稅偉

（邢臺路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 邢臺 054001）

0 引言

在公路工程路基建設(shè)過程中，會遇到軟土地基的問題，而軟基普遍具有含水量高、強(qiáng)度低、易受擾動的特點，對路基的正常建設(shè)造成了一定的困難，不僅增加了施工難度，還增加了施工成本。為有效解決軟基問題，施工單位需要加強(qiáng)對振沖碎石樁技術(shù)的研究，此技術(shù)可有效提高軟土地基的承載力和穩(wěn)定性，并減少不均勻沉降，且該技術(shù)施工成本較低，對公路建設(shè)具有重要意義。

1 工程概況

某高速公路工程合同第5標(biāo)段，起止樁號為K65+126.03—K65+531.43。工程所在地附近為山前沖積、洪積平原地帶，其地形條件單一，經(jīng)前期勘察人員對地基調(diào)查結(jié)果得知，該工程地基中的沉積物以沖積形成的低液限粉土及低液限黏土為主，此類土質(zhì)具有一定的液化趨勢，承載力低，且抗剪強(qiáng)度差，不可直接開展路基建設(shè)，同時該區(qū)域地下水位埋深淺，對地基影響較大，因此，為保證路基的建設(shè)質(zhì)量，根據(jù)工程地質(zhì)情況，經(jīng)多方研究，決定采取振沖碎石樁技術(shù)對地基進(jìn)行加固處理。

2 振沖碎石樁地基加固施工技術(shù)

2.1 振沖碎石樁施工原理

（1）振沖碎石樁施工技術(shù)主要是采用一種能產(chǎn)生水平振動的機(jī)械設(shè)備，先通過機(jī)械的垂直振動作用，以高壓水流邊振邊沖或干法振沖的形式在軟基區(qū)域成孔，然后再向孔內(nèi)分批放入碎石材料，并利用振沖的方式使孔內(nèi)的碎石振密成樁，最終與周圍黏性土形成新的復(fù)合地基。由于碎石在孔內(nèi)的擠壓作用，其周圍土體中的水分、空氣會受到擠壓，當(dāng)形成復(fù)合地基后，軟基內(nèi)會形成整體，共同承受外部的荷載，從而實現(xiàn)軟基加固。

（2）從地基加固機(jī)理的角度出發(fā)，振沖碎石樁的工作可以起到擠密和置換兩種作用，當(dāng)軟基中的土體為飽和黏性土?xí)r，主要加固機(jī)理為置換，其主要置換的是飽和黏性土中的水分，通過碎石將水分置換出來，最終達(dá)到加固的目的[1]；當(dāng)軟基中的土體為砂性土?xí)r，主要加固機(jī)理為擠密，通過碎石樁中碎石材料之間的擠壓力使砂性土的密度增加，最終實現(xiàn)加固的目的；當(dāng)軟基中土體為非飽和黏性土?xí)r，其加固機(jī)理為擠密和置換共同作用，既能置換其中的水分，又能增加土體的密度，無論上述哪種軟基類型，采用振沖碎石樁技術(shù)均可以使軟基的承載力及穩(wěn)定性得到提升。

2.2 振沖碎石樁設(shè)計

2.2.1 樁長及樁徑

施工前要對碎石樁的樁長、樁徑合理設(shè)計，碎石樁的樁長主要取決于軟基的深度，樁體的長度需保證可以達(dá)到地基的持力層，以提高地基的穩(wěn)固性。碎石樁的樁徑主要取決于軟基的土質(zhì)因素，軟基土的黏性越大，則碎石樁的樁徑就越大，反之則越小。根據(jù)工程的實際情況，本次施工碎石樁的樁徑設(shè)計為0.5m，樁長設(shè)計為8～10m。

