公路鹽漬化軟土路基礫石樁加固施工技術(shù)應用

朱春陽

（新疆路橋北疆工程建設(shè)有限公司，新疆 昌吉831100）

一、礫石樁加固機理

公路鹽漬土具有鹽脹、翻漿、溶陷、腐蝕及沉降等特性，必須加固處理。礫石樁加固技術(shù)主要通過沖擊、振動方式成孔，將砂礫、礫石等散粒材料擠壓進孔內(nèi)以形成密實性樁體，并與周圍土體共同構(gòu)成復合型地基結(jié)構(gòu)[1]。礫石樁地基能保證地基土快速排水固結(jié)，控制地基沉降，增強地基土結(jié)構(gòu)的承載力；礫石樁加固一般以粒徑50mm以內(nèi)且含泥量在10%以下的砂石、礫石等硬質(zhì)散狀材料為主，不得使用已經(jīng)風化的石料。施工機械主要使用打樁機架、振動沉樁錘及灌料管等，并應根據(jù)現(xiàn)場試樁結(jié)果選擇施工機械，確定樁徑、樁位、樁間距、提升速度、留振時間、充盈率、投料量等施工參數(shù)，試樁數(shù)量至少為5根，并在成樁15d后檢測施工質(zhì)量，合格后指導施工。

二、工程概況

某公路沿線地下水埋深淺，地表排水不良，故鹽漬土分布較多，且普遍為弱～過鹽漬化程度，地基土天然含水量為27.5%～39.8%，液限為28.4%～39.5%，孔隙比為0.74～1.06，壓縮系數(shù)為0.25～0.44。硫酸鹽和亞氯鹽含量高，具備高壓縮性，極易引發(fā)翻漿、沉陷等病害。

選取k283+200～k283+500段為礫石樁加固試驗段，土體主要為湖泊相和河流沖積相低液限粉土和黏土，土層自上而下分別為硬塑狀黏土、硬塑狀粉土、軟塑狀黏土、軟塑狀粉土、流塑狀黏土、流塑樁粉土、細粉砂。土體物理力學性能室內(nèi)檢測結(jié)果顯示，天然含水量最大為41.8%，土體孔隙比最大為1.1，壓縮系數(shù)最大達0.5，土體內(nèi)硫酸根離子和氯離子含量均值在0.6～0.8之間，試驗段土體屬于中高壓縮性鹽漬化軟土，其接近地表處土體實際含鹽量高達10%。試驗段礫石樁處理深度5.0m～7.0m，路堤填高均值為2.0m，礫石樁設(shè)計樁徑0.5m，樁長5m～7m，樁間距2m，并按三角形布置。

三、礫石樁加固施工工藝

（一）施工機械及材料

采用振動沉管法，施工機械主要包括振動機、振動套管及料斗等部分，套管內(nèi)徑控制在385mm～450mm范圍內(nèi)，成樁直徑不得小于500mm，振動頭振頻為24.5Hz，激振力控制在100kN～150kN；振孔器密實電流按80A控制。

根據(jù)試驗段施工結(jié)果，礫石樁樁徑應按500mm確定，樁長5m，樁間距2m，采用粒徑50mm以下且5mm～50mm粒徑材料含量占比至少1/2的砂礫石硬質(zhì)材料，含泥量不得超出10%。

（二）施工流程及要點

施工前先清理表土，按照至少30cm的厚度鋪設(shè)砂礫層，施工機械進場、振動器就位，并按施工方案和設(shè)計尺寸擠土成孔；通過振動器提升砂礫石材料并倒入孔內(nèi)振搗，達到設(shè)計厚度及密實度后使用振動器提升砂礫石料傾倒，再次振搗至設(shè)計密實度和厚度，如此循環(huán)往復，待試樁至孔口位置后，移機至下一樁位。

振動沉樁錘將樁管按1m/min～2m/min的速度打入地基，至設(shè)計深度后振動30s，并按1.5m/min～3.0m/min的速度拔出樁管；將礫石料緩慢勻速裝入樁管內(nèi)，礫石料高度應控制在抽拔高度的200%～300%；振孔器留振時間10s～20s，隨著樁管每提升1m高度，必須懸振0.5min，并反插5次。振動過程中同時拔管，以“留振+反插”的方式持續(xù)施工；距離地面1m～2m處因存在薄弱的側(cè)向約束力，改用超載投砂法施工，借助振動擠壓確保擠壓密實度。

