蘇 濤，張亮亮，胡照廣

(1.福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州 350001；2.黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，哈爾濱150040；3.東北林業(yè)大學(xué) 工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150040)

隨著我國基礎(chǔ)工程建設(shè)的高速發(fā)展，各項(xiàng)工程建設(shè)中經(jīng)常會(huì)遇到軟弱土地基，軟土地基處理得好壞直接影響到上部路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，采取什么樣的辦法可以更快更好地加固軟土地基，成了當(dāng)前該領(lǐng)域一直關(guān)注、研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題[1-2]。碎石樁處理濕軟地基技術(shù)在國外應(yīng)用較早，加固效果主要表現(xiàn)為擠密、排水和支撐等方面，而其在我國的應(yīng)用還不是很普及。目前對(duì)碎石樁復(fù)合地基的研究主要集中于承載力、沉降等的分析。2001年Han J和Ye S L提出了一種簡(jiǎn)化的碎石樁固結(jié)計(jì)算方法，對(duì)碎石樁復(fù)合地基的固結(jié)進(jìn)行了理論分析[3]。2007年張建立通過對(duì)樁間土進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)和復(fù)合地基的承載力檢測(cè)試驗(yàn)等，研究了碎石樁在沿海高速公路地基處理中的應(yīng)用效果[4]。2011年蔣敏敏和肖昭然通過數(shù)值模擬分析了高速公路碎石樁復(fù)合地基在樁體施工、路堤填筑、運(yùn)行期全過程問題和地震動(dòng)荷載作用等問題[5]。

目前國內(nèi)外對(duì)于碎石樁復(fù)合地基的應(yīng)用和研究主要集中于由海相、湖相、溝谷相沉積形成軟土地基，對(duì)于河漫灘區(qū)河灘沉積形成的軟土地基處理應(yīng)用較少[6-7]。本文以哈爾濱市松北區(qū)文化中心環(huán)路道路建設(shè)項(xiàng)目工程為依托，通過對(duì)試驗(yàn)路段沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，研究碎石樁復(fù)合地基在河漫灘區(qū)軟土地基處理中應(yīng)用效果，以為該類型地區(qū)軟土地基處理的設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)參考。

1 現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)條件

哈爾濱市松北區(qū)屬河漫灘區(qū)，大量的軟土地層使得該區(qū)域不良地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象顯著。哈爾濱市松北區(qū)文化中心道路工程地基土中，有一定厚度的淤泥質(zhì)土和含粘性土的粉砂土。試驗(yàn)路段位于松花江河漫灘區(qū)域，原始地貌為濕地，后采取“吹砂筑島”施工工藝，利用絞吸式挖泥船獲取的江沙從堤岸在道路工程位置筑起一條用于建設(shè)的“大島嶼”，在道路地基土中，有一定厚度的淤泥質(zhì)粘土和含粘性土的粉砂土。在K1+020～K1+220路段，淤泥質(zhì)粘土的厚度達(dá)2.0～3.0 m，含粘性土的粉砂土厚度達(dá)3.0～5.0 m，工程地質(zhì)條件比較差。

為了確切掌握研究區(qū)工程地質(zhì)情況，了解研究區(qū)地基地層分布及各個(gè)地層的巖土物理力學(xué)性質(zhì)，在典型斷面K1+100進(jìn)行重點(diǎn)鉆探勘察，并取現(xiàn)場(chǎng)土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究，表1所示為研究路段軟土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值。

表1 研究路段軟土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值

由該路段軟土物理力學(xué)指標(biāo)可以看出，淤泥質(zhì)粘土與粉砂土含水率高、空隙比大，天然含水率已接近或超過其液限含水率，說明土體處于軟弱或流動(dòng)狀態(tài)；而兩種土體的壓縮模量、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)均較低，說明軟土地基的承載力較低，如不采用有效措施對(duì)其進(jìn)行處理，必然會(huì)影響路基的穩(wěn)定。

2 碎石樁法及其原理

振沖碎石樁法是指用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入土孔中，形成大直徑的碎石或砂所構(gòu)成的密實(shí)樁體[8]。碎石樁主要用于處理軟土地基，屬于散體材料類樁范疇。砂石樁的單樁承載力主要取決于樁周土的側(cè)限壓力，即樁間土的約束，與樁側(cè)摩擦力和樁端阻力沒有太大關(guān)系，這是碎石樁法與其它樁基增強(qiáng)體受力特點(diǎn)明顯不同之處。如圖1所示為研究路段碎石樁施工的圖片。

為了研究碎石樁的承受荷載的性能，找出它的影響因素，南京水科院孟廣訊等人及Hugers和Withers等都在室內(nèi)進(jìn)行了相應(yīng)的碎石樁模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著樁的深度加深，樁體表面的荷載迅速衰減，當(dāng)深度達(dá)到3d時(shí)，樁體垂直應(yīng)力平均值只有樁體表面荷載的27.4%。Hugers和Withers也得出類似的結(jié)論，如圖2所示。由上分析本文也可以得出影響碎石樁承受荷載的性能的因素主要有：一為碎石樁自身強(qiáng)度；另一方面由于樁間土的荷載在碎石樁樁體周圍產(chǎn)生的圍壓和碎石樁狀體本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生的約束力，對(duì)碎石樁的承載力性能的提高有巨大的作用[9-11]。