2.2.2 樁體布置及間距

振沖碎石樁的布置形式及樁體間距對軟土地基加固效果影響較大，目前碎石樁加固技術(shù)常用的布樁形式可分為3種，不同形式下樁體的間距計算方式也不同。第一種形式為等邊三角形布樁，其樁間距修正系數(shù)為0.95d；第二種為正方形布樁，其樁間距修正系數(shù)為0.89d；第三種布樁形式為梅花形布樁，其樁間距修正系數(shù)為0.92d。根據(jù)工程路基的寬度、長度等參數(shù)，為確保碎石樁處理效果，本次施工擬采取梅花形布樁方式，各個樁體之間的距離為1.2m[2]。

2.2.3 施工參數(shù)設(shè)計

（1）振沖碎石樁在成孔過程中主要采取機(jī)械作業(yè)的方式，為確保樁體的施工安全和質(zhì)量，在施工前需要對施工相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。具體參數(shù)主要包含3組，分別為造孔電流與造孔水壓、加密電流和加密水壓以及留振時間，其中造孔電流與造孔水壓參數(shù)的大小主要與軟基土層的硬度、振沖功能的大小有關(guān)，軟基土的硬度越大，則造孔電流與造孔水壓參數(shù)就越大。根據(jù)工程實際情況，本次施工中振沖機(jī)械的造孔電流控制在50～60A，造孔水壓控制在400～600kPa，當(dāng)土層硬度增加時，選擇較大的參數(shù)值。

（2）加密電流和加密水壓是指碎石樁施工中加密碎石時采取的電流和電壓大小，一般情況下其加密電流控制在45～60A，加密水壓控制在400～600kPa。留振時間是指機(jī)械擠密碎石材料的時間，這是控制碎石樁密度的終壓參數(shù)，其留振時間越長，碎石樁的密度就越大，直至達(dá)到穩(wěn)定值。依據(jù)工程的實際情況，以及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—91）中的要求，本次碎石樁施工留振時間控制在30～50s之間[3]。

2.2.4 樁體材料配比

碎石樁加固效果主要取決于碎石材料的大小及用量，考慮到軟基的實際情況，本次向樁體內(nèi)投放的碎石材料主要分為3個等級，分別為70mm以上的大粒徑碎石、30～70mm的中粒徑碎石以及30mm以下的小粒徑碎石。對工程所在地現(xiàn)有的碎石材料進(jìn)行分析，其中主要以30～70mm的粒徑碎石材料居多，因此，中粒徑碎石從施工現(xiàn)場開采。針對大粒徑碎石和小粒徑碎石通過采購的方式獲取，向樁體內(nèi)填筑碎石時通過大粒徑∶中粒徑∶小粒徑=1∶3∶1的配比開展填充作業(yè)。

2.3 振沖碎石樁施工流程

2.3.1 選擇振沖器

振沖碎石樁施工主要依靠機(jī)械作業(yè)，施工前先要選擇振沖器，目前常用的振沖器按功率大小可分為30kW和75kW兩種振沖器。其功率越高成樁后對周圍土體的影響就越大，且成樁數(shù)量較少能有效節(jié)省施工造價，但大功率的振沖器對施工要求更為嚴(yán)苛，對操作人員技術(shù)水平要求更高，因此，結(jié)合工程實際情況本次施工選擇功率為30kW的振沖器，每臺機(jī)械安排有2名操作人員以及4名普通施工人員進(jìn)行作業(yè)。

2.3.2 布置施工場地

正式開始振沖碎石樁施工前，施工單位應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的面積大小、工期長短以及氣候條件對場地進(jìn)行處理。

