王來(lái)順

摘要：沖擴(kuò)碎石擠密樁具備造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、加固效果好等特點(diǎn)，能有效提高復(fù)合地基的承載力，因而在特殊地基處理眾得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)沖擴(kuò)擠密碎石樁的設(shè)計(jì)、成樁原理、施工工藝、應(yīng)用及地基加固效果進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)工程實(shí)例，驗(yàn)證了其加固地基的可行性。

關(guān)鍵詞：復(fù)合地基；設(shè)計(jì)；施工；應(yīng)用

0? ?引言

沖擴(kuò)碎石擠密樁具備造價(jià)低、施工簡(jiǎn)便、加固效果好等特點(diǎn)，能有效提高復(fù)合地基的承載力，因而在特殊地基處理中得到了廣泛應(yīng)用。本文以某立交橋柱錘沖擴(kuò)擠密碎石樁復(fù)合地基處理方案為例，通過(guò)合理確定設(shè)計(jì)參數(shù)，并經(jīng)試樁施工及樁間土檢測(cè)，證明該技術(shù)其加固地基的可行性[1]。

1? ?工程概況

1.1? ?工程基本情況

某高速全長(zhǎng)5.52km，其第六標(biāo)段西起溫榆河北岸，向東跨機(jī)場(chǎng)高速、機(jī)場(chǎng)輔路，是一座大型的互通式立交，起止樁號(hào)為K8+489～K9+740，全長(zhǎng)1.25km。橋梁面積7.5萬(wàn)m2，道路面積4.2萬(wàn)m2，工程造價(jià)2.6億元。

本工程機(jī)場(chǎng)高速立交橋東側(cè)（K9+355～K9+740）穿越現(xiàn)況采砂坑，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告揭示，該砂坑受降雨及地下水影響，目前坑內(nèi)積水較多而形成大面積水域，水下淤泥層厚約1m。砂坑?xùn)|西兩側(cè)已部分回填，回填成分主要為房渣土，含生活垃圾，成分較雜，工程性質(zhì)較差，難以滿足路基設(shè)計(jì)要求，因此需對(duì)該區(qū)域進(jìn)行地基處理。

設(shè)計(jì)要求處理后地基容許承載力不得小于150kPa，路段部分不得小于120kPa。該區(qū)域范圍地質(zhì)復(fù)雜，業(yè)主、監(jiān)理、施工、勘探、設(shè)計(jì)部門對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了多次踏勘，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況以及地質(zhì)勘察部門提供的詳細(xì)勘察資料，確定K9+355～K9+410范圍采用沖擴(kuò)碎石樁方案處理，K9+410～K9+740范圍采用換填方案處理。

1.2? ?土層狀況

本段道路范圍內(nèi)地形起伏較大，總體地勢(shì)為自西向東逐漸降低。根據(jù)勘察資料，場(chǎng)區(qū)內(nèi)各土層分述如下：

表層為中亞黏土填土、輕亞黏土填土①層及房渣土①1層（采砂坑內(nèi)水域以下局部為淤泥）；填土厚度在采砂坑外為2.3～11.4m不等，在采砂坑內(nèi)無(wú)積水處為0.7～2.3m左右，在水域范圍內(nèi)為0.3～2m左右。

標(biāo)高19.97～22.30m以下為中亞黏土、重亞黏土②層、重亞砂土、輕亞黏土②1層及黏土②2層（該大層局部缺失）。標(biāo)高14.64～20.19m以下為細(xì)砂、中砂③層，圓礫③1層，輕亞黏土、重亞砂土③2層及中亞黏土③3層。標(biāo)高13.38～14.62m以下為細(xì)砂、中砂④層及圓礫④1層；標(biāo)高8.51～10.27m以下為輕亞黏土、重亞砂土⑤層，中亞黏土、重亞黏土⑤1層，含有機(jī)質(zhì)黏土⑤2層及細(xì)砂⑤3層。

現(xiàn)況地面下20m深度范圍內(nèi)共有兩層地下水：第1層地下水靜止水位標(biāo)高為19.18～21.94（埋深1.7m～6.5m）；第2層地下水靜止水位標(biāo)高為15.74～16.93（埋深6.4m～9.3m）。

2? ?地基處理設(shè)計(jì)方案

2.1? ?方案確定

K9+355～K9+410范圍為橋頭高填方區(qū)域，現(xiàn)況地基淺部主要為回填土，成分為建筑垃圾，天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為80kPa，承載力較低，為欠壓密狀態(tài)。結(jié)合擬建場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，考慮機(jī)械施工能力和處理效果，處理后地基承載力特征值不小于150kPa，以及沉降需控制在3cm以內(nèi)，在該范圍內(nèi)選擇柱錘沖擴(kuò)擠密碎石樁復(fù)合地基處理方案。處理范圍為K9+355.53～K9+410，處理長(zhǎng)度54.5m，處理平均寬度62m。

