振動擠密砂樁施工技術在高速公路軟基處理中的應用

黃國慶 （福建路信交通建設監理有限公司，福建 福州 350000）

振動擠密砂樁施工技術是沿海地區高速公路一種較為常見的處理軟土地基的技術方式，其一般采用振動打樁機施工，通過荷載振動的形式將砂壓入到相應的軟土地基當中，在重復壓拔管、振動擠密后對地基形成相應的密實砂樁[1]；一般用于擠密松散砂土、粉土、黏性土、素填土、雜填土等軟土地基，對于飽和軟土地基的處理主要起置換作用，同時可以縮短軟土地基的穩定時間，并具有豎向排水通道的作用[2]。

1 工程實例概況

福州沿海地區某施工合同段，某互通軟基處理地段表層為海積層較厚的黏土層及淤泥層，下部海積成因的粉、細砂層及沖積成因的卵石層，局部夾雜海積成因的淤泥質土層；地表多為人工灌溉引水溝渠、人工蓄水池塘；地下水類型主要為上部土層孔隙水，埋藏較淺，富水性強且受地表水及大氣降水補給。屬高壓縮，高靈敏度，低承載力，易變形的不良土層。

本次工程實踐中，振動擠密砂樁主要采用等邊三角形布設，樁間距為1.2～1.5m不等，成孔直徑為50cm，樁打穿軟土層進入下臥層不得小于0.5m，砂樁的長度在12～16m范圍不等，在樁頂設置中粗砂褥墊層50cm，對路基填土高度超過4m以上的段落夾兩層雙向鋼塑復合土工格柵。砂樁示例布置圖見以下圖1、圖 2。

2 振動擠密砂樁施工工藝

圖1 砂樁橫斷面結果布置圖

圖2 砂樁平面布置圖

2.1 砂樁施工工藝流程

圖3 砂樁施工工藝流程圖

2.2 砂樁施工工藝

根據設計測設路基中心線和軟基處理寬度，首先用全站儀放出路基軟基處理范圍，用石灰粉標明邊界線并確定路基兩側控制樁位，再根據施工計劃并結合樁位布置圖用卷尺逐樁放出砂樁位置，用小木樁定出每個砂樁位置同時用石灰粉撒點標記；在樁管沉入前，根據試樁樁長將沉管深度用紅油漆標識于樁管上，來控制現場砂樁施工深度。裝機就位后，檢查樁機是否平穩及樁管豎直度是否滿足要求，可采用全站儀按水平、垂直兩個方向進行調整，以保證樁身的豎直度；啟動樁錘電機振動樁錘，通過樁長紅色標記控制樁管下沉至設計深度，開始上料，上料時控制灌砂量，按照不小于計算灌砂量進行灌入（拔管過程中進行補砂），直至灌滿樁管。在樁管內加入砂料后，邊振動邊緩慢拔出樁管，同時結合試樁情況，選擇合理的拔管速度，待完成設計灌砂量且樁管提至地面后，根據控制樁確定下一根樁的樁位，將機械移到下一樁位，移動過程中嚴禁壓過已施工的砂樁。

2.3 檢樁、加筋砂墊層施工

在成樁30d后，采用靜力觸探檢測樁身密實度和樁長，檢驗頻率應滿足設計要求，根據現場監測數據比對分析判斷樁身完整性。

砂墊層鋪設前對現場施工用中粗砂及雙向鋼塑格柵進行檢驗，各項指標符合設計及規范要求后，方可用于鋪設墊層。

2.4 堆載、卸載

可利用本身路基填筑用的材料進行堆載預壓，路基填筑時應按堆載計劃實施，要求分層均勻攤鋪填筑，壓實度應滿足相關要求；根據設計圖紙要求，當監測數據推算的工后沉降小于10cm，同時滿足連續兩個月觀測的沉降量中每個月累計不超過5mm時方可卸載土方鋪筑路面。

2.5 現場監測

監測項目應包括表面沉降觀測、分層沉降觀測、側向位移等測試項目。按照設計圖紙軟基監控的項目數量，由專門的監測單位制定監測方案并現場實施，通過軟基監控對設計方案和加固效果進行評估，同時為填方卸載及后續路面施工時間提供依據。

