軟土地區(qū)高速公路碎石樁施工技術研究

張新勝,李吉元,李 輝

（阿拉善盟交通運輸事業(yè)發(fā)展中心巴彥浩特公路養(yǎng)護工區(qū),內(nèi)蒙古 阿拉善左旗 750306）

0 引言

工程領域并沒有對“軟土”的明確定義，通常將含水量大、孔隙比大、壓縮系數(shù)大、滲透系數(shù)小、易在荷載作用下產(chǎn)生較大變形的土質(zhì)統(tǒng)稱為軟土。軟土地區(qū)對高速公路地基工程的破壞形式主要表現(xiàn)為路基沉陷、剪切拉裂破壞、坍塌滑動破壞幾種[1]。為有效保證軟土地區(qū)高速公路工程的建設質(zhì)量，必須采取科學合理的措施對軟土地基進行處治。因此，結合軟土地區(qū)高速公路樁基施工的實際情況，研究軟土地區(qū)高速公路工程中碎石樁施工技術的應用，采用碎石樁復合施工技術實現(xiàn)對軟土地區(qū)高速公路工程地基的有效加固，為工程施工質(zhì)量管控提供更有力的保障。

1 碎石樁施工技術

碎石樁施工技術是在軟土地基成孔后，借助振沖機將碎石擠入土體，形成的大直徑密實樁體。粗砂、礫砂、卵石、角礫、建筑碎石等多種材料均可作為碎石樁施工中的填充材料[2]。

1.1 碎石樁施工方法

通常情況下，根據(jù)采用的設施不同，碎石樁分為以下幾種施工方法：

（1）強夯置換法。在軟土地基中借助夯錘的重力作用擊打成孔，將碎石材料填充至孔中形成碎石樁。

（2）沉管法。在軟土地基中采用沉管打樁機成孔，將碎石材料填充至孔中形成碎石樁。

（3）振動擠密法。在軟土地基中采用干法振沖器成孔，將碎石材料填充至孔中形成碎石樁；

（4）振沖法。在軟土地基中采用振沖機，借助高壓水流的高頻振動作用成孔，將碎石填充至孔中形成碎石樁。

1.2 碎石樁施工技術特點

針對軟土地區(qū)高速公路地基工程而言，碎石樁施工技術用到的機械裝置都相對輕便，且不具備較高的施工現(xiàn)場要求，應用靈活程度較高，作業(yè)不會產(chǎn)生嚴重的噪聲污染。同時，碎石樁施工過程中，通過在樁頭和樁身周邊填注漿液的方法，能夠顯著增強碎石樁的摩擦力，提高碎石樁的承載性能。此外，碎石樁施工技術操作便捷，施工流程簡單，便于施工質(zhì)量控制，可有效保證高速公路工程建設的整體質(zhì)量[3]。

2 碎石樁施工技術在軟土地區(qū)高速公路工程中的應用

2.1 工程概況與施工布置

以某高速公路工程為案例，工程設定行車速度75 km/h，路基寬度20.55 m，單向長度15.68 m。該工程處在山間盆地和狹長河谷之間，工程范圍內(nèi)地貌單元復雜，多為丘陵和低中山，定向起伏變化大，相對高差在320~415 m之間。在案例工程的建設初期，設計的振動峰值加速度為0.15 g，沿線抗震烈度5度。因該工程沿線河流多，工程周邊環(huán)境濕度高，且局部區(qū)域水源對地基和表層具有較強的腐蝕性，必然會對工程施工造成影響。

該工程處在軟土地區(qū)，路基土體包含碎石土、粉質(zhì)黏土及淤泥土等。經(jīng)實際勘察得知，工程現(xiàn)場的巖層整體硬度較大，相對完整。從鉆探進程來看，可將路基巖層分為強風化和中等風化兩種類型，前者經(jīng)長時間的溶蝕作用影響，多數(shù)巖體都出現(xiàn)碎裂，而后者則相對完整，質(zhì)地堅硬。鉆孔取樣結果顯示，路基局部巖層存在溶蝕現(xiàn)象，但整體比較穩(wěn)定。同時現(xiàn)場土體中還存在大量的軟土及淤泥黏土，軟土含水量高、孔隙比大，滲透性低，極可能影響后續(xù)的施工建設。因此，綜合考慮施工進度和經(jīng)濟性，選擇碎石樁復合施工技術對工程路基進行處理。

