采用振冲碎石桩加固软土路堤的复合地基施工技术

第２４卷增刊　天津建设科技　市政公用建设　采用振冲碎石桩加固软土路堤的　复合地基施工技术　口文／张冬艳　陈晓雪　摘要：筑于软土地基上的路堤变形大部分来自软土地基，必须采取有效的工程措施进　行加固处理。文章介绍了振冲碎石桩加固复合地基的加固机理及有关设计、施　工和检验方法。主要是按照碎石桩和桩间软土的工程特性及其相应的指标参数　以及工程要求等，确定加固的具体原则和有关工艺参数，使所构筑的碎石桩复合　地基能充分满足工程要求，既经济又合理。　关键词：振冲；碎石桩；复合地基；软土　１工程概况　某高速穿越的地貌单元复杂，为低中山及丘陵地　貌，问夹高差及范围不等的山间盆地和狭长河谷，地形　起伏变化较大。海拔标高６５０～１　０５０　ｍ，相对高差　３５０￣４００　ｍ。公路沿线抗震设防烈度为６度，地震动峰　值加速度为０．０５ｇ，近期地震活动相对较弱。区域属亚　热带季风气候，四季分明，温和湿润，平均气温在　１８．４～１９℃，极端最高气温可达３８￣４１．２℃，极端最　低气温－４．８～６．５℃。区域内地表水系十分发育，补给　来源主要为大气降水，其次为残坡积层及冲洪积层孔　隙潜水，溪河流水常年不衰。水质较好，一般对混凝土　不具腐蚀性。　设计行车速度８０　ｋｍ／ｈ，路基宽度２４．５　ｍ，分离式路　基单幅１２．５　ｉｎ；设计载荷汽车超２０级，挂车１２０级。　路基工程的主要工程量：软基处理左右线路长度　５６０　ｍ；填筑方３８万ｍ。；挖方４９万ｍ。。　零星分布，厚度０．３～Ｏ．９　ｍ；　２）粘土、亚粘土，褐黄色，湿，可塑，厚度０．６～１．９ｍ；　３）淤泥，深灰色　灰黑色，湿，软塑状，局部呈淤泥　质土，层项埋深０．７～１．２　ｍ，厚度变化较大，标贯试验　ｌ６次，Ⅳ＝ｌ～３击，平均１．５击，　＜４０　ｋＰａ。　３地基加固方案选择　３．１加固目的　１）提高地基承载力，使复合地基承载力＞１２０　ｋＰａ。　２）减少地基沉降量，将地基工后残余沉降量控制　在１０￣２０　ａｍ。　３．２方案比选　１）袋装砂井。该方法虽价格较廉，但施工需逐级加　荷固结，施工进度慢。工后沉降要小于设计限值，固结　期时间较长，不满足要求，不宜采用。　２）强夯法。具有施工简便、工期短、施工速度快、造　价低等优势；但不适合饱和软土地基，不宜夯实，在技　术上不宜采用。　２工程地质情况　软土路段主要位于沟谷内，上部为水田积水，表层　多为耕植土，分布淤泥、淤泥质土，厚度一般为２．０～　４．０　ｍ，性质差，强度低，影响路基稳定，易引起不均匀沉　降。路基的过大沉降与不均匀沉降给高速行车带来极　大不便，需要对软弱路基进行加固处理。　３）换填法。通常被视为最直观有效的地基处理方　案。场地软弱层厚度平均９　ｍ，若采用换填法，将发生大　量的弃土和填土，增大工程量且地下水位以下土层在　挖填过程中需采取降水措施，但由于存在施工难度大，　造价高等不利因素，也不宜采用。　４）振冲碎石桩法。是一种使用范围较大的地基处　理方案，施工速度快，造价低，技术安全可靠且有提高　区内地层情况从上至下为：　１）人工素填土，褐色、黄褐色、粘土、粉土为主，含　碎石土１５％￣２５％，稍湿，松散～稍密，局部为杂填土，　地基强度、减小地基沉降和消除地基液化效果明显等　６０　市政公用建设　第２４卷增刊　张冬艳，等：采用振冲碎石桩加固软土路堤的复合地基施工技术　优点。但振冲法存在施工中用水量大和排污的缺陷，受　场地环境的制约较大。针对本工程的具体情况，水源和　排污问题均可解决，故最后采用振冲碎石桩法方案。　