2.2? ?相關(guān)參數(shù)確定

樁體按梅花形滿堂紅布置，間距1.2m×1.2m，置換率17.56％。樁截面形狀為圓形，施工直徑550mm，樁頂鋪設(shè)300mm厚砂石辱墊層，辱墊層上鋪設(shè)500mm厚加筋二灰墊層。樁身材料為不大于10cm的級(jí)配碎石，樁長(zhǎng)7.50m，辱墊層采用級(jí)配砂石，采用壓路機(jī)壓實(shí)?？倶稊?shù)為2532根加筋二灰墊層中，二灰穩(wěn)定砂礫壓實(shí)度要求≥95％，７天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.5MPa，中間鋪設(shè)雙向土工格柵，網(wǎng)格尺寸為39mm×39mm，橫、縱向產(chǎn)生5％應(yīng)變拉伸力應(yīng)≥14kN/m。

委托第三方進(jìn)行單樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)，單樁靜載試驗(yàn)樁數(shù)量為總樁數(shù)的0.5％，靜載試驗(yàn)點(diǎn)為17點(diǎn)，試驗(yàn)在成樁14天后進(jìn)行。

3? ?沖擴(kuò)擠密碎石樁工藝原理及特點(diǎn)

3.1? ?工藝原理

沖擴(kuò)擠密碎石樁是利用重錘沖擊成孔，使樁端及樁身周圍土得到第一次擠密。成孔至設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)標(biāo)高后在孔中分層填入碎石，提升重錘到一定高度，令其自由落體，夯擊碎石到松散的軟土地基，使樁端及周圍的土體得到第二次擠密。依次填入碎石，夯擊碎石，通過(guò)控制填料夯擊后的貫入度，掌握樁周土體的密實(shí)度。在相同能量夯擊下控制相同的貫入變形，利用此方法有效擠密加固樁周圍及樁底土層，使松散的土壤更加密實(shí)，減少地基土的壓縮變形，有效提高地基土的承載力和壓縮模量。成孔夯孔原理如圖1所示。

3.2? ?工藝特點(diǎn)

柱錘沖擴(kuò)擠密碎石樁復(fù)合地基施工工藝，施工風(fēng)險(xiǎn)小，加固效果好，是一種成熟的地基處理措施。其工藝設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)都有據(jù)可依，各種施工參數(shù)有規(guī)范可循，技術(shù)性較強(qiáng)。該工藝對(duì)樁間土有明顯的擠密作用，并且工藝造價(jià)經(jīng)濟(jì)，取材容易，便于施工，受季節(jié)影響小[2]。

4? ?施工工藝流程

夯擴(kuò)擠密碎石樁施工工藝流程如圖2所示，具體如下：施工準(zhǔn)備→放樁位線→沖擴(kuò)樁機(jī)就位→成孔→填料夯擊密實(shí)→成樁→靜載試驗(yàn)→級(jí)配砂石辱墊層→加筋二灰墊層。

4.1? ?施工準(zhǔn)備

先清除地表生活垃圾至標(biāo)高24m?？紤]到施工效果，為防止因沖擴(kuò)導(dǎo)致槽底土體隆起，影響沖擴(kuò)效果，開(kāi)挖完畢后采用大于18t振動(dòng)壓路機(jī)對(duì)作業(yè)面碾壓6～8遍，再進(jìn)行柱錘沖擴(kuò)樁施工。按照設(shè)計(jì)樁位平面布置圖進(jìn)行樁位放線，放線樁位允許偏差小于2cm。放線采用鋼卷尺拉線，放線完成后由專人進(jìn)行復(fù)核。期間所用得機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表1。

4.2? ?夯擊成孔

施工前，技術(shù)人員再次復(fù)核基礎(chǔ)軸線、樁位線，然后進(jìn)行正式施工。根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)條件、周邊環(huán)境條件，利用W-101型沖擴(kuò)樁機(jī)重錘沖擊成孔。夯錘直徑為370mm，樁徑為550mm。沖擴(kuò)樁機(jī)間支設(shè)要保持一定距離，防止在施工過(guò)程中互相干擾，保證樁機(jī)支設(shè)牢固、穩(wěn)定，在施工過(guò)程中不移位[3-4]。

提升柱錘（柱錘重3.5t）至一定高度（錘底落距不得小于5m）讓其自動(dòng)脫鉤，使錘自由落體，并與樁保持同一軸線上沖擊成孔。查看柱錘上深度標(biāo)志，確保成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高。成孔達(dá)到?jīng)_擴(kuò)位置后，由質(zhì)控人員對(duì)孔深、孔徑、孔位進(jìn)行驗(yàn)收。在施工過(guò)程中及時(shí)填寫施工記錄表，然后監(jiān)理進(jìn)行抽檢。夯擊成孔如圖3所示。

