柱錘沖擴擠密碎石樁復合地基的應用

王來順

摘要：沖擴碎石擠密樁具備造價低、施工簡便、加固效果好等特點，能有效提高復合地基的承載力，因而在特殊地基處理眾得到了廣泛應用。對沖擴擠密碎石樁的設計、成樁原理、施工工藝、應用及地基加固效果進行總結，通過工程實例，驗證了其加固地基的可行性。

關鍵詞：復合地基；設計；施工；應用

0? ?引言

沖擴碎石擠密樁具備造價低、施工簡便、加固效果好等特點，能有效提高復合地基的承載力，因而在特殊地基處理中得到了廣泛應用。本文以某立交橋柱錘沖擴擠密碎石樁復合地基處理方案為例，通過合理確定設計參數，并經試樁施工及樁間土檢測，證明該技術其加固地基的可行性[1]。

1? ?工程概況

1.1? ?工程基本情況

某高速全長5.52km，其第六標段西起溫榆河北岸，向東跨機場高速、機場輔路，是一座大型的互通式立交，起止樁號為K8+489～K9+740，全長1.25km。橋梁面積7.5萬m2，道路面積4.2萬m2，工程造價2.6億元。

本工程機場高速立交橋東側（K9+355～K9+740）穿越現況采砂坑，根據工程地質勘察報告揭示，該砂坑受降雨及地下水影響，目前坑內積水較多而形成大面積水域，水下淤泥層厚約1m。砂坑東西兩側已部分回填，回填成分主要為房渣土，含生活垃圾，成分較雜，工程性質較差，難以滿足路基設計要求，因此需對該區域進行地基處理。

設計要求處理后地基容許承載力不得小于150kPa，路段部分不得小于120kPa。該區域范圍地質復雜，業主、監理、施工、勘探、設計部門對現場進行了多次踏勘，根據現場地質情況以及地質勘察部門提供的詳細勘察資料，確定K9+355～K9+410范圍采用沖擴碎石樁方案處理，K9+410～K9+740范圍采用換填方案處理。

1.2? ?土層狀況

本段道路范圍內地形起伏較大，總體地勢為自西向東逐漸降低。根據勘察資料，場區內各土層分述如下：

表層為中亞黏土填土、輕亞黏土填土①層及房渣土①1層（采砂坑內水域以下局部為淤泥）；填土厚度在采砂坑外為2.3～11.4m不等，在采砂坑內無積水處為0.7～2.3m左右，在水域范圍內為0.3～2m左右。

標高19.97～22.30m以下為中亞黏土、重亞黏土②層、重亞砂土、輕亞黏土②1層及黏土②2層（該大層局部缺失）。標高14.64～20.19m以下為細砂、中砂③層，圓礫③1層，輕亞黏土、重亞砂土③2層及中亞黏土③3層。標高13.38～14.62m以下為細砂、中砂④層及圓礫④1層；標高8.51～10.27m以下為輕亞黏土、重亞砂土⑤層，中亞黏土、重亞黏土⑤1層，含有機質黏土⑤2層及細砂⑤3層。

現況地面下20m深度范圍內共有兩層地下水：第1層地下水靜止水位標高為19.18～21.94（埋深1.7m～6.5m）；第2層地下水靜止水位標高為15.74～16.93（埋深6.4m～9.3m）。

2? ?地基處理設計方案

2.1? ?方案確定

K9+355～K9+410范圍為橋頭高填方區域，現況地基淺部主要為回填土，成分為建筑垃圾，天然地基承載力標準值為80kPa，承載力較低，為欠壓密狀態。結合擬建場地的工程地質條件，考慮機械施工能力和處理效果，處理后地基承載力特征值不小于150kPa，以及沉降需控制在3cm以內，在該范圍內選擇柱錘沖擴擠密碎石樁復合地基處理方案。處理范圍為K9+355.53～K9+410，處理長度54.5m，處理平均寬度62m。

