【摘 要】碎石樁是以碎石(卵石)為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁。碎石樁和砂樁等在國(guó)外統(tǒng)稱為散體樁或租顆粒土樁。所謂散體樁是指無粘結(jié)強(qiáng)度的樁，由碎石柱或砂樁等散體樁和樁間土組成的復(fù)合地基亦可稱為散體樁復(fù)合地基。目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的碎石樁、砂樁、渣土樁等復(fù)合地基都是散體樁復(fù)合地基。軟弱地基普遍具有天然孔隙比大、天然含水率高、壓縮性高、強(qiáng)度低、高靈敏度、厚度較厚的特點(diǎn)，導(dǎo)致地基的強(qiáng)度不能滿足使用要求。本文通過工程實(shí)例分析了干振碎石樁加固軟土路基的加固機(jī)理及施工工藝，并分析了其加固效果.

【關(guān)鍵詞】軟土；路基；施工；技術(shù)

1 工程概況

某高速公路徐州段沿線廣泛分布廢黃河泛濫沉積物，據(jù)勘察資料，在深度12m范圍內(nèi)地層可分為5層，自上而下為：第1層亞砂土夾粉土，黃褐色，層厚4.0m：第2層亞砂土夾粉土，灰色，層厚2.0m；第3層亞砂土夾粉細(xì)砂，灰色，層厚3.0m：第4層粉質(zhì)亞粘土，灰綠色，層厚10m：第5層亞粘土含風(fēng)化巖屑，黃綠色，層厚2.0m。

由以上資料可知，該地區(qū)以亞砂土、亞粘土、細(xì)砂為主，埋深淺，地下水位高，天然地基承載力低。而該地區(qū)地震烈度為7度，這類土在地震作用下會(huì)產(chǎn)生液化現(xiàn)象，根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，必須對(duì)地基加固處理，達(dá)到消除液化和提高承載力的目的。通過研究，設(shè)計(jì)采用沉管干振碎石樁法處理橋頭地段，在正式施工前，進(jìn)行了試樁及其效果檢驗(yàn)。

2 碎石樁加固機(jī)理

碎石樁，是指用振動(dòng)、沖擊或水中等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入已成的孔中，形成大直徑的碎石所構(gòu)成的密實(shí)樁體。從復(fù)合地基的理論角度來看，碎石樁處理飽和軟弱地基主要有置換和排水兩個(gè)作用。碎石樁在軟弱地基中成樁后，形成了碎石樁和樁間土組成的復(fù)合地基。密實(shí)的碎石樁置換了與樁體體積相同的軟弱土，形成的復(fù)合地基承載力比原軟弱地基承載力高，而變形量則減少了。由于碎石樁的剛度比樁周粘性土的剛度大，而地基中應(yīng)力按材料變形模量進(jìn)行重新分配，因此，在外部荷載作用下，大部分荷載將由碎石樁承擔(dān)，樁體應(yīng)力和樁間粘性土應(yīng)力之比一般為2-4。

在成樁過程中，由于振動(dòng)、擠壓或擾動(dòng)等原因，樁間土?xí)霈F(xiàn)較大的附加孔隙水壓力，從而導(dǎo)致原地基土的強(qiáng)度降低。成樁結(jié)束后一方面原地基土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間逐漸恢復(fù)，另一方面孔隙水壓力會(huì)向樁體轉(zhuǎn)移消散，結(jié)果是有效應(yīng)力增大，強(qiáng)度提高和恢復(fù)，甚至超過原土體強(qiáng)度。如果在選用碎石樁材料時(shí)考慮級(jí)配，則所制成的碎石樁是粘土地基中一個(gè)良好的排水通道，它能起到排水砂井的效能，且大大縮短了孔隙水的水平滲透途徑，加速軟土的排水固結(jié)。

干振碎石樁加固地基的實(shí)質(zhì)是把松散的天然地基變成由碎石樁和擠密后的樁間土組成的共同工作的復(fù)合地基，其承載力比天然地基可大幅度提高，建筑物沉降可大幅減少。干振碎石樁除了置換和排水作用外，還有擠密效應(yīng)、墊層和加筋作用。