（1）要保障場地內(nèi)有足夠壓力的水供應(yīng)施工，水量應(yīng)保持在20～30m3/h，水壓控制在40～60kPa；

（2）保障場地內(nèi)的照明條件以及機(jī)械的運作，需要設(shè)置備用電源，從而保障機(jī)械的正常運行；

（3）場地內(nèi)修筑施工便道，方便機(jī)械入場、材料運輸?shù)裙ぷ鞯拈_展；

（4）對場地進(jìn)行簡易處理，將場地內(nèi)存在的障礙物、垃圾清除干凈，并依據(jù)施工要求開展放樣工作[4]。

2.3.3 成孔

上述準(zhǔn)備完成后開始碎石樁成孔作業(yè)。首先將準(zhǔn)備好的振沖器運輸?shù)轿?，并與設(shè)計的樁位對準(zhǔn)，然后檢查機(jī)械的各項性能，接通相關(guān)電路，最后按照設(shè)計的參數(shù)要求施工。當(dāng)振沖器向下沉入時，周邊要安排施工人員進(jìn)行監(jiān)測，將振沖器的下沉速度控制在1～2m/s，如檢測過程中發(fā)現(xiàn)存在參數(shù)超出或低于設(shè)計的參數(shù)，則應(yīng)立即采取針對性的措施，減緩會增加振沖機(jī)的下沉速度，當(dāng)振沖器下沉深度達(dá)到設(shè)計要求深度的30～50cm后，方可將振沖器提起，提升速度控制在5～6m/s。此外，在成孔過程中，包括電流大小、電壓大小、下沉速度、時間等所有參數(shù)均要詳細(xì)記錄[5]。

2.3.4 清孔

按照上述的操作流程重復(fù)1～2遍后，即表示沖孔完成，此時需要安排人員對成孔的效果進(jìn)行檢測，主要檢測項目包括孔深、孔徑、垂直度偏差等。如經(jīng)檢測成孔質(zhì)量不合格，則施工人員需要返工處理，必要時應(yīng)重新成孔施工，如經(jīng)檢測成孔質(zhì)量合格，則要利用水循環(huán)的方式進(jìn)行清孔。先將孔內(nèi)的泥漿變稀，然后持續(xù)此過程1～2min，待孔內(nèi)清理完成后將振沖器取出，進(jìn)行下一步工序。

2.3.5 制樁

（1）制樁是碎石樁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，此階段的主要工作是向孔內(nèi)填充碎石材料，并使碎石在振沖器的作用下實現(xiàn)加固周圍土體的效果。向樁體中填充碎石材料可分3次進(jìn)行，第一次填充碎石材料的用量控制在0.5m3，當(dāng)碎石按配比填充完成后放入振沖器，從孔口位置振入孔底，振沖器的作業(yè)參數(shù)應(yīng)符合設(shè)計參數(shù)，當(dāng)完成振沖后再向孔內(nèi)進(jìn)行第二次填料。第二次填料的用量控制在0.5～1.0m3，碎石材料填充后再依據(jù)第一次振密方式作業(yè)，然后再進(jìn)行第三次填料，直至碎石樁成型[6]。

（2）在碎石樁內(nèi)不斷填料振密的過程中，樁內(nèi)的碎石會在振沖器的作用下逐漸向周圍土體中擠入，當(dāng)周圍孔壁土內(nèi)存在的約束力與振沖形成的振動力一致后，則樁體周圍區(qū)域穩(wěn)定，此時表示周圍土體達(dá)到加固的效果，可將振沖器關(guān)閉，并向下一根碎石樁移動施工。在全部成樁初期不宜直接進(jìn)行檢測，檢測時間應(yīng)在成樁半個月或一個月后，以避免對樁體造成破壞，影響地基加固的效果。

2.4 施工注意事項

2.4.1 試樁作業(yè)

振沖碎石樁施工中涉及的參數(shù)眾多，為確保正式施工中碎石樁的加固效果，在正式施工前，應(yīng)按照相關(guān)施工規(guī)范要求、設(shè)計的施工參數(shù)、施工流程等進(jìn)行試樁。其主要目的有兩點，其一是對施工前設(shè)計的相關(guān)參數(shù)、施工方案等進(jìn)行驗證，如設(shè)計參數(shù)與實際施工存在沖突、差異，則施工單位可以及時進(jìn)行調(diào)整；其二是通過試樁的方式確定施工中的具體參數(shù)，同時增加施工人員的經(jīng)驗，從而保證在后續(xù)正式施工中可以有計劃、有安排地開展工作，最終保證碎石樁的加固效果。