2.2? ?相關參數確定

樁體按梅花形滿堂紅布置，間距1.2m×1.2m，置換率17.56％。樁截面形狀為圓形，施工直徑550mm，樁頂鋪設300mm厚砂石辱墊層，辱墊層上鋪設500mm厚加筋二灰墊層。樁身材料為不大于10cm的級配碎石，樁長7.50m，辱墊層采用級配砂石，采用壓路機壓實。總樁數為2532根加筋二灰墊層中，二灰穩定砂礫壓實度要求≥95％，７天無側限抗壓強度≥0.5MPa，中間鋪設雙向土工格柵，網格尺寸為39mm×39mm，橫、縱向產生5％應變拉伸力應≥14kN/m。

委托第三方進行單樁復合地基靜載試驗，單樁靜載試驗樁數量為總樁數的0.5％，靜載試驗點為17點，試驗在成樁14天后進行。

3? ?沖擴擠密碎石樁工藝原理及特點

3.1? ?工藝原理

沖擴擠密碎石樁是利用重錘沖擊成孔，使樁端及樁身周圍土得到第一次擠密。成孔至設計設計標高后在孔中分層填入碎石，提升重錘到一定高度，令其自由落體，夯擊碎石到松散的軟土地基，使樁端及周圍的土體得到第二次擠密。依次填入碎石，夯擊碎石，通過控制填料夯擊后的貫入度，掌握樁周土體的密實度。在相同能量夯擊下控制相同的貫入變形，利用此方法有效擠密加固樁周圍及樁底土層，使松散的土壤更加密實，減少地基土的壓縮變形，有效提高地基土的承載力和壓縮模量。成孔夯孔原理如圖1所示。

3.2? ?工藝特點

柱錘沖擴擠密碎石樁復合地基施工工藝，施工風險小，加固效果好，是一種成熟的地基處理措施。其工藝設計、施工、檢測都有據可依，各種施工參數有規范可循，技術性較強。該工藝對樁間土有明顯的擠密作用，并且工藝造價經濟，取材容易，便于施工，受季節影響小[2]。

4? ?施工工藝流程

夯擴擠密碎石樁施工工藝流程如圖2所示，具體如下：施工準備→放樁位線→沖擴樁機就位→成孔→填料夯擊密實→成樁→靜載試驗→級配砂石辱墊層→加筋二灰墊層。

4.1? ?施工準備

先清除地表生活垃圾至標高24m。考慮到施工效果，為防止因沖擴導致槽底土體隆起，影響沖擴效果，開挖完畢后采用大于18t振動壓路機對作業面碾壓6～8遍，再進行柱錘沖擴樁施工。按照設計樁位平面布置圖進行樁位放線，放線樁位允許偏差小于2cm。放線采用鋼卷尺拉線，放線完成后由專人進行復核。期間所用得機械設備見表1。

4.2? ?夯擊成孔

施工前，技術人員再次復核基礎軸線、樁位線，然后進行正式施工。根據場地地質條件、周邊環境條件，利用W-101型沖擴樁機重錘沖擊成孔。夯錘直徑為370mm，樁徑為550mm。沖擴樁機間支設要保持一定距離，防止在施工過程中互相干擾，保證樁機支設牢固、穩定，在施工過程中不移位[3-4]。

提升柱錘（柱錘重3.5t）至一定高度（錘底落距不得小于5m）讓其自動脫鉤，使錘自由落體，并與樁保持同一軸線上沖擊成孔。查看柱錘上深度標志，確保成孔至設計標高。成孔達到沖擴位置后，由質控人員對孔深、孔徑、孔位進行驗收。在施工過程中及時填寫施工記錄表，然后監理進行抽檢。夯擊成孔如圖3所示。

4.3? ?樁身材料投放

樁身材料為粒徑20～50mm的機碎石。材料中含泥量大于5%，并不易含有大于80mm的顆粒。成孔至設計深度時，用小推車或小型裝載機運輸填料，邊填邊沖擴，使樁體材料通過沖擴施工達到設計深度。每次填料量0.3m3，使用重錘進行沖擴，直至樁頂設計標高，保證樁徑不小于550mm。沖擴過程中不得有污染，且應保證密實性。