由于干振碎石樁主要在非飽和土中采用，在成孔和擠密碎石的過程中，土體在水平激振力的作用下，產(chǎn)生徑向位移，其密度提高，孔隙比減小，承載力比加固前提高60％以上，因此，擠密和振密樁問土是復(fù)合地基承載力提高的主要因素。墊層作用主要指在較厚的軟弱土層中，碎石樁沒有打穿該軟弱土層，這樣，整個(gè)碎石樁復(fù)合地基對(duì)于沒有加固的下臥層起到墊層的作用，經(jīng)墊層的擴(kuò)散作用將建筑物傳到地基上的附加應(yīng)力減小，作用于下臥層的附加應(yīng)力趨于均勻，從而使下臥層的附加應(yīng)力在允許范圍之內(nèi)，這樣就提高了地基的整體抵抗力，減少了沉降。

碎石樁的加筋作用主要指厚度不大的軟弱土層，則碎石樁可穿過整個(gè)軟弱土層達(dá)到其下的硬層上面，此時(shí)，樁體在外荷載的作用下就會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而使樁間土承擔(dān)的壓力相應(yīng)減小，其結(jié)果與天然地基相比，復(fù)合地基的承載力會(huì)提高，壓縮量會(huì)減小，穩(wěn)定性會(huì)得到加強(qiáng)，沉降速率會(huì)加快，還可用來改善土體的抗剪強(qiáng)度，加固后的復(fù)合樁土層將可以改善土坡的穩(wěn)定性，這種加固作用即通常所說的加筋作用。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)及施工工藝

3.1 試樁設(shè)計(jì)參數(shù)

試樁設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1：干振碎石樁的有關(guān)設(shè)計(jì)施工參數(shù)

3.2 施工工藝

沉管干振碎石樁是利用振動(dòng)荷載預(yù)沉導(dǎo)管，通過樁管灌入碎石，在振、擠、壓作用下形成較大的密實(shí)的碎石樁。由于它克服了振；中法耗水量大和泥漿排放污染等缺點(diǎn)，得到了較多的應(yīng)用。試樁采用平底活頁式走管振動(dòng)打樁機(jī)，振動(dòng)錘為DZ一40型，激振力280kN，振動(dòng)頻率950次／min，錘重36kN，樁管直徑377mm，碎石采用1— 2—3cm自然級(jí)配，沒根樁的碎石灌入量按充盈系數(shù)1．1考慮，施工順序采用跳打形式并由外緣向中心進(jìn)行。

干振碎石樁加固地基的工藝是首先用振孔器振搗擠土成孔，使原孔位的土體全部擠到周圍土體中，成孔后提起振孔器，在孔中倒入約1m高的碎石，再放入振孔器振密碎石，直到達(dá)到密實(shí)電流，并且留振適當(dāng)時(shí)間，再提起振孔器，如此反復(fù)進(jìn)行拔起——投石——振實(shí)程序，即可制成1根干振碎石樁。

3.2.1 成孔

振動(dòng)成孔是干振碎石樁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能成孔才能成樁。對(duì)于雜填土和高壓縮性的非飽和粘性土，成孔電流一般控制在8O一100A，成孔速度控制在0.5—1.Om／min。振動(dòng)器下放的速度要均勻，不宜過快過猛、忽快忽慢。成孔困難時(shí)，可以采用引孔的方法， 即采用其他設(shè)備先鉆孔，然后采用振孔器振動(dòng)擴(kuò)孔。

3.2.2 填料

干振法施工對(duì)填料要求不嚴(yán)格，這是因?yàn)楦烧穹庸痰鼗鶖D密效應(yīng)是承載力提高的主要因素，樁體的置換作用是第二位的，只要化學(xué)成分穩(wěn)定，有一定的粗粒徑成分的石料是可以的，如碎石、卵石、建筑垃圾、鋼渣等都可以作為干振法填料。填料粒徑一般不宜超過10cm，采用分段填料，每次填料不宜超過1m，每次填料后采用振孔器進(jìn)行擠擴(kuò)至密實(shí)電流，并留振10一15s。

