柱錘沖擴碎石樁復合地基施工技術研究與應用

張雅明

【摘? 要】以北京市門頭溝區S1線組團01、02、03地塊市政配套工程為例，介紹了在工程建設中地基承載力不足且液化指數較大的情況下，采用柱錘沖擴碎石樁復合地基布置結構形式，對雜填土進行密實加固處理，并通過靜載試驗、重Ⅱ型動力觸探檢驗、密實度檢測滿足設計要求。為以后的類似工程奠定了基礎，是值得推廣的施工方法。

【關鍵詞】柱錘沖擴碎石樁;承載力;液化指數;應用

引言

在地基處理施工過程中，復合地基布置結構在處理場地液化沉陷以及在滿足地基承載力大小上扮演著重要的角色。在選擇地基處理方法時，應綜合考慮場地工程的地質條件，和水文地質條件，建構筑物對地基要求，結構類型和基礎形式，周圍環境條件、材料供應情況，施工條件等因素，經過技術經濟指標比較分析后擇優采用。因此，柱錘沖擴碎石樁復合地基在工程應用中意義重大。

同時根據對國內目前同類工程施工方法的調查，地基處理的處理方法有：（1）將土層開挖清除，置入其他強度較高、防滲性能良好的材料。（2）柱錘沖擴碎石樁法擠密。（3）設置砂樁或灰土樁。結合本工程的地質條件，采用柱錘沖擴碎石樁復合地基施工技術。

1.工程概況

門頭溝區S1線01、02、03地塊市政配套工程場地位于北京市門頭溝區龍林路北側，石龍南路東側。共包括五條道路，分別為東西向的雅安路、美安路，上園路、新24路、新25路。具體位置參見圖1。

2.地質條件

依據巖土勘察報告，勘探深度范圍內（最深24.00m）的地層，按成因類型、沉積年代可劃分為人工堆積層、新近沉積層及一般第四紀沖洪積層三大類，按地層巖性及工程特性進一步劃分為4個大層及亞層，現分述如下：

（1）人工堆積層。①層粉土-粉質黏土素填土：黃褐色，稍密，稍濕。含灰渣、磚渣、植物根系等。

①1層雜填土：雜色，稍密，稍濕。含磚渣、碎石，建筑垃圾等。

①2層卵石填土：雜色，稍密，稍濕。以卵石為主，含磚塊、碎石等。

①3層細砂填土：黃褐色，稍密，稍濕，以細砂為主，含磚塊、碎石等。

（2）新近沉積層。①層粉土：褐黃色，中密-密實，稍濕-濕。含云母、氧化鐵等。

①1層粉質黏土：褐黃色，可塑-硬塑，很濕。含云母、氧化鐵等。

①2層細砂-中砂：褐黃色，稍密，稍濕。主要成分為云母、石英、長石等。

（3）第四紀沉積層。③層卵石：雜色，中密，稍濕。鉆探揭露D大>14cm，D一般=4～6cm，亞圓形，級配較好，中粗砂充填，含砂量約30%～35%。

③1層細砂：褐黃色，中密，稍濕。主要成分為云母、石英、長石等。

④層卵石：雜色，密實，稍濕。鉆探揭露D大>18cm，D一般=6～8cm，亞圓形，級配較好，中粗砂充填，含砂量約30%～35%。

④1層細砂：褐黃色，密實，稍濕。主要成分為云母、石英、長石等。

3.柱錘沖擴碎石樁復合地基設計與施工工藝

3.1柱錘沖擴碎石樁復合地基設計參數及布置方案

設計參數如下：

（1）碎石樁采用正三角形布置，樁徑0.8m，中心距2.1m，設計施工樁長32m～46m。樁位布置圖如圖2。

（2）碎石樁布設在道路結構以下，樁頂設置0.3m厚的碎石褥墊層。

（3）以第③或④層卵石為樁端持力層;

（4）碎石樁成樁材料以粒徑19～63mm的硬質巖的碎石或卵石為主，可部分摻砂，含泥量小于10%，不得采用強風化巖或軟質巖石料。

4.復合地基施工方法及試驗方法

4.1復合地基施工方法

（1）清理平整施工場地，在裝點區域范圍內采用人工開挖深度不小于1.5m，寬度0.8m的探溝;確認地下無管線、電力、電信等物后方可施工，現場達到“三通一平”要求。

（2）夯機就位，使柱錘對準樁位，施工時樁位放線在地面上撒白灰線，或在樁位處用短鋼釬擊深200mm，然后灌入白灰，以保證樁點要醒目、持久，以防漏樁。樁頂標高以上要預留60～70cm，以便后期的墊層的鋪設。

