振沖砂石樁法在膨脹土地基處理中的應用
——以安康機場遷建項目為例

王 麗 （陜西交通建設集團公司榆靖分公司，陜西 榆林 719000）

0 前言

我國的膨脹土分布廣泛，膨脹土變形與破壞具有反復性、多發性和長期潛在性等特點，常常導致膨脹土地區建筑物基礎升降、建筑物及地坪開裂變形甚至破壞等[1-3]。因此對膨脹土進行研究十分必要，膨脹土膨脹的本質就是膨脹土中存在親水性黏土礦物，黏土礦物含量越多，膨脹性也就越強，對工程的破壞和影響作用也就越大。國內外已經對膨脹土進行了許多方面的研究，徐永福等[4]研究了膨脹土含水率、干密度、上覆壓力對膨脹量的影響；劉靜德等[5]對南水北調中線強膨脹巖重塑樣進行了膨脹率試驗，得到了膨脹率與干密度以及含水率的關系；譚羅榮等[6]研究了擊實膨脹土的膨脹力與膨脹率隨干密度、飽和度、含水量的變化規律；韋秉旭[7]進行了側限條件下膨脹土膨脹變形試驗研究，研究了軸向加壓條件下，膨脹率與任一初始含水量，某一過程含水量和上部荷載之間的定量關系；丁振洲等[8]進行了膨脹力變化規律的試驗研究，對膨脹力隨增濕程度、干密度大小、起始含水率等因素的變化規律以及等同土樣進行不同程度脫濕后的膨脹力變化規律開展了試驗研究；陳偉志等[9]進行了低矮路堤下膨脹土現場浸水試驗研究，研究了路基填土期、穩載期及人工浸水期膨脹土地基表面與路基表面的變形；楊果林等[10]進行了膨脹土側向膨脹力原位試驗，得到了膨脹力與含水率關系經驗公式；馬麗娜等[11]進行了客運專線無碴軌道地基泥巖原位浸水膨脹變形試驗，研究了在不同上覆荷載、不同浸水深度下的地基泥巖的膨脹變形特性；王亮亮等[12]進行了中強膨脹土的豎向膨脹力原位試驗，研究豎向膨脹力隨時間、含水率增量、卸荷回彈量的變化規律。國內學者的主要研究集中在室內試驗、原位試驗的基礎上提出單一地基處理模型，對于膨脹土地基復雜地區方面的研究較少，本文以安康機場遷建項目膨脹土地基為例，研究強夯法、強夯置換法及振沖砂石擠密樁3種地基處理方法的應用，對類似工程的地基處理提供借鑒。

1 工程場地概況

安康機場遷建項目是國家“十二五”重點建設項目、財政部第二批PPP示范項目，第一個正式入庫的機場PPP項目，陜西省、安康市重點建設項目。工程建設地安康市西北部的丘陵區，在余家寨以南、陳家營以北，由東至西跨五里鎮（丁家營、余河洞、朱家灣和愛國村）、大同鎮（聯合村、全勝村、江安村）兩個鄉鎮。場地起伏相對較大，局部高差達433m，橫跨多條河流、溝道、土梁、臺地及堰塘。場地類別為Ⅵ類，抗震設防烈度為7度。

2 砂石樁的處理地基的原理及參數設置

振動沉管砂石樁采用砂石（包括礫石、卵石、碎石）等散體材料，通過振動沉管的方式，將散體材料振動壓入土中，通過擠密、排水、直接提供承載等方式，形成具有一定深度和較大直徑的較大直徑的密實砂石樁與天然地基形成的人工地基，提高地基的承載力，減少沉降量，防止地震液化，增加地基的整體穩定性。具有代表性的場地參數設置如表1。

振動沉管砂石擠密樁布置形式 表1

3 膨脹土的巖土測試指標分析

試驗區承載力 表2

3.1 地基承載力測試

沉管擠密砂石樁共4個試驗區，每個試驗區進行2個單樁靜載試驗及2個單樁地基靜載試驗，得出試驗區承載力（表2）和砂石樁地基處理承載力試驗數據對比表（表3）。

砂石樁地基處理承載力試驗數據對比表 表3

復合地基承載力由墩體承載力特征值fDk及墩間土承載力特征值fsk對復合地基承載力特征值fsDk進行換算，換算式如下：

fsDk=mfDk+（1-m）fsk

3.2 動力觸探試驗

在每個試夯區的3個主夯點及3個點夯間中心位置進行了重型動力觸探試驗，其分層砂石樁試驗區動力觸探統計結果見表4。

從表5可以看出，各個試驗區經強夯處理后樁間土、樁體在0.0～4.0m范圍內觸探擊數較原狀土有較大幅度的提高，相應在較深的部位提高較少，因為天然土層比較密實。S2區樁間土底部提高幅度為負值，可能與S2試驗區地層性質有關系。

沉管擠密砂石樁試驗區動力觸探N63.5統計表 表4

沉管擠密砂石樁試驗區動力觸探擊數提高幅度統計表 表5

3.3 土工試驗

為了查明不同樁長、樁距處理后的效果，本次試驗在每個試驗區的3樁中間中心位置進行鉆孔取樣，每個區共鉆3個孔；為了和天然（填土）狀態下各土層的指標進行對比分析，在4個試驗區旁邊均鉆取3個鉆孔。

每個鉆孔從地面起向下每隔1.0m取夯前土1件進行常規土工試驗。根據鉆孔資料，本次4個區原狀土6.0m范圍內主要為粉質粘土，表層局部夾有磚塊等回填物，約在6.0m以下可見砂層，部分鉆孔可見卵石或泥巖層。

根據表6中各指標的對比可以看出，施工后樁間土比施工前天然土在密度、孔隙比、壓縮模量等指標上均有提高，但提高幅度不大；樁距越小，提高幅度越大；深度越大，提高幅度越小。

4 結論

①沉管砂石樁相比天然氣地基提供約75.36%，砂石樁樁距和樁長增加的條件下，復合地基承載力提高約10%，綜合考慮施工效果和現場實際情況，砂石料使用要求高，容易在內部形成豎向排水通道，有利于地基沉降的穩定；施工工藝復雜，造價較高，改善處理膨脹土效果不顯著的特點。

②沉管擠密砂石樁重型動力觸探結果表明：各個試驗區樁間土、樁體在0～4.0m范圍內有較大幅度的調高，個別部位提高幅大很大，可能與動力觸探試驗距離樁的距離有關系，與樁越近擊數越大，也受到土中的砂石的影響。相應在較深的部位提高較小，因為天然土層比較密實。S2區底部提高幅度為負值，可能與S2試驗區地層性質有關系。

③砂石樁施工后樁間土比施工前天然土在密度、孔隙比、壓縮模量等指標上均有提高，但提高幅度不大；樁距越小，提高幅度越大；深度越大，提高幅度越小。

沉管擠密砂石樁試驗區地基土物理力學性質指標統計表 表6