軟土地基振動沉管碎石樁處理效果分析

關鍵詞：軟土地基；振動沉管碎石樁；單樁復合地基承載力；沉降中圖分類號：U416.03 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.015文章編號：1673-4874（2025）03-0053-03

0 引言

在公路建設途經軟土地段，由于軟土地基承載力差，如處理不當，易在工后造成道路結構破壞。常用的處理方法較多，其中振動沉管碎石樁對較大厚度軟土地基的處理效果較好[1。振動沉管碎石樁是利用施工設備在軟土地基中成孔后擠進碎石，形成大直徑的密實樁體，擠密樁周土體，加快排水固結[2-3]，提高軟土地基的承載能力。本文以工程實例為研究背景，采用振動沉管碎石樁處理軟基后，進行現場試驗檢測碎石樁施工質量和地基承載力，并進行沉降觀測分析路基的穩定性，綜合確定軟土地基碎石樁處理效果。

工程概況

某公路工程按照雙向四車道高速公路標準建設，設計行車速度為 100km/h ，路基設計寬度為 26m 該項目途經多條河流，沿線設計有多座大橋、涵洞，部分路段分布有軟土地基。公路沿線高低起伏大，最大高程為 ，相對高差為 55～260m ，地表自然坡度為 25^°～ 55^° ，山體植被發育。 K51+540～K51+820 段為軟土地基，地基土自上而下分別為：（1）淤泥質土，呈黑褐色，軟塑狀態，主要成分為黏性土，包含少量砂礫，層厚為5.6～13.7m ：（2）粉質黏土，呈黃褐色，軟塑-可塑狀態，內部含有砂礫，層厚為 ；（3）全風化花崗巖，呈灰褐色，已風化破碎為砂土狀，巖質較軟，穩定性差，層厚為 0.8～3.6m ；（4）強風化花崗巖，呈灰褐色，裂隙極發育，已風化為半巖半土狀，層厚為 ；（5）中風化花崗巖，呈青灰色，裂隙較發育，呈塊狀結構，強度高，層厚為 13.6～9.8m. 。地基上部淤泥質土為軟土，含水量高，承載能力差，由于厚度較大，該項目擬采用振動沉管碎石樁進行加固處理。

2軟土地基振動沉管碎石樁處治方案

項目軟土地基采用振動沉管碎石樁，設計樁徑為

0.5m ，樁間距為1.2m，按照等邊三角形布置，最大樁長為18m。地基上部路基填方高度為 12m ，根據設計要求確定地基承載力應 ≥150kPa 。碎石樁頂部鋪設50cm厚砂礫墊層，鋪設一層土工格柵，以改善地基頂部受力狀況，防止產生應力集中。振動沉管碎石樁采用沉管振動樁機施工，按照先外后內的施工順序使用，隔樁隔排施工，以降低施工過程中對軟土地層的擾動。振動沉管碎石樁處理斷面圖如圖1所示。

3軟土地基碎石樁處理效果分析

3.1動力觸探試驗

為檢測碎石樁密實度和樁長是否達到設計要求，采用動力觸探開展現場檢驗[4-5]。試驗采用Ⅱ型重力觸探檢測單樁密實度，選用動力觸探儀，貫入前調整探桿數值，確定錘擊速率，貫入過程中記錄5擊下沉量，實測樁長扣除不密實部分長度即得到實測樁長[。當連續三次下沉量 lt;10cm ，可判定為密實度合格，實測樁長不短于設計樁長可認定碎石樁長度合格。現場共抽檢60個樁點，部分記錄碎石樁下沉量記錄如表1所示。

根據表1試驗結果可知，大部分碎石樁密實度和樁長滿足設計要求，只有少數樁體施工質量不合格。現場選取的60個碎石樁中有3個不合格，合格率為 95% ，可認定總體施工質量合格。

3.2碎石樁復合地基承載力檢測

3.2.1單樁承載力檢測

單樁承載力采用靜載試驗檢測，荷載板直徑為0.5m ，與樁徑相同，采用堆積荷載，千斤頂選100噸級，利用百分表檢測碎石樁的沉降量，加載荷載利用油壓表測定。靜載試驗布置如圖2所示。

靜載試驗共分九級加載，一級加載荷載為40kPa，以后每級加載提升 20kPa ，最大加載荷載為 200kPa ，在達到終止要求后停止加載。卸載分五級，每級遞減40 kPa 在加載和卸載過程中做好沉降量記錄。本文取 19-2^? 、27-6^? 樁作為研究對象，整理靜載試驗結果繪制 Q-s 曲線如圖3所示。