（3）柱錘沖孔：根據土質及地下水情況可分別采用下述二種成孔方式。

①沖擊成孔：將柱錘提升一定高度，自動脫鉤下落沖擊土層，如此反復沖擊，接近設計成孔深度時，可在孔內填少量碎石繼續沖擊，直到孔底被夯實。

②填料沖擊成孔：成孔時出現縮頸或坍孔時，可分次填入碎石，邊沖擊邊將填料擠入孔壁及孔底，當孔底接近設計成孔深度時，夯入部分碎石擠密樁端土。

③二次復打成孔：當采用填料沖擊成孔施工工藝也不能保證孔壁直立、不坍孔、不縮頸時，應采用本方案。在每一次沖擴時，填料以碎磚、生石灰為主，根據土質不同采用不同配比，其目的是吸收土壤中水分，改善原土性狀。當坍孔嚴重難以成孔時，可提錘反復沖擊至設計孔深，然后分次填入碎磚和生石灰塊，待孔內生石灰吸水膨脹、樁間土性質有所改善后，再進行二次沖擊復打成孔。

當采用上述方法仍難以成孔時，也可采用套管成孔，即用柱錘邊沖擊邊將套管壓入土中，直至樁底設計標高。

（4）成樁：用標準料斗或運料車將拌合好的填料分層填入樁孔夯實。當采用套管成孔時，邊分層填料夯實，邊將套管拔出。錘的質量、錘長、落距、分層填料量、分層夯填度、夯擊次料、總填料量等應根據試驗或當地經驗確定，每個樁孔應夯填至樁頂設計標高以上至少0.5m，當不能滿足時，應進行夯實或采用局部換填處理。其上部樁孔宜用原槽土夯封。施工中應做好記錄，并對發現的問題及時進行處理。

（5）施工機具移位，重復上述步驟進行下一根樁施工。

4.2檢測試驗方法

（1）復合地基的靜載試驗：靜載試驗是在原位條件下，逐級施加模擬建構筑的實際荷載并同時觀測地基相應變形的一種原位檢測方法。試驗加載裝置采用油壓千斤頂。試驗的反力裝置采用壓重平臺裝置，壓重物采用預制砼塊，壓重量不少于預定最大試驗荷載的1.2倍，壓重在檢測前一次加上，并均勻穩固放于平臺上。本項目試驗承壓板面積5.76m2，最大加載量1040kN。加載等級分為8級，每加一級荷載Q，在加荷前后各讀記一次壓板沉降量，以后每隔30分鐘測讀一次，當1小時內沉降量小于0.1mm時，可以加下一級荷載。

（2）重Ⅱ型動力觸探檢驗：重Ⅱ型動力觸探檢驗是利用一定的錘擊動能，將一定規格的探頭打入土中，然后依據貫入擊數判別土層的密實情況。本次試驗采用重型Ⅱ型動力觸探來評價碎石樁樁體的密實度。

5.試驗結果與分析

5.1復合地基靜載試驗結果與分析

根據《建筑地基處理技術規范》，試驗點的數量不應少于3點，當滿足其極差不超過平均值的30%時，可取其平均值為復合地基承載力特征值。所以本工程選取了點位為60、97以及139來進行靜載試驗結果檢測，碎石樁復合地基承載力特征值達到90KPa，其相應承載力特征值沉降量均小于最大加載時沉降量，均滿足設計要求。檢測結果如表1所示。

5.2重型動力觸探試驗結果與分析

根據《重型動力觸探試驗規范》，重型動力觸探的標準貫入量為10cm，且重型動力觸探試驗碎石樁體的密實狀況判定依據表2進行。

本工程選取孔號為70、100以及148進行樁身和樁間土重Ⅱ型動力觸探試驗，樁身檢測的動力觸探深度分別為6.5m、5.5m以及6.5m，試驗結果表明：所檢測碎石樁在檢測范圍內，樁體密實度為密實。碎石樁樁間土的實測擊數均≥2擊，滿足設計要求。檢測結果如表3。

6.結論

本工程采用“柱錘沖擴碎石樁復合地基結構”滿足了地基承載力的要求，提高了填土層區域的承載力，為后續的類似施工奠定了基礎。

單樁復合地基靜載試驗中，柱錘沖擴碎石樁復合地基承載力特征值達到90kPa，均滿足設計要求。

樁體重Ⅱ型動力觸探試驗中，所檢測碎石樁在檢測范圍內，樁體密實度為密實。且樁間土重Ⅱ型動力觸探試驗中，所檢測處理后的樁間雜填土實測擊數均≥2擊，滿足設計要求。

參考文獻

[1]建筑地基處理技術規范[S].JGJ79-2012.北京：中國建筑出版社，2002：32-33

[2]巖土工程勘察規范[S].GB50021-2001.北京：中國建筑工業出版社，2009：106

[3]巖土工程勘察規程[S].GB50021-2001.北京：中國建筑工業出版社，2009：106-107