填料在柱底3m范圍內，采用填一夯三，其余填一夯二。在柱頂3m范圍內填一夯三，逐步夯擊成樁。填料的充盈系數按1.3考慮，認真填寫施工記錄。樁機移位，重復以上步驟進行下一根樁施工。為了更好的使錘沖擴樁滿足地基承載力，施工從四周向中間展開。

4.4? ?鋪設褥墊層及加筋二灰施工

樁施工完畢后，鋪設30cm厚砂石褥墊層，采用級配小于3cm的砂（碎）石，使用平板振搗器振搗密實。壓振3～5遍，控制振速，振實后的厚度與虛鋪厚度之比應小于0.93。褥墊層上鋪設50cm厚加筋二灰墊層，7天無側限抗壓強度需達到0.5MPa。

采用推土機配合平地機分3層攤鋪，用重型壓路基碾壓密實，密實度需≥95％。二灰中間鋪設雙向土工格柵，格柵尺寸39mm×39mm，橫、縱向抗壓強度應≥20kN/m，橫、縱向2％應變拉伸力應≥7kN/m，橫、縱向5％應變拉伸力應≥14kN/m。

5? ?復合地基靜載試驗

柱錘沖擴擠密碎石樁施工完成后，對沖擴擠密碎石樁地基處理效果進行檢測。本次檢測采用平板荷載試驗評價復合地基的承載力。壓板采用正方形鋼板，尺寸為1.2m×1.2m，面積為1.44m2。荷載試驗的最大荷載，取設計地基承載力特征值的2.0倍，為432kN。本試驗采用慢速維持荷載法，加荷分級按10級考慮，采用堆載提供反力。

根據規范要求，結合場地地基地質情況、施工情況進行現場靜載試驗。荷載試驗曲線為平緩變化曲線，最大荷載時沉降穩定收斂。結合相對變形值法取值s/b≤0.01（s為沉降量，b為承壓板邊長）進行地基承載力判定。在達到設計要求荷載時，其相對沉降均未達到變形界限，且沉降均勻，據此判定，經過處理后地基的荷載試驗滿足設計要求，可以按照設計條件使用[5]。

綜上所示，K9+355～K9+410范圍沖擴擠密碎石樁地基處理后強度符合設計要求，可以按照設計條件使用。建設綜合勘察研究院對地基承載力進行檢測，地基承載力特征值不小于150kPa，按照有關規范可知，其地基承載力滿足設計要求。

6? ?結束語

應用柱錘沖擴樁技術處理地基，夯擊能量高加固深度大，密實性和均勻性都好。由于樁錘重量較小，對夯錘及器具的要求條件低，所產生的公害也小。采用的樁體材料可取建筑無機渣土，使廢物得到了充分利用，符合國家倡導的環保理念。此外，在柱錘沖擴樁技術基礎上，通過加大夯錘、提高夯擊能量、運用水泥等膠性材料發展起來的孔內深層強夯技術，在地基處理深度、處理范圍等方面運用也十分廣泛。

參考文獻

[1] 孫微微.路堤荷載下碎石樁復合地基沉降計算方法研究[D].南京林業大學，2005.

[2] 許蕓蕓，孫忠強，劉亞昌，等.夯擴擠密碎石樁在沿海高速公路砂土液化地基中的應用[J].鐵道建筑，2007（4）：66-67.

[3] 劉建輝.沿海高速公路夯碎石擠密樁處理砂土液化的應用[J].科技經濟市場，2007（6）： 36-37.

[4] 張紅兵，韓旭，張彩華.淺談碎石樁復合地基的施工與檢測[J].城市道橋與防洪，2009（04）：93-95+15.DOI：10.16799/j.cnki.csdqyfh.2009.04.030.

[5] 李雅婷，毛卉，李森林.強夯碎石樁復合地基承載力的計算方法簡析[J].港工技術，2019，56（S1）：138-141.DOI：10.16403/j.cnki.ggjs2019S136.