４碎石桩方案设计　根据加固后地基应达到的承载力标准值、加固前　地基的承载力标准值、土的压缩模量等资料进行设计，　确定桩长、桩径、桩问距等参数，见表１。　表１地基基本资料　承载力ｆａ／ｋＰａ　土层压缩模量／ＭＰａ　承载力标准值　加固前地基　加固后复合地基　／ｋＰａ　９Ｏ　Ｉ　４．Ｏ５　１２Ｏ　４．１桩长和桩径　碎石桩桩长应穿透软弱层，深入持力层不少于１　ｍ。　桩顶铺设３００　ＩＩｌＩＩｌ厚密实砂垫层。碎石桩桩径取８０　ｃｍ。　４．２桩距布置　碎石桩采用正三角形布置，由于本工程为粘性土　地基，桩间距按式（１）计算，即　Ｓ＝ｄ（１／ｍ）　／１．０５　（１）　ｍ＝（　ｎｋ—ｆ　／（力一１）ｆ　＝（１２０—９０）／（３一１）９０：０．１６６　７；　桩土应力比／３可取２～４，本工程取３。　Ｓ＝ｄ（１／ｍ）　／１．０５＝１．８６６（ｍ）　根据计算结果，本工程碎石桩桩距为１８０　ｃｍ。　４．３布桩范围　路堤坡脚两侧各放出宽度为５　ｍ。　５路基振冲加固后的稳定与沉降　路基以振冲碎石桩加固后形成复合土体，其相应　的抗剪强度指标按下式求得　ｔａｎ　Ⅳｔａｎｑ￣Ｄ十（卜Ｗ）ｔａｎｑ￣　（２）　Ｃ￣，－（卜／／１）　（３）　＝ｍ　根据原土与碎石桩的强度指标、碎石桩的　置换率和桩土应力比即可求出复合土体强度指标　。　和　，在根据原土和复合土体的强度指标，通过圆弧　条分法求得路基的整体稳定安全系数Ｆ＝１．２＞１．１满　足规范要求。　振冲碎石桩加固路基的沉降　：Ｓ　，可近似作　为成层土地基。按分层总和法计算，根据路基土沉降特　性指标、碎石桩的置换率、桩土应力比以及路基内的附　加应力分布，可算出路基加固后沉降量　。　６振冲碎石桩施工质量控制与管理　６．１施工准备　编写施工组织设计，驻地监理组审查，监理组提出　书面审核意见，报总监代表审批同意后方可施工。　清理平整场地，消除高空和地面障碍物。　测量放线，测量地面整平后的标高。　布设桩位，桩间距及形式按设计文件，桩间距允许　偏差为±１０　ｃｍ。　在灌注桩和构造物基础施工前必须完成碎石桩。　在灌注桩两侧布设桩位时，应预留钻孔灌注桩施　工位置，预留净距为１４０　ｃｍ。　６．２机械设备、材料　采用ＺＣＯ一３０型振冲器２套，ＱＹ－１６Ｔ汽车吊ｌ台，　ＺＬ５０Ｃ装载机ｌ台，潜水泵（３　ｋＷ）和泥浆泵（７．５　ｋＷ）各　２台，高压清水泵（２２　ｋｗ）ｌ台。　碎石应由未风化的干净砾石或轧制碎石，粒径宜　为２０￣５０　ｍｍ，含泥量不应＞１０％。　采取安全措施，编写安全操作条例，经驻地监理工　程师审批后方可施工。　６．３现场工艺性试桩　在施工之前，为了根据现场实际情况，确定各种　操作技术参数，以保证大面积施工质量，必须进行成桩　试验，驻地监理和总监办驻现场人员都要在现场。　１）确定各项技术参数。造孔电流、加密电流、造孔　水压、加密水压、加密段、流振时间、施工工艺的确定。　２）试桩位置的选择。经监理工程师同意，可根据软　土厚度选择１处有代表性土质情况的位置进行试桩，　每处不少于５根（在路线范围内，按施工图布设）。　３）试桩检测项目试桩时现场记录的内容。　（１）施工单位、日期、施工负责人、技术负责人，驻地　监理工程师、总监办驻现场工作人员。　（２）根据试桩结果选定技术参数。　造孔电流ｌ１０　Ａ，加密电流９０Ａ，造孔水压０．５～　０．８　ＭＰａ，加密水压０．４～０．７　ＭＰａ，加密段３０￣５０　ｃｍ，流　振时间１０　Ｓ。　进行载荷试验时，要求成桩１５　ｄ后进行单桩复合　地基承载力试验以及桩身密实度检验（采用重ＩＩ型动　力触探法），并分析单桩承载力与贯入量１０　ｃｍ时锤击　数的关系。若同一根桩先做动力触探，再做复合地基承　载力试验。　