劉秀芝

(中鐵十四局集團(tuán) 第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

銅陵至湯口高速公路第四合同段，全長 9.820 km，處于江南重丘陵區(qū)，山高谷深，地形復(fù)雜，地面自然坡度大部分在20°以上。沿線低洼地多水塘稻田，地基軟弱，構(gòu)造物分布密集。有1.7 km處于軟土地段，以K99+238—K99+358.5段路基為例:K99+252為一個(gè) 4.0 m ×4.0 m 暗蓋板涵，涵長 47.29 m;K99+358.5為一個(gè) 4.0 m ×3.5 m 暗蓋板涵，涵長 52.7 m。該段軟基地處“兩山一洼”地帶，軟土深度 ＞5 m，且橫向分布極不均勻，平均填高10 m，原設(shè)計(jì)為清淤換填素土。為保證軟基路段路堤的施工安全、營運(yùn)穩(wěn)定，經(jīng)變更設(shè)計(jì)，采用干振復(fù)合樁處理地基。干振樁設(shè)計(jì)長度平均10 m，共49 478 m，樁頂設(shè)置30 cm碎石墊層，1層土工格室。

2 加固機(jī)理

干振復(fù)合樁的加固機(jī)理是比較復(fù)雜的。在成孔時(shí)，導(dǎo)管的貫入會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生擠密和振實(shí)作用，樁周土體孔隙率、顆粒排列將得以改善，并產(chǎn)生一定超空隙水壓。干料通過振沖方式灌入樁孔內(nèi)，經(jīng)機(jī)械振搗變得密實(shí)，導(dǎo)管拔除后，樁周水在超空隙水壓的作用下向樁內(nèi)滲入。由于干料本身具有較強(qiáng)的吸水性，使干料樁體能在較短時(shí)間內(nèi)獲得水化所需水分，同時(shí)還因吸水使樁間土脫水固結(jié)，土性得以進(jìn)一步改善。經(jīng)水化樁體強(qiáng)度得以發(fā)展，同時(shí)部分活性材料及水化產(chǎn)物在水的作用下游離擴(kuò)散，在樁周一定區(qū)域內(nèi)的土體進(jìn)一步固結(jié)并形成一定的強(qiáng)度?？梢?，干振復(fù)合樁加固是一個(gè)化學(xué)、物理及機(jī)械綜合作用的結(jié)果。從原理上可以看出，干振復(fù)合樁比目前國內(nèi)許多軟基處理方法有更大的優(yōu)勢，也可以理解為它是綜合了多種加固方案的長處而產(chǎn)生的一種既傳統(tǒng)又新穎的加固方法。

干振復(fù)合樁的優(yōu)點(diǎn)在于:①施工機(jī)具小型化，施工速度快，就位精度高，相對(duì)其他復(fù)合樁地基而言，其施工工藝較為合理。②干振復(fù)合樁既能有效提高樁間土的力學(xué)及物理化學(xué)性質(zhì)，還能因?yàn)槠溥m中的強(qiáng)度使樁土之間形成理想的樁土應(yīng)力關(guān)系，進(jìn)而充分發(fā)揮樁土間的承載力。③干振復(fù)合樁的工程造價(jià)較低，一般相同樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度下，同體積的材料價(jià)格為 CFG樁的60%左右;相同地基設(shè)計(jì)承載力條件下，工程總造價(jià)為CFG樁的85%左右。

3 干振樁復(fù)合地基處理方案

軟土層厚度＞5 m地段，采用干振復(fù)合樁地基處理方案，可有效減小其工后沉降。在一般路堤路段、橋坡段、構(gòu)造物地基路段有不同的處理方法，本文著重介紹構(gòu)造物地基的處理方案。