（三）質(zhì)量控制

質(zhì)量控制主要包括樁點位置、樁身垂直度、樁體結(jié)構(gòu)強度、灌砂量、樁徑及樁深等。

四、礫石樁加固檢測

（一）單樁復合地基載荷試驗

試驗中承壓板選用面積0.5m2的圓形鋼板，嚴格按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）提出的慢速維持加載法，按5級單樁地基加載進行載荷試驗，達到設(shè)計荷載后，先不開展卸荷試驗。根據(jù)礫石樁單樁地基載荷-沉降曲線看出，隨載荷量的持續(xù)增大，承壓板沉降量基本以線性方式增大，樁周土無明顯隆起和擠出，承壓板處于彈性變形階段[2]。以設(shè)計荷載為最大加載值，載荷沉降曲線也無明顯拐點，礫石樁復合地基承載力符合設(shè)計要求。

（二）沉降檢測

根據(jù)填筑期內(nèi)礫石樁復合地基路中沉降時間曲線，隨填筑高度的增大，路中沉降先快速增大，而后增速逐漸變緩；直至填筑施工2個月后路堤填筑高度達到設(shè)計值，施工段沉降最大達27mm，根據(jù)雙曲線法得出該公路軟土路基最終沉降為39mm，可得到路基工后沉降12mm，符合規(guī)范要求。

礫石樁處理斷面分層沉降曲線顯示，施工初期因填筑速度較快，沉降量增長也較快；隨著填筑施工的持續(xù)推進，分層沉降速率逐漸減緩，沉降量小幅度增大，且分層沉降現(xiàn)象主要發(fā)生在距離地表0m～3m淺層范圍內(nèi)，累計沉降量達到30mm。

根據(jù)對該公路軟土路基礫石樁樁頂沉降曲線及樁間土沉降曲線分析發(fā)現(xiàn)，路堤以下礫石樁地基樁間土沉降量比樁頂沉降量大，且沉降量之差最大達到5mm，這說明路堤荷載下礫石樁樁體和樁間土之間存在相對位移，不符合等應變條件[3]。

（三）路堤以下土體位移測試

該試驗段路堤左右側(cè)坡腳位移變形量隨固結(jié)時間變化而變化：地基內(nèi)路基土均朝向路堤外側(cè)發(fā)生水平變形，變形量隨深度增大表現(xiàn)為弓字形趨勢，變形位移量最大值出現(xiàn)在軟-流塑狀粉土和黏土層。隨硬質(zhì)礫石料填筑高度的增大，地基內(nèi)路基土水平變形呈增大趨勢，填筑結(jié)束后水平位移變形量最大達13mm，主要在地表下1.2m處。

（四）土壓力及孔隙水壓力測試

根據(jù)分析可知，隨著礫石料填筑高度的增大，達到設(shè)計填筑高度后土壓力逐漸趨于穩(wěn)定，施工中所測得的最大地表土壓力值為47kPa。

由路堤荷載下礫石樁土體超孔隙水壓力固結(jié)時間變動趨勢可知，隨著礫石料的填筑，填筑材料荷載持續(xù)產(chǎn)生附加應力，部分應力會由土體內(nèi)孔隙水承擔；待完成礫石填筑后孔隙水會逐漸排出，孔隙水壓力也隨之消散，地基承載力持續(xù)上升。試驗結(jié)果顯示，礫石樁段超凈孔壓力峰值將近19.8kPa，填筑施工至第65d時，地基結(jié)構(gòu)內(nèi)超凈孔壓力的50%已經(jīng)消散。

五、結(jié)語

該公路鹽漬化軟基經(jīng)礫石樁加固處理后隨著齡期的增長，復合地基承載力大幅提升，對該公路運行中地基沉降等跟蹤檢測結(jié)果也顯示，礫石樁加固處理鹽漬化軟基后公路地基沉降明顯減小，路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高，自通車運行以來未出現(xiàn)任何超出規(guī)范要求的沉降病害，以及因地基失穩(wěn)而引發(fā)的路基破壞。礫石樁加固公路鹽漬化軟土路基效果十分優(yōu)越，且造價低廉，值得在類似工程中推廣應用。