2.4.2 成孔過程

由于軟基下的土體結(jié)構(gòu)無法直接觀察獲取，均要利用相關(guān)的機(jī)械設(shè)備勘探、掃描，其勘探到的地質(zhì)結(jié)果及情況與實際情況可能存在出入。因此，為避免施工中因此類問題引發(fā)安全事故，在成孔過程中應(yīng)注意其施工過程。如發(fā)現(xiàn)軟基土層土質(zhì)強(qiáng)度較低時，則可在振沖器下沉到該軟土層時在孔中填料，并進(jìn)行初步擠振，以避免塌孔問題；當(dāng)軟基土質(zhì)強(qiáng)度較高時，則可將振沖器活接頭上下兩部分用鋼絲繩連接起來，避免下沉過程中出現(xiàn)斷繩事故。

2.5 碎石樁復(fù)合地基檢測

2.5.1 檢測依據(jù)及流程

為有效判斷本工程振沖碎石樁技術(shù)的施工質(zhì)量，在成樁完成的1個月后對樁體外觀、地基荷載進(jìn)行了檢測。本次檢測遵循《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2002）規(guī)范中的要求，采用的設(shè)備包括120cm×120cm荷載板、精密壓力表、百分表等。檢測過程中，先對樁身外觀進(jìn)行檢測判斷，然后對地基展開荷載監(jiān)測，確定地基承載力特征值，并對施工質(zhì)量作出評價。

2.5.2 樁身外觀檢測

在碎石樁外觀質(zhì)量檢測中，主要采取抽樣檢測的方式，取樣的間隔為50m，確定取樣的位置后選取樣本并送入實驗室進(jìn)行分析，通過實驗室中的篩分試驗以及含泥量試驗，確定樁體中碎石的級配范圍以及含泥量。經(jīng)檢測，本工程碎石樁的級配范圍在規(guī)范要求的5cm以內(nèi)，且含泥量為9.1%，在規(guī)范要求的10%以內(nèi)。此外，碎石樁的樁徑、樁長、間距、位置等均在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，表明其外觀質(zhì)量合格[7]。

2.5.3 地基荷載監(jiān)測

（1）在碎石樁地基荷載試驗中，其荷載試驗的加荷等級分為8～12級，最大的加載壓力不得小于設(shè)計壓力值的2倍。本工程荷載試驗時采用8級加載法，每級加載50.2kN，最大加載保持在400.8kN。每次加載前后均要安排人員對承壓板的承載量進(jìn)行記錄，且每30min再記錄一次，如加載后1h內(nèi)的沉降量在0.1mm以內(nèi)，則開始下一級加載。如加載中出現(xiàn)沉降量巨大，且周圍土體明顯隆起、承壓板沉降量大于其寬度的6%、未達(dá)到極限荷載，但最大加載壓力已大于設(shè)計要求壓力的2倍等情況時，應(yīng)立即停止試驗。待全部加載后進(jìn)行卸荷，卸荷時分為4級，每級卸荷后間隔30min讀記回彈量，待全部卸荷完成后間隔3h再讀記總回彈量。

（2）經(jīng)地基荷載監(jiān)測后，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79—2002）的要求確定地基承載力的特征值。其極限荷載為280kPa，根據(jù)上述地基的沉降值大小監(jiān)測結(jié)果得知，其沉降量均在設(shè)計要求的0.1mm/h的范圍內(nèi)，地基的承載力均在極限荷載的一半，即140kPa以上，這證明，該工程軟土地基經(jīng)碎石樁加固后，其地基沉降值與承載力均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，本次施工質(zhì)量合格。

3 結(jié)語

綜上所述，采用振沖碎石樁技術(shù)對公路軟土地基進(jìn)行加固，可以在公路軟基區(qū)域形成一種復(fù)合地基，以增加軟基的穩(wěn)定性及其他性能。這既是一種經(jīng)濟(jì)合理的方法，又是一種行之有效的加固技術(shù)，但要確保該技術(shù)在軟基加固中的應(yīng)用效果，必須結(jié)合工程實際制定詳細(xì)的施工方案，并在后續(xù)施工中嚴(yán)格把控施工工序及流程，從而保證振沖碎石樁的施工質(zhì)量。