為滿足涵洞或通道構(gòu)造物對(duì)地基承載力的要求和保證工后沉降符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理。軟基路段涵洞必須是整體式基礎(chǔ)，并設(shè)置三道沉降縫，以增強(qiáng)其抗變形能力。高填方路段屬路基病害易發(fā)、多發(fā)路段，尤其是山區(qū)的軟基段，一般分布在“兩山一洼”地帶，為有效增強(qiáng)路基穩(wěn)定性，進(jìn)行加筋補(bǔ)強(qiáng)，一般每加鋪一層單向土工格柵可使路堤穩(wěn)定性增加5%～10%。

軟土層厚度＞5 m地段，采用干振樁預(yù)壓處理方案，成樁直徑20 cm，在樁頂做30 cm厚碎石墊層，用于調(diào)整樁預(yù)應(yīng)力的分布。其中在涵洞、通道加密處理區(qū)A區(qū)樁頂鋪設(shè)20 cm厚土工格室裝碎石回填、壓實(shí)，并在涵洞的中軸線對(duì)稱布樁。加固處理范圍，劃分B，A，B段3個(gè)加固處理區(qū)，A區(qū)為加密加強(qiáng)處理區(qū)，B區(qū)為過渡處理區(qū)。設(shè)計(jì)通過調(diào)整樁間距的方法控制構(gòu)造物處與一般路堤段的差異沉降，控制樁長不變。A區(qū)的樁頂高程要滿足至少高出涵洞基礎(chǔ)的底面高程以上50 cm，開挖基坑時(shí)再予以破除，以保證樁頭的完好性，樁間距0.8 m。B區(qū)的樁頂高程按正常工藝控制到施工作業(yè)面，樁間距1.0 m。干振樁處理段和淺層處理段的接頭部位，設(shè)計(jì)采用鋪設(shè)兩層雙向土工格柵加強(qiáng)過渡處理。雙向土工格柵鋪設(shè)在樁頂和墊層的頂面，由B段(包含B段)開始鋪設(shè)，延伸到一般路堤段內(nèi)5 m。涵洞、通道基底進(jìn)行干振樁處理之后，原則上不再填土預(yù)壓及開挖施工，而是在復(fù)合地基強(qiáng)度經(jīng)檢驗(yàn)合格后，直接在處理完畢的地基上做涵洞或通道。構(gòu)造物做好后，再填土至設(shè)計(jì)高度，見圖1。

圖1 涵洞通道干振復(fù)合樁處理設(shè)計(jì)

4 施工工藝及質(zhì)量安全控制

4.1 施工工藝

干振復(fù)合樁施工采用15型振動(dòng)沉管，管內(nèi)投料成樁，成樁工藝如下述。

1)樁機(jī)就位，將底端裝有活瓣的開啟式套管立于樁位上。

2)啟動(dòng)振動(dòng)錘將套管按設(shè)計(jì)要求的深度沉入到軟土中。

3)將拌合好的混合料通過裝料漏斗送入孔中并通過振動(dòng)將其振實(shí)。

4)振動(dòng)提升套管，使混合料落入孔中。提升速度應(yīng)慢速進(jìn)行(1.0～1.5 m/min)，每當(dāng)提升1 m 后停止提升，這時(shí)繼續(xù)振動(dòng)20～30 s使混合料密實(shí)。

5)成樁完畢后移動(dòng)樁機(jī)至下一樁位，同時(shí)對(duì)剛施工完畢的干振樁進(jìn)行檢查并作好施工記錄(施工時(shí)間、樁位編號(hào)、入土深度、混合料使用量)。

6)樁體檢測合格后，一般場地整平壓實(shí)后采用機(jī)械或人工攤鋪碎石;涵洞、通道的A區(qū)應(yīng)破除一定長度的樁頭，人工攤鋪。采用粒徑＜5 cm的碎石，碎石含泥量 ＜3%，干密度應(yīng) ＞2.20 t/m3。

7)干振復(fù)合樁在其樁長一半處，對(duì)地基的振動(dòng)和擠密效果最好，而在樁頂1 m左右的土層，加固效果較差，應(yīng)采用振動(dòng)或碾壓處理。