４）试桩报告提交的内容：　（１）地质情况简介；　（２）施工情况简介；　（３）检测资料内容；　①桩身密实度检验；　（２）桩长检验结果；　⑧载荷试验汇总表（包含载荷Ｐ—ｓ曲线，Ｓ—ｔ曲　６Ｊ　市政公用建设　第２４卷增刊　天津建设科技　线）。　６３．５　ｋｇ，自由落距７６　ｃｍ，探头直径７４　ｍｍ，锥角６０。，　按每贯入１０　ｃｍ为一阵锤击数计算。贯入试验Ｎ＝６３．５≥　７击为合格。　单桩复合地基静载试验是基底放置一圆形承压　板，压板面积为ｌ根桩承担的处理面积，压板上放置　６．４碎石桩施工　６．４．１工艺流程　施工工艺流程见图１。　油压千斤顶，千斤顶所需的反力由袋装砂堆重平台承　担，逐级加载，并观测读取压板的沉降数据，经过分析　计算确定复合地基承载力能否达到设计要求。最大试　图１　振冲碎石桩施工工艺流程　６．４．２成桩顺序　定位一造孔一清孔一填料一振密一成桩。　６．４．３施工步骤　１）定位。施工放样，定出碎石桩的具体位置，然后　吊车就位，起吊振冲器，对准定位点，振冲器的对点由　经纬仪进行控制。　２）造孔。对准桩位后，给操纵台信号，操作人员启　动振冲器，待电流值下降后，再打开水源开关，启动水　泵，使造孔水压达到０．５～０．８　ＭＰａ。当振冲器贯入自上　而下跳动时，表明它已达到下持力层。　３）清孔。孔内泥浆密度较大，不利于制桩，需要清　除，做法是将振冲器反复升降，冲出泥浆，次数视地质　情况而定，以达到孔道畅通为准。　４）制桩。提出振冲器，向孔底填入碎石，振冲器振　冲密实，然后再填入碎石，振冲器再次振密，直至达到　地表标高。填料时，振冲器仍需振动射水，水压可适当　减小；填料连续不断地从振冲器四周进入孔内，直到振　冲器工作电流满足设计要求，才允许将其提升，每次提　升的高度为３０￣５０　ｃｍ，逐段加密至孔口，形成一根完　整的桩，然后关机停水，转至下根桩施工。　７质量检测　施工过程必须严格执行施工工艺，检查施工记录，　施工完毕必须进行检测，以检验处理效果。　７．１检测方法　本次检测以下述两种方法为主。采用动力触探试　验（重ＩＩ）检测碎石桩桩身质量（密实度和均匀性）；采　用单桩复合地基静载试验检测地基加固处理效果。　动力触探试验采用１００型钻机施工，穿心锤质量　验载荷不小于设计值２倍。　７．２检测时间　在施工结束３０　ｄ后进行。　７．３检测频率　单桩碎石灌入量检查按规定频率，随机抽查；按设　计要求，检测点数量不小于总数的２％，动力触探试验和　复合地基检测；各占桩数的１％控制，孔位随机布置，特　殊地段适当加密。　７．４检测结果。　检测结果表明，碎石桩桩长、桩径、密实度以及复　合地基承载力均达到要求。该段路基数月后观察表　明，软基路段情况很好，业主和监理很满意。　８加固处理效果　１）本地段地基采用振冲碎石桩法处理后效果明显，　加固后地基承载力大为提高，路堤稳定性好、沉降量　小，排水固结大大加快，沉降期缩短。　２）振冲碎石桩法施工造价低，与换填法比较，节省　工程造价约２８％。　３）该方法处理地基施工快速、简便，由于施工速度　快，大大缩短工期。实践证明，采用振冲桩处理地基，充　分发挥振冲碎石桩的排水、减压、垫层、置换、加筋、挤　密等多重作用，保证了工程质量、降低造价，施工速度　快，取得较好的效益。　口■　口中图分类号：Ｕ２１３．１＋５　口文献标识码：Ｃ　口文章编号：１　００８—３１　９７（２０１　４）Ｓ１—６０—０３　口ＤＯＩ编码：１０．３９６９４．ｉｓｓｎ．１００８—３１９７．２０１４．Ｓ１．０２６　口收稿日期：２０１４—０５—１３　口作者简介：张冬艳，女，１９８８年出生，天津津强岩土工程有限　公司，从事工程技术管理工作。　陈晓雪／天津津强岩土工程有限公司。