取值為496KN：單樁處理地基面積1.24㎡×200Kpa×2=496KN。

（4）試驗通過分級進行加荷，開始按2級加載到124KN，以后6級各加載62KN，共8級。

2.2試驗加載裝置方法

（1）見圖1反力裝置為試驗提供反力，讀數采用試驗用百分表進行讀取。

（2）平臺裝置要求：裝置必須能夠提供足夠反力，至少要超過最大加載1.2倍;進行檢測時已加足壓重并置于平臺之上，保證均勻穩固。

（3）通過維持荷載方法進行加載，具體步驟如下：①、加載需要分級進行，通過8級達到最大荷載，首次二級;②、承載板沉降量需要進行多次測量，每次施加荷載后都需要進行，間隔時間為30min;③、相對穩定標準：根據沉降量情況決定是否加載下一級荷載，如果一小時內不超過0.1mm就可繼續進行;④、如果有下列情況發生需要考慮終止實驗：沉降量突然發生巨大變化，增加幅度較高，承壓板附近樁間土出現被擠出情況;沉降量雖然沒有突然增加但總和已超過直徑6%;加載超過496KN但仍未達到極限荷載;⑤、卸載同樣需要分級進行，根據最大荷載分5級，卸載過程中需要多次測量回彈量，每卸載一級都需要進行測讀，間隔時間為30min，并且在荷載為0后還需要測讀總回彈量，間隔時間三小時。

2.3承載力特征值確定

（1）利用壓力—沉降曲線：如果極限荷載值超過2倍對應比例界限值，則復合地基承載力可取比例界限;如果在2倍以下取值為極限荷載值一半。

（2）如果壓力—沉降曲線平緩光滑，復合地基承載力特征值可按相對變形值確定：①、如以粘性土為主的地基，可取s/b或s/d等于0.015所對應的壓力;②、如地基材料主要為沙土或粉土，可取s/b或s/d等于0.01所對應的壓力;③、進行荷載試驗時可以用s表示承壓板沉降量;其寬度與直徑分別由b和d表示，當其在2m以上時以2m計算。

（3）設定單樁靜載試驗點，總數要超過3點，測定各點數據并計算極值，如果在30%平均值以內，則復合地基承載力特征值可取平均值。

2.4試驗結論分析

進行承載力檢測試驗需要在樁周土體充分固結后才能進行，碎石樁施工完成后至少一個月時間才能夠滿足條件，以常高速公路軟土地基處理碎石樁工程，典型斷面K25+210為例，見單樁載荷試驗數據表1：

其對應的荷載沉降曲線如圖2：

通過碎石樁單樁載荷試驗，當加載到480KN時測量復合地基總沉降量，結果為47.31mm～49.26mm，此時承壓板直徑1260mm，沉降量小于其6%（75.6mm），載荷-沉降關系曲線沒有陡降情況，不同級載荷時，沉降曲線光滑平坦，沒有明顯下彎情況發生。這種曲線標明施加荷載的試驗點地基沒有進入極限狀態，尚存在一定承載能力。目前所參照的復合地基荷載試驗要點中規定，在該種情況下以末級荷載作為該處極限承載力。即496kN/1.24m2/2=0.2MPa，與S/b=0.015對應荷載值，二者之中取小值。見表2碎石樁承載力檢測結論：

表2中列出8個試驗點地基承載力特征值，將各點極差與30%平均值（0.20MPa）相比都未超過后者水平，根據復合地基荷載試驗要點所示承載力特征值可以取平均值，為0.20MPa，檢測結果達到設計規范要求。

3.樁土應力比試驗

在給予不同荷載時進行多次檢測，獲得樁土應力比。通過埋設土壓力計觀測樁土應力，埋設位置應為樁頂及樁間土處，選擇碎石樁分為K25+205和K25+210兩處，測得不同荷載下的樁土應力比并取平均值，用圖3進行表示：

當給予荷載最初階段，荷載量逐漸加大同時樁土應力也在增加，二者呈現正相關;但當荷載繼續增大到某值時，應力局限于某一區域而呈現穩定狀態，約維持在3.5-3.7之間，此時進行試驗驗證，樁土應力比檢測值符合設計要求（設計要求值3.5）。這一規律體現在圖6中。由此說明該工程中碎石樁施工符合設計要求，存在應力集中現象，這種方法對地基起到加固作用，地基承載能力明顯提高。

4.標準貫入試驗

對地基土進行處理后，密實狀況發生改變，具體情況需要通過標準貫入試驗檢測獲得。室內土工試驗前需要進行鉆探取土，對處理過的土樣進行數據采集，共取土四層進行試驗，分別測得標準貫入擊數，取平均值，與處理前土樣平均標準貫入擊數相比，結果顯示增大將近一倍，這一結果顯示應用碎石樁可使土層密實度明顯增加，大大改善軟土基土密實狀況，檢測數據見表3：

5.重型動力觸探試驗

檢測碎石樁樁體密實度及均勻性需要應用重型動力觸探試驗儀完成，經檢測數據分析不同深度土層對于樁體側向圍固作用力大小存在差異，樁頂下6m層素填土范圍內作用較小，與土層較淺及施工擾動有一定關系，此處標準貫入試驗的指標N一般為5～10擊;而6m以下土層的動力觸探擊數大多在10～30擊，樁周土圍固力隨著土層深度加深而進一步加大，樁體密實度也隨之發生改變，呈現逐步增高趨勢。表4為碎石樁密實度評價表，體現出樁體均勻性及密實度狀況，由此不難看出樁體各項指標符合設計要求。

6.結束語

（1）軟土地基處理是高速公路工程建設中質量控制關鍵點，本文以此為目標進行試驗總結，獲得檢測碎石樁單樁極限承載力的靜載試驗方法。

（2）本文以常安高速軟土地基處理工程為案例，對處理過的軟土地基進行單樁復合地基靜載試驗，結果顯示碎石樁復合地基可以有效提高承載力，滿足高速公路設計要求;同時檢測樁土應力比，結果顯示碎石樁有明顯應力集中現象，進一步證實對原地基起到加固作用;對復合地基土層進行標準貫入試驗，對碎石樁樁體進行重型動力觸探試驗，測得樁周土體及樁體密實度，結果顯示滿足設計要求。

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