該工程中碎石樁施工是施工重難點，涉及的軟土地區(qū)范圍較大，碎石樁施工具有較高的難度。為保證工程軟土地區(qū)地基具有均勻受力，選擇以分離式的方式對路基進行構建，建設單幅10.5 m的路基承壓結構，設計的極限荷載為20級[4]。工程設計階段，將地基左右兩側邊緣距離設定為20.55 m，邊緣化為0.25。通過對相關數(shù)據(jù)的測定，利用式（1）即可計算出樁基的沉降高度H：

式中，m——邊緣距離；n——塌方的高度；β1——樁體的預設承載力；β2——樁體的實測承載力。經(jīng)計算，樁基的實際沉降高度處在標定范圍內(nèi)，可采用填土法對沉降高度進行調(diào)整，營造出更為穩(wěn)定的施工環(huán)境，完成施工布設。

2.2 降落樁管安裝

在碎石樁復合施工之前，需要安裝降落樁管，將樁管視為一個定向基底以增強碎石樁的穩(wěn)固效果，保證路基受力均勻。首先，結合工程路基施工的實際情況與復合碎石樁處理技術，對地基土體進行改良，于標定位置處鋪設加筋材料，提高樁基穩(wěn)定性。之后，對基體和增強體兩部分地基進行設定，與碎石樁、樁管形成聯(lián)系。在碎石樁下方位置挖掘基坑，對作用力的覆蓋方向進行設置。通過對單樁基荷載值的計算，結合垂直地基和復合地基之間的距離，對樁管設置位置進行調(diào)整，荷載變化情況如圖1所示。最后，依照樁體基座位置將降落樁管移動至基座側后面，便于后續(xù)施工的開展。

圖1 降落樁管荷載變化

2.3 樁頭搭接處理

考慮軟土地區(qū)高速公路工程地基施工易出現(xiàn)裂縫或塌陷的情況，在安裝完降落樁管后，對碎石樁樁頭進行基礎搭接處理。在樁體上鉆出直徑1 mm的孔洞，在樁架和樁模上對承壓點予以標記，由內(nèi)至外地進行鄰孔縮孔處理。在此基礎上搭接樁頭和下設的降落樁管，待確定樁位中心點之后，對樁孔邊緣側開挖尺寸線進行設定。在此過程中需對下方基坑范圍進行合理擴張，通過降落樁管和樁頭的有效搭接，提高施工現(xiàn)場環(huán)境的穩(wěn)定性。需要注意的是，樁頂標高偏差允許在±25 mm之內(nèi)，一旦樁孔中心出現(xiàn)偏差則需對樁徑的數(shù)值變化進行重新計算，確保樁徑符合施工要求[5]。

2.4 定位放線

為進一步提高碎石樁在高速公路工程應用中的綜合承壓性能，在實際施工中結合夯實水泥土樁的位置，通過多向定位放線對碎石樁樁體的核心承壓點進行確定。結合定位放線點與基準控制點，對實際測定區(qū)域進行標定，采用灌注混凝土和白灰的方式對樁體進行加固，利用木質(zhì)短棍進行輔助，形成網(wǎng)格狀的樁基格柵，也就是加筋墊層處理，如圖2所示。

圖2 加筋墊層圖示

此環(huán)節(jié)中對樁位的偏差控制在±35 mm。結合工程中碎石樁的實際沉降，對樁基格柵進行填土，采用格室填充法，分階段對樁基格柵進行填土，先完成各格室的定向回填，再逐個進行攤鋪、壓實，實現(xiàn)對加筋墊層處理效果的優(yōu)化。

2.5 樁身注漿

待上述步驟完成之后，根據(jù)工程設計標準和施工要求進行樁身注漿處理，實現(xiàn)對碎石樁的定向加固。在樁身注漿過程中需要對樁體、樁身內(nèi)部空間及樁孔進行注漿，提高樁基質(zhì)量。實際工程施工中，先測定碎石樁樁間土體的承載力情況，控制在125~320 MPa之間。之后結合定位放線的中軸線對注漿的水平節(jié)點進行設定。最后采用靜力觸探法同時對多個碎石樁進行注漿操作，分析碎石樁的誤差情況，如表1所示。