4.2 樁體材料的選擇原則

1)粉煤灰。粉煤灰是樁體最主要的構(gòu)成材料，其品質(zhì)直接影響復(fù)合樁的強(qiáng)度和耐久性，一般三級(jí)以上粉煤灰均可用于復(fù)合樁。低鈣粉煤灰的化學(xué)成分見表1。在干灰獲得比較困難的情況下，也可以采用濕灰或調(diào)濕灰，甚至陳灰。但在使用前應(yīng)對(duì)粉煤灰燒失量、細(xì)度和抗壓強(qiáng)度比等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，燒失量控制在12%以內(nèi)，細(xì)度(45 μm篩余)≤25%，28 d抗壓強(qiáng)度比≥60%。

表1 低鈣粉煤灰的化學(xué)組成%

2)石灰。復(fù)合樁的石灰通常采用磨細(xì)生石灰，為了保證樁體的強(qiáng)度，應(yīng)篩去粒徑＞1 mm的粗顆粒。但生石灰在野外施工現(xiàn)場很難保存，采用熟石灰時(shí)，可以通過生石灰自然陳化3～5 d得到，陳化超過7 d后的石灰不應(yīng)采用。注意剔除篩余粗大或未陳化的石灰顆粒，并避免經(jīng)陳化或未陳化的石灰受到雨淋。石灰等級(jí)劃分見表2，須采用二級(jí)或二級(jí)以上石灰。

表2 生石灰等級(jí) %

3)骨料。骨料最大粒徑在15 mm以下為宜，采用中砂作為細(xì)骨料，砂率控制在30% ～40%，盡可能采用級(jí)配良好的砂石料，如瓜米石。

4)樁體材料配比及強(qiáng)度。復(fù)合樁膠凝材料建議配比為粉煤灰∶石灰∶外加劑 =1∶0.24∶0.05，外加劑可選用硫酸鈉。復(fù)合樁材料建議配合比為膠凝材料∶砂∶石=1∶1∶2。設(shè)計(jì)給出配合比為參考值，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試樁情況進(jìn)行調(diào)整。樁體強(qiáng)度以28 d強(qiáng)度作為施工樁強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)不低于1 MPa。

4.3 質(zhì)量控制

1)打樁順序及其對(duì)成樁質(zhì)量的影響。采用連續(xù)施打順序施工。連續(xù)打樁施工時(shí)，對(duì)相鄰樁的振動(dòng)影響是顯著的，通常這種振動(dòng)對(duì)相鄰已施工的樁起到輔助再振實(shí)的作用。對(duì)于含水量豐富的地層，這種輔助振實(shí)類似于對(duì)濕拌混凝土的附著式振搗，因而使樁身變得更加密實(shí)。

2)拔管速度及其對(duì)成樁的影響。拔管速度過快，會(huì)導(dǎo)致成樁直徑較小，甚至產(chǎn)生縮徑或斷樁;拔管速度過慢，由于振動(dòng)時(shí)間長容易產(chǎn)生離析，會(huì)使得樁體下部粗顆粒材料含量較多，樁頂細(xì)顆粒材料含量過多而降低強(qiáng)度。因此，一般建議拔管速度為1.0～1.5 m/min。

3)振動(dòng)沉管干料成樁及其對(duì)樁間土的影響。這種施工工藝對(duì)樁間土一般有兩方面的影響，其一是由于擠密作用而使得樁間土變得更密實(shí);其二是干料吸水作用使樁間土含水量減少而改變樁間土的性質(zhì)。因此除密實(shí)砂土、粉土以外，一般狀況下，樁間土的承載力都會(huì)得到提高。

4)混合料中石灰質(zhì)量及其對(duì)樁體強(qiáng)度的影響。振動(dòng)沉管干料成樁所形成的復(fù)合樁，其混合材料中的石灰質(zhì)量對(duì)樁體強(qiáng)度的影響是非常明顯的，一般采用磨細(xì)生石灰的效果最好。但生石灰在野外施工現(xiàn)場很難保存，可以采用熟石灰，注意熟石灰同樣需要保存好，一般陳化時(shí)間不應(yīng)超過7 d。