分析圖3試樁 Q-S 曲線可知，隨加載荷載的增加沉降量隨之增加，在達到最大加載量時樁體未發生破壞，且曲線也沒有出現明顯拐點。加載前期沉降量緩慢增加，隨加載荷載的增加累計沉降量不斷增加，在卸載后沉降量有小幅回彈。加載至最大荷載時， 19-2^??27-6^? 樁沉降量分別為58.6mm和60.3mm，卸載后沉降量分別為48.2mm和49. 4mm ，回彈率分別為 17.7% 和18. 1% .回彈均較小。由于兩個試樁均未出現破壞，因此單樁承載力取極限承載力值135KN，特征值為 67.51×11 ，滿足設計要求。

3.2.2單樁復合地基承載力檢測

單樁復合地基承載力檢測也采用靜載試驗，最大加載為360kPa，分八級加載，一級加載荷載為 80kPa ，以后每級加載遞增40 kPa 。卸載每級遞減80 kPa ，加載和卸載過程中做好沉降量記錄。本文取 19-2^??27-6^? 樁作為研究對象，整理靜載試驗結果繪制 Q-s 曲線如圖4所示。

分析圖4試樁 Q-S 曲線可知，隨加載荷載的增加沉降量隨之增加，在達到最大荷載時沒有出現極限破壞。卸載后 19-2^?，27-6^? 樁沉降量分別回彈 4.2mm 和5.8mm ，回彈率為 12.2% 和15. 6% ，回彈較小。本文取S/D=0.015 時所對應的荷載，分別對應 332kPa 和318kPa ，測得單樁復合地基承載力分別為 166kPa 和159 kPa ，高于設計要求的 150kPa ，說明采用振動沉管碎石樁處理后地基承載力滿足設計要求。

3.3現場沉降觀測與分析

路基現場沉降觀測采用沉降板，分別布置在路基中心和路肩部分，測點布置如圖1所示。每隔100m布設一個水準點，布設在穩固的巖石表面或采用水泥砂漿制作，按照二等水準測量標準開展沉降觀測。本文選取沉降量較大的 1lt;51+640 斷面作為研究對象，路基填方高度為12m ，在施工過程中開展沉降觀測，觀測自填方施工開始，總天數為308 d 整理數據繪制沉降變化曲線如圖5所示，沉降速率變化曲線如圖6所示。

分析圖5沉降曲線得出：在路基填筑施工階段路基中心和路肩位置沉降量增幅明顯，完工后沉降量增幅較小，且路基中心沉降略高于路肩位置。觀測前109d是路基填筑施工階段，沉降量增幅明顯，填筑完成時，路基中心和路肩位置累計沉降量分別為72.3mm和65. 4mm 109～162d為施工間歇期，路基沉降量增加較小，第

162d路基中心和路肩位置累計沉降量分別達到78.1mm和69. 9mm ，相比109d僅增加了 5.8mm 和 4.5mm 0162～204 d為路面施工階段，路基沉降略有增加，相比第162d路基中心和路肩位置分別增加了 11.3mm 和13.6mm，增幅不大。完工后路基沉降量增幅較小，在231d后已基本達到穩定，觀測完成即第308d路基中心和路肩的累計沉降量分別為92.8mm和86.9mm，路基整體沉降不大，說明采用振動沉管碎石樁加固后軟土地基承載力明顯提升，道路結構穩定。

分析圖6斷面沉降速率變化曲線得出：路基施工階段沉降增速較大，間歇期沉降速率較小，路面施工期間沉降速率相對較高，完工后沉降速率逐漸下降。路基填筑施工109d路基中心和路肩位置平均沉降速率分別為0.66mm/d和0.60mm/d，間歇期分別為0.11mm/d和0.09mm/d 路面施工期間為 0.27mm/d 和0 .32mm/d 工后路基沉降速率逐漸下降穩定。在路基填筑和路面施工階段受施工擾動時路基沉降速率較大，施工間歇期和完工后較小，說明軟基處理后地基結構穩定，采用振動沉管碎石樁處理軟基效果好。

4結語

本文以軟土地基處治案例為研究背景，分析現場情況制定振動沉管碎石樁處理方案，并在施工過程中開展現場試驗和沉降觀測，分析碎石樁施工質量和地基處治效果，得出以下結論：

（1）分析動力觸探試驗結果，得出大多數碎石樁密實度和樁長滿足設計要求，僅有 5% 左右不合格，總體施工質量合格。

（2）靜載試驗中試樁未出現破壞，卸載后回彈率較小，因此單樁承載力取試樁極限承載力值，滿足設計要求；復合地基承載力特征值為 166kPa ，高于設計要求150kPa ，說明采用碎石樁處理后地基承載力得到明顯提升。

（③）路基填筑施工階段沉降增幅最大，沉降速率也最高，施工間歇期沉降量增幅和沉降速率均較小，路面施工階段略有增加，完工后逐漸下降并穩定，說明軟基采用振動沉管碎石樁處理后穩定性良好，達到了預期效果。 ⑦

參考文獻

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