3 振動擠密砂樁施工過程中常見質量問題及解決辦法

3.1 樁身不密實

3.1.1 原因分析

灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，成樁樁身密實度不足，引起疏松現象。

3.1.2 解決辦法

按照設計要求嚴格控制投砂量和拔管速度，樁管內的加水量必須充足，確保管內砂料振動密實，定期對樁機振動設備進行保養檢修，防止機械振動力不足。

3.2 樁身傾斜

3.2.1 原因分析

沉樁時樁管豎直度不夠，或受鄰樁振沖影響，容易引起已成砂樁傾斜。

3.2.2 解決辦法

①沉樁時要現場校正樁管豎直度，對于偏差值大于規范要求的，應及時調整機身。

②按規范要求布置樁位及打樁順序，相鄰樁采用間隔跳躍施工，避免因相互間振動對樁身豎直度造成影響。

③施工前按規范要求，對施工場地進行平整，壓路機振壓密實，避免樁機鉆孔時產生不均勻沉降造成機身偏斜。

3.3 短樁

3.3.1 原因分析

①樁底空松、樁底端砂料偏少或無料會引起短樁。

②沉管時遭遇局部硬土層或孤石，處理不當也會造成樁長不夠。

3.3.2 解決辦法

①拔管前必須保證管內灌滿砂料，并留振1min，確保砂料填滿孔底。在拔管過程中若發現下料不足，應及時補充填料，確保樁長達到設計要求。

②沉管成孔時，遇到硬土層或孤石，應立即停機，向現場監理上報情況，拔出沉管，在樁位旁邊試打，確定硬土層范圍，報請設計及業主進行樁長樁位變更或采取其他措施。

3.4 斷樁

3.4.1 原因分析

斷樁是砂樁施工中常見的病害，造成的原因有塌孔、沉管活頁打不開等。

3.4.2 解決辦法

①嚴格按照工藝性試樁及規范要求，嚴格控制拔管速度，確保砂料及時填充密實。禁止在管內無料時進行空振，造成塌孔。

②對沉管底部活頁經常進行檢修，確保施工時開合順暢。

3.5 堵管

3.5.1 原因分析

①活頁開啟不靈活，造成砂料下料困難。

②現場裝載機鏟運砂料時，帶進泥團，造成堵管。

③下雨天施工，導致現場堆放施工用的的砂料含水量增大，造成沉管內的砂容易在重復壓拔管、振動等作用下達到密實而不易下料。

3.5.2 解決辦法

①樁管就位沉管前，先行向管內灌注部分砂料，防止淤泥擠入樁底活頁縫隙。

②砂料按規范要求檢驗合格后方可進場，確保堆放場地預先清理干凈，確保無雜物、泥團混入。若現場砂料中混入泥團等雜物，灌砂前一定要將泥團等清理出來，防止堵管。

③下雨天砂含水量大，一次性下料量不宜超過1.5m3（具體根據現場情況而定，當發生堵管時，及時調整一次性下料量），下料拔管過程中，同時向管內充水，確保砂料全部沉入孔中。

4 沉降穩定和位移監測情況分析

4.1 監測的目的

監測是路基工程的重要組成部分。利用監測及時反饋的信息來指導現場施工，同時利用監測成果控制施工速度，控制填土速率，確保工程施工的正常進行和經濟合理可靠。主要為監測整個施工過程中軟基處理范圍內路基的穩定性，同時根據監測結果，確定開始鋪筑路面的時間。

4.2 監測的方法

監測工作主要包括：地表沉降監測、地表水平位移監測。其中地表沉降監測待沉降標埋設完成后，定期測度鍍鋅管上測量點與鄰近基準點之間的高程差；位移觀測標志埋設完成后，通過極坐標法利用附近已知控制點的坐標測讀位移觀測點的坐標，以此來監測位移觀測點的變化量。

4.3 監測結果分析

分級堆載預壓技術在振動擠密砂樁當中應用較為廣泛，在擠密砂樁加固處理之后，本次工程實踐采用分級分層堆載預壓；通過預壓期間，觀測得出的“累計沉降量-時間”、“累計水平位移量-時間”曲線圖，可以推算出軟土地基的最終固結變形量，以及不同時間的固結度和相應的變形量，以分析軟基處理效果并為確定卸載時間提供依據。以下為該高速公路互通（AK0+120處）設置的沉降量、水平位移量監測點測得數據曲線情況（圖4、圖5）。分析圖4“累計沉降量-時間”曲線圖可知，沉降量在前面3個月增加較快，第4個月后沉降量趨于緩和，且沉降量較小，說明路基沉降比較穩定，同時該沉降監測點已滿足連續兩個月沉降量小于5mm，可以停止監測；圖5水平位移監測點位移變化量較小，未超出日變化速率每晝夜5mm的標準（實測水平位移速率為0.02mm/d），未見明顯發展，現場巡視未發現明顯路基病害。說明本處理方案較為成功，軟土地基得到了有效的控制。

圖4 累計沉降量-時間曲線圖

圖5 累計水平位移量-時間曲線圖

5 結語

根據振動擠密砂樁處理后軟基沉降穩定和位移監測結果分析情況，說明振動擠密砂樁能夠有效的在軟土地基中發揮穩定性作用，同時可以將軟土地基中的水分通過樁體本身及砂墊層排出；此外，因砂樁頂砂墊層施工過程中有鋪設雙層雙向鋼塑格柵，從而有效的提高了軟基處理段路基的地基承載能力，也加強了該段路基的抗滑穩定性[3]。從本次工程實踐來看，振動擠密砂樁施工技術對沿海地區高速公路軟土地基處理具有一定的應用前景，具有施工設備單一，施工工藝成熟簡單，沉降穩定處理效果好等特點；在實際工程實施過程中，可結合工程地質及施工前的試樁分析總結情況，來確定具體的砂樁施工工藝參數，使其處理效果符合設計及規范要求。