一次拔管法施工工藝．

（1）樁靴閉合，樁管垂直就位；

（2）將樁管沉入土層中到設(shè)計(jì)深度：

（3）將料斗插入樁管，向樁管內(nèi)灌碎石；

（4）邊振動(dòng)邊拔出樁管到地面。質(zhì)量控制：

①樁身連續(xù)性：用拔出樁管的速度控制。拔管速度根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，在一般情況下拔管1m控制在30s內(nèi)。

②樁直徑：用灌碎石量控制。當(dāng)實(shí)際灌碎石量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可在原位再沉下樁管進(jìn)行復(fù)打或旁邊補(bǔ)打。

逐步拔管法施工工藝：

A.樁管垂直就位，樁靴閉合：

B.將樁管沉入土層中到設(shè)計(jì)深度：

C.將料斗插入樁管，向樁管內(nèi)灌砂：

D.邊振動(dòng)邊拔起樁管，每拔起一定長(zhǎng)度，停拔繼振若干秒，如此反復(fù)進(jìn)行，直至樁管拔出地面。

質(zhì)量控制：

根據(jù)某地試驗(yàn)，每次拔起樁管0．5m，停拔繼振20s，可使砂樁的樁身相對(duì)密度達(dá)到0．8以上，樁問土相對(duì)密度達(dá)到O．7以上。

4 碎石樁施工注意事項(xiàng)

4.1 應(yīng)安排間隔打樁，孔內(nèi)碎石量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的95％ 。

4.2 樁長(zhǎng)采用設(shè)計(jì)高程及貫入度雙控，貫入度控制的標(biāo)準(zhǔn)是，在最后2min<5cm。

4.3 嚴(yán)格控制沉管提升速度及高度、擠壓時(shí)間及次數(shù)、電機(jī)的工作電流等。拔管速度控制在1 m／min，每上拔O．5—1 0m，應(yīng)停拔樁管，振動(dòng)5—1Os，以確保擠密均勻及樁身的連續(xù)性。

4.4 施工中應(yīng)保證樁位；隹確，其縱向偏差不應(yīng)大于樁管直徑。樁身應(yīng)保證連續(xù)和垂直。垂直度偏差不應(yīng)大于1_5％。應(yīng)設(shè)專人記錄各項(xiàng)施工參數(shù)。

4.5 施工完畢后，先將樁頂以上松土清除干凈，碾壓密實(shí)后再進(jìn)行碎石調(diào)節(jié)層的施工。

5 加固效果檢驗(yàn)與分析

5.1 土層物理力學(xué)性質(zhì)的變化

通過試樁前后土工指標(biāo)對(duì)比，表面加固前后樁問土的物理力學(xué)性質(zhì)得到了明顯改善，土的孔隙比明顯減小，重度略有增加，抗剪強(qiáng)度明顯增加。

5.2 標(biāo)貫試驗(yàn)

處理后地基的標(biāo)貫擊數(shù)大幅提高，均消除了液化。在地面下4— 7m范圍內(nèi)加固效果最好。

5.3 靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果碎石樁處理后，樁間土靜力觸探比貫入阻力顯著提高，超過了液化臨界比貫入阻力，消除了液化。

5.4 孔隙水壓力測(cè)試

測(cè)試結(jié)果表明，成樁過程中，離地表一定深度處產(chǎn)生的孔壓最大，施工時(shí)隨碎石樁的形成，孔壓呈下降趨勢(shì)，一般在9Omin內(nèi)消散90％ 。

5.5 綜合分析

綜合上述檢測(cè)結(jié)果可見，處理后復(fù)合地基容許承載力比處理前提高了一倍，說明加固效果較好。從標(biāo)貫試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)等成果分析，加固后強(qiáng)度明顯提高，且有效的消除了液化現(xiàn)象。