圖1 碎石樁施工照片

為了得出對(duì)實(shí)際情況下樁體的荷載傳遞原理和變形特性比較吻合的具有實(shí)用意義的模型，研究砂石樁體和土體共同作用下的樁體的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系尤為關(guān)鍵。特別是在研究高層建筑時(shí)，要考慮到在高層建筑結(jié)構(gòu)與地基的協(xié)同作用下，基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力受地基非線性的影響進(jìn)行了重分布，研究起來更為復(fù)雜。從各種研究碎石樁樁土應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)圍壓的大小對(duì)成樁后的碎石樁有著非常重要的作用。相關(guān)試驗(yàn)研究表明在圍壓σ3低于200kPa時(shí)，即低圍壓下，樁體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與鄧肯—張雙曲線模型比較吻合，而當(dāng)σ3大于200kPa時(shí)，樁體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系接近于理想彈塑性模型，如圖3所示。在實(shí)際工程中的碎石樁，樁周土的側(cè)向約束力大多處于低圍壓范圍，即一般不大于200kPa，因此采用鄧肯—張模型求取的相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到的結(jié)果與實(shí)際情況比較接近。

圖2 樁側(cè)徑向位移與深度的關(guān)系(d為樁的直徑)

圖3 碎石樁應(yīng)力應(yīng)變曲線

3 路段地基沉降特性分析

為了掌握碎石樁法處理前后地基的沉降特性，在研究區(qū)選定了具有代表性的斷面K1+100，并在該斷面路基的橫斷面布置三個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為道路的左路肩、中央和右路肩。監(jiān)測(cè)方法為：以道路以外50 m位置的水準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)，該水準(zhǔn)點(diǎn)埋深達(dá)3.0 m，不受季節(jié)性凍融的影響，可靠度可以，定期對(duì)K1+100斷面的各個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

如圖4所示為K1+100斷面沉降曲線，沉降監(jiān)測(cè)開始于2011年7月15日，測(cè)至2012年6月27日，共358 d，K1+100斷面左路肩、道路中央和右路肩位置的總沉降量分別為35.1、38.8、35.5 cm。有曲線可知，從2011年7月15日至2011年10月6日，K1+100斷面左路肩、道路中央和右路肩位置的總沉降量分別為12.1、13.8、11.5 cm；在2011年10月初，試驗(yàn)路段開始碎石樁作業(yè)，直至2011年10中旬結(jié)束，從2011年10月6日至2011年10月15日得時(shí)間內(nèi)，K1+100斷面左路肩、道路中央和右路肩位置的這9 d內(nèi)的沉降量分別為13.3、14.8、15.5 cm，截至2011年10月15日，K1+100斷面左路肩、道路中央和右路肩位置的總沉降量分別為25.3、28.8、27.5 cm；從2011年11月末至2012年4月初，由于冬季停止施工，道路的沉降量很??；從2012年4月末至2012年7月初，道路沉降量為3 cm。

由K1+100斷面的沉降規(guī)律可知：碎石樁施工過程中，道路沉降速率非常大，在短短的9 d內(nèi)，道路的沉降量可達(dá)12～18 cm，由此可鑒碎石樁不僅加強(qiáng)道路的地基承載力，同時(shí)也加速了道路的沉降固結(jié)，使得軟土地基在較短時(shí)間內(nèi)快速加固、固結(jié)沉降；碎石樁施工以后，道路的沉降速率大大減小。但是，從2012年4月末至2012年7月初，道路沉降量達(dá)3 cm，工后沉降量偏大，在碎石樁加固軟基以后應(yīng)對(duì)路基采取超載預(yù)壓，加速路基土固結(jié)，以使后期路基更加穩(wěn)定。

4 結(jié)論與建議

本文通過對(duì)黑龍江省哈爾濱市松北區(qū)文化中心環(huán)路道路地基的沉降監(jiān)測(cè)，研究振沖碎石樁法加固松花江漫灘區(qū)軟土地基的應(yīng)用效果，從觀測(cè)的沉降數(shù)值曲線可以得知，振沖碎石樁施工過程中，道路沉降速率較大，在9 d內(nèi)道路的沉降量達(dá)12～18 cm，碎石樁加速了道路軟基的固結(jié)；碎石樁施工以后，道路的沉降速率顯著減小。碎石樁法加固軟土地基以后，應(yīng)對(duì)路基采取超載預(yù)壓，加速路基土固結(jié)，以使后期路基更加穩(wěn)定。研究結(jié)果可以作為該類型地區(qū)軟土地基處理的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)參考。

圖4 試驗(yàn)路段K1+100斷面沉降曲線

【參 考 文 獻(xiàn)】

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