表1 碎石樁誤差分析

此時，利用荷載試驗法對碎石樁注漿的凝滯情況進行測定，若碎石樁注漿已經(jīng)凝滯完成則可在樁外搭建定向支架，進一步增大樁基承壓面積，提升注漿效果。

2.6 振沖處理

完成樁身注漿處理后，通過振沖處理實現(xiàn)碎石樁的復合施工。首先，在碎石樁樁體上對輔助架進行安裝，保證輔助架垂直于基坑。將碎石填料引入基坑，開啟下方導管，在注漿墻孔中提出振沖機，將提起高度設置在0.05~0.25 m，與加筋墊層相關聯(lián)，并將碎石填料逐步引入孔洞之中。此過程需要注意的是，應先對基坑下方導管進行徹底清理，確保填料的順利引入。之后將填料放置在碎石樁孔洞之中，壓實、壓平，再放置一層填料壓實、壓平[6]。利用振沖機一邊加料，一邊振動，逐漸增強振沖強度，切忌振沖處理過程不可損壞碎石樁，待樁基密實度符合標準要求后完成施工。最后，在確保成樁后利用混凝土對碎石樁進行二次加固，強化復合施工的效果。

2.7 質(zhì)量檢驗

碎石樁復合施工結束后，需經(jīng)過3~4周的靜候時間使碎石樁周圍土體完全固結。之后，對碎石樁的施工質(zhì)量進行檢驗，質(zhì)量檢驗標準如表2所示。

表2 碎石樁質(zhì)量檢驗

碎石樁質(zhì)量檢驗過程中，針對表1中不符合標準要求的項目，及時上報并根據(jù)預案及時采取補救措施，避免對施工整體質(zhì)量造成影響。

2.8 鋪筑墊層

保證碎石樁復合施工質(zhì)量達標之后，對樁基進行鋪筑墊層處理。根據(jù)實際施工設計情況，分為兩層進行鋪設，每層厚度設計為20 cm。底部墊層采用靜力碾壓進行平整，上部墊層采用振動碾壓。此環(huán)節(jié)中，墊層寬度應超過樁基外邊緣40 cm，并依照1∶1的比例進行放坡，保證墊層壓實度在95%。同時，考慮工程處在軟土地區(qū)，工程地基的承載性能難免會受到一定程度的影響，為進一步提高軟土的密實度，利用荷載板在墊層中構建范圍更大的石墊，并保證土工格與碎石樁基相平行，如圖3所示。

圖3 碎石樁鋪設結構優(yōu)化

2.9 碎石樁復合施工效果分析

上述所有施工流程結束之后，對高速公路工程碎石樁復合施工技術的應用效果進行檢測分析。首先，對碎石樁基加筋墊層的深度進行檢測，若加筋墊層的深度小于5.25 m，證明加筋墊層的剛度在合理范圍之內(nèi)；若加筋墊層的深度尚未滿足標準要求，則需繼續(xù)增加其厚度，擴大碎石樁基的作用范圍。

之后，根據(jù)實際檢測得到的數(shù)據(jù)，利用式（2）對碎石樁單樁的復合承載力A進行計算：

式中，o——碎石樁基的高度；v——基坑高度；c——石墊厚度；∫——覆蓋比。

在不同加載重量下對碎石樁復合施工效果進行檢測，測試結果如表3所示。

表3 測試結果

由此可見，在不同加載重量的處理環(huán)境下，碎石樁單樁復合承載力隨最大加載的增加而逐漸增強，證明碎石樁復合施工技術在高速公路地基處理工程中的應用，能夠顯著提升碎石樁的整體承壓能力，促進高速公路工程施工質(zhì)量的提升。

3 結語

對于軟土地基高速公路工程施工而言，在軟土地基處治中必須采用行之有效的處理措施，為施工質(zhì)量提供有力保障。基于此，該文在分析碎石樁施工技術方法及特點的同時，提出碎石樁復合施工技術，對復合施工中的各環(huán)節(jié)進行深入探究，結果證明碎石樁復合施工技術可有效加固軟土地基，顯著提升高速公路工程地基的穩(wěn)定性，強化其承壓能力。