4.3? ?樁身材料投放

樁身材料為粒徑20～50mm的機(jī)碎石。材料中含泥量大于5%，并不易含有大于80mm的顆粒。成孔至設(shè)計(jì)深度時(shí)，用小推車或小型裝載機(jī)運(yùn)輸填料，邊填邊沖擴(kuò)，使樁體材料通過(guò)沖擴(kuò)施工達(dá)到設(shè)計(jì)深度。每次填料量0.3m3，使用重錘進(jìn)行沖擴(kuò)，直至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，保證樁徑不小于550mm。沖擴(kuò)過(guò)程中不得有污染，且應(yīng)保證密實(shí)性。

填料在柱底3m范圍內(nèi)，采用填一夯三，其余填一夯二。在柱頂3m范圍內(nèi)填一夯三，逐步夯擊成樁。填料的充盈系數(shù)按1.3考慮，認(rèn)真填寫施工記錄。樁機(jī)移位，重復(fù)以上步驟進(jìn)行下一根樁施工。為了更好的使錘沖擴(kuò)樁滿足地基承載力，施工從四周向中間展開(kāi)。

4.4? ?鋪設(shè)褥墊層及加筋二灰施工

樁施工完畢后，鋪設(shè)30cm厚砂石褥墊層，采用級(jí)配小于3cm的砂（碎）石，使用平板振搗器振搗密實(shí)。壓振3～5遍，控制振速，振實(shí)后的厚度與虛鋪厚度之比應(yīng)小于0.93。褥墊層上鋪設(shè)50cm厚加筋二灰墊層，7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度需達(dá)到0.5MPa。

采用推土機(jī)配合平地機(jī)分3層攤鋪，用重型壓路基碾壓密實(shí)，密實(shí)度需≥95％。二灰中間鋪設(shè)雙向土工格柵，格柵尺寸39mm×39mm，橫、縱向抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥20kN/m，橫、縱向2％應(yīng)變拉伸力應(yīng)≥7kN/m，橫、縱向5％應(yīng)變拉伸力應(yīng)≥14kN/m。

5? ?復(fù)合地基靜載試驗(yàn)

柱錘沖擴(kuò)擠密碎石樁施工完成后，對(duì)沖擴(kuò)擠密碎石樁地基處理效果進(jìn)行檢測(cè)。本次檢測(cè)采用平板荷載試驗(yàn)評(píng)價(jià)復(fù)合地基的承載力。壓板采用正方形鋼板，尺寸為1.2m×1.2m，面積為1.44m2。荷載試驗(yàn)的最大荷載，取設(shè)計(jì)地基承載力特征值的2.0倍，為432kN。本試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，加荷分級(jí)按10級(jí)考慮，采用堆載提供反力。

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合場(chǎng)地地基地質(zhì)情況、施工情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)。荷載試驗(yàn)曲線為平緩變化曲線，最大荷載時(shí)沉降穩(wěn)定收斂。結(jié)合相對(duì)變形值法取值s/b≤0.01（s為沉降量，b為承壓板邊長(zhǎng)）進(jìn)行地基承載力判定。在達(dá)到設(shè)計(jì)要求荷載時(shí)，其相對(duì)沉降均未達(dá)到變形界限，且沉降均勻，據(jù)此判定，經(jīng)過(guò)處理后地基的荷載試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求，可以按照設(shè)計(jì)條件使用[5]。

綜上所示，K9+355～K9+410范圍沖擴(kuò)擠密碎石樁地基處理后強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，可以按照設(shè)計(jì)條件使用。建設(shè)綜合勘察研究院對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，地基承載力特征值不小于150kPa，按照有關(guān)規(guī)范可知，其地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

6? ?結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用柱錘沖擴(kuò)樁技術(shù)處理地基，夯擊能量高加固深度大，密實(shí)性和均勻性都好。由于樁錘重量較小，對(duì)夯錘及器具的要求條件低，所產(chǎn)生的公害也小。采用的樁體材料可取建筑無(wú)機(jī)渣土，使廢物得到了充分利用，符合國(guó)家倡導(dǎo)的環(huán)保理念。此外，在柱錘沖擴(kuò)樁技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)加大夯錘、提高夯擊能量、運(yùn)用水泥等膠性材料發(fā)展起來(lái)的孔內(nèi)深層強(qiáng)夯技術(shù)，在地基處理深度、處理范圍等方面運(yùn)用也十分廣泛。

參考文獻(xiàn)

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