5)施工中應(yīng)及時(shí)清除樁管帶出的泥土，以免影響成樁質(zhì)量。

6)施工中應(yīng)詳細(xì)記錄成樁長度、時(shí)間及每次混合料灌入量，以備出現(xiàn)問題時(shí)查找資料和計(jì)量時(shí)作為計(jì)算實(shí)際成樁長度的原始資料。

4.4 成樁試驗(yàn)及復(fù)合地基試驗(yàn)

成樁7 d后，進(jìn)行樁體成樁檢驗(yàn)，挖開自檢，觀察樁體的成型情況及樁體的密實(shí)程度，如實(shí)做好記錄。成型的樁體應(yīng)以整體性和密實(shí)性好為標(biāo)準(zhǔn)，如發(fā)現(xiàn)樁體不良等情況，應(yīng)及時(shí)制定相應(yīng)的處理措施。檢測樁的齡期達(dá)到28 d后，根據(jù)樁位圖和施工記錄等資料，隨機(jī)選定檢測樁進(jìn)行取芯和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。取芯設(shè)備采用雙套筒鉆頭，標(biāo)貫采用N63.5重錘。

在成樁30 d后，選取試驗(yàn)點(diǎn)采用堆載法進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。其樁徑、垂直度、樁身強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，處理后地基承載力達(dá)到160 kPa，滿足規(guī)范要求。樁間土的孔隙比、含水量較加固前明顯降低，土體的密度更高，尤其在樁周一定區(qū)域內(nèi)，土體不但密實(shí)少水，而且局部土體板結(jié)成塊狀，形成了一個(gè)整體性較強(qiáng)并具有足夠剛度和強(qiáng)度的復(fù)合地基。

4.5 安全措施

1)嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程，安全員負(fù)責(zé)安全教育和檢查，有權(quán)制止不合格的施工作業(yè)。

2)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)，特別是在制樁過程中，崗上人員必須堅(jiān)守崗位。夜間作業(yè)應(yīng)充分照明，登高作業(yè)應(yīng)系安全帶。

3)建立機(jī)械設(shè)備的定期檢查、保養(yǎng)制度。

5 結(jié)語

干振復(fù)合樁處理軟土路基的關(guān)鍵是根據(jù)軟土路基的實(shí)際地質(zhì)情況采用不同的參數(shù)，材料上嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求并在設(shè)計(jì)容許的范圍內(nèi)可適當(dāng)調(diào)整。在施工過程中嚴(yán)格控制施工工藝，振搗到位。

干振復(fù)合樁樁體材料易于選擇，不需要配筋并能充分發(fā)揮樁間土的承載能力。其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快及施工簡單的優(yōu)點(diǎn)，工程質(zhì)量易保證。另外，復(fù)合樁施工過程不用泥漿，避免了對(duì)環(huán)境和水資源等造成的污染。

干振復(fù)合樁比傳統(tǒng)軟基處理工藝具有較高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在銅湯高速軟基處理中得到了很好的應(yīng)用，對(duì)類似工程具有重要參考價(jià)值并可推廣應(yīng)用。

［1］ 安徽省公路勘察設(shè)計(jì)院．銅陵至湯口高速公路軟基處理施工圖補(bǔ)充設(shè)計(jì)說明［R］．合肥:安徽省公路勘察設(shè)計(jì)院，2004．

［2］ 曾勇，尹紫紅．粉噴樁技術(shù)在軟土地基加固中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2008(2):79-81．

［3］ 李增華．振沖碎石樁加固鐵路路基的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2009(12):89-91．

［4］ 劉海軍．深厚砂層地基振沖灌漿加固處理技術(shù)研究［J］．鐵道建筑，2010(5):90-92．

［5］ 中華人民共和國交通部．JTG F10—2006 公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］．北京:人民交通出版社，2006．