基金項目：

2022年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“帶瀝青夾層的水泥混凝土路面結構的減振效應及動力響應研究”（編號：2022KY1123）

作者簡介：

蒙 藝（1985—），碩士，高級工程師，研究方向：道路與橋梁工程。

摘要：文章以南寧市良慶區(qū)華安路的浸水軟土地基為例，從技術適應性及經(jīng)濟合理性等方面對比了碎石樁、高壓旋噴樁、預應力混凝土管樁及拋石擠淤四個方案，并結合工程的實際情況選擇碎石樁方案作為推薦方案。在項目完工后對碎石樁處治后的復合地基進行靜載承載力檢測，結果表明檢測質量符合設計規(guī)范要求，驗證了碎石樁技術的可靠性。

關鍵詞：碎石樁；軟土地基；復合地基；承載力；荷載試驗

中圖分類號：U416.1文獻標識碼：A 07 019 4

0 引言

道路工程的穩(wěn)定性和耐久性在很大程度上取決于其地基的承載能力。浸水軟土地基由于其高含水量、低承載力以及易變形的特性，一直是道路工程設計和施工中的難題。傳統(tǒng)的地基處理方法往往存在成本高、施工難度大、環(huán)境影響嚴重等問題。因此，探索一種經(jīng)濟、高效、環(huán)保的地基處理技術對于提升道路工程質量、延長使用壽命、降低維護成本具有重要意義。盡管已有研究對碎石樁技術進行了一定的探討，如易劍輝等［1］探討了振動沉管碎石樁在復合地基處理中的應用，指出該技術能有效提高地基承載力和減少沉降。宗敬云［2］分析了碎石樁技術在公路工程軟基加固中的應用，強調了其在提高地基承載力和加速固結過程中的作用。陳金鵬［3］對軟基加固施工技術在市政道路施工中的經(jīng)濟性進行了分析，提出碎石樁技術相比于傳統(tǒng)方法具有更好的性價比。萬強［4］的研究強調了碎石樁技術在市政道路工程中的應用價值，尤其是在軟土地基加固中的實用性。但目前關于碎石樁技術在特定不良地質條件下的系統(tǒng)性研究仍然不足，特別是在浸水軟土地基的處理上，如何結合水文地質特點和經(jīng)濟性進行優(yōu)化設計，仍是當前研究的一個空白。本文將基于土力學、地基與基礎工程的理論基礎，依托南寧市華安路的浸水軟土地基的實際工程案例，對碎石樁技術的設計和施工進行詳細分析。通過對比分析碎石樁與其他地基處理技術的優(yōu)缺點，提出碎石樁技術在浸水軟土地基處理中的最佳應用方案，并通過對碎石樁實施后的復合地基承載力進行檢測，驗證碎石樁技術的可靠性，研究成果可為類似地質條件下的道路工程提供借鑒與指導。

1 工程概況

本研究以南寧市華安路為例。華安路位于南寧市良慶區(qū)西南部，道路等級為城市次干路，采用整體式斷面形式，地基寬度為36 m。道路沿線為丘陵地貌，地形起伏較大。該道路于樁號K3+720～K3+875及K3+995～K4+085段范圍為水塘區(qū)域。水塘一面積約12 552 m2，平均水深約1.8 m；水塘二面積約9 753 m2，平均水深約1.5 m。水塘水抽排干后塘內(nèi)土質仍呈現(xiàn)軟塑半流動狀態(tài)。根據(jù)項目地質勘察報告，水塘內(nèi)自上而下土層特征簡述如下：

（1）沖填土：黃、灰黃色，流塑狀態(tài)，各向異性，由場地內(nèi)砂場洗砂的廢水沖積沉積形成。主要成分為黏性土，沖填時間約1～2年，未完成自重固結，屬于欠固結土，具高壓縮性。標準貫入試驗實測錘擊數(shù)平均值為1.1擊，厚約3.5～14.0 m。承載力低，不經(jīng)處理不得作為路基持力層。

（2）黏土：黃、棕黃色，局部夾灰白色，呈硬塑狀態(tài)，局部可塑狀，屬潮濕類型土，壓縮系數(shù)平均值為0.21 MPa-1，具中等壓縮性。標準貫入試驗實測錘擊數(shù)平均值為10.7擊，埋深約3.5～24.3 m。承載力高，可作為路基和雨污水管持力層。

2 浸水軟土地基處治技術方案對比

華安路在水塘區(qū)域路段的設計路面下有沖填土等軟弱土，其承載力低，未經(jīng)處治不得作為地基持力層?？紤]到兩個水塘面積較大，且軟弱土層厚約3.5～14.0 m，若采用對塘內(nèi)沖填土進行整體清淤后換填好土的處治方案，需挖棄約150 000 m3軟弱土，不僅造價高，工期長，且大量棄土的出現(xiàn)會對環(huán)境保護造成不利影響。因此，考慮對水塘區(qū)域的路段地基進行加固補強處治。在研究類似項目文獻及地基處治規(guī)范的基礎上，提出碎石樁、高壓旋噴樁、混凝土預制管樁、拋石擠淤四種技術可行的地基處治方案。方案比選分析結果見下頁表1。

四種方案經(jīng)表1比較得知，碎石樁為散體材料樁，樁體與周邊土體構成了碎石復合地基，該地基具有排水固結、振實壓密和置換增強的作用，更適用于處治高含水量的軟土地基，可以較好地提高地基承載力，降低地基塑性變形。此外，樁體材料不需水泥、鋼材，造價相對低。因此，從技術適用、安全可靠、經(jīng)濟環(huán)保等各方面綜合比選，本工程水塘區(qū)域內(nèi)軟土地基最終選擇方案一（碎石樁）予以處治。

3 碎石樁方案設計及施工技術要點

3.1 具體布樁設計方案

根據(jù)場地條件，主要對塘內(nèi)軟土（主要為沖填土）進行加固處治，布樁方式采用梅花型布樁，設計碎石樁平均碎徑為50 cm。根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2012）［5］：

fspk =m fpk+（1-m） fsk

（1）

式中：fspk——地基經(jīng)加固后復合地基承載力特征值（kPa）；

fpk ——碎石樁體承載力特征值（kPa）；

fsk ——樁間土承載力特征值（kPa）；

m——面積置換率，m=Ap/ Ae（kPa）；

Ap——樁截面面積（m2）；

Ae——單樁所分擔的加固面積（m2）。

對本項目地軟土地基，要求處治后的復合地基承載力fspk≥160 kPa，取fpk=420 kPa，fsk=85 kPa，則m≥0.224。因此本項目按置換率m≥0.224控制樁距，s≤1.01 m，取樁中心距s=1.0 m。

路槽線以下超挖200 cm厚度，以下采用鋪設60 cm厚砂礫石墊層+施打碎石樁，樁打至fak=225 kPa的黏土層，深入黏土層以下50 cm，樁長lp=4.0～14.5 m。碎石樁處治地基平面及縱斷面如圖1～2所示。

3.2 施工技術要點

碎石樁施工的工藝流程如圖3所示：

3.2.1 平整場地

施工區(qū)周邊修筑臨時排水溝以確保場地排水通暢防止積水，進行表面軟土層碾壓，用碎石鋪設施工機械進出道路。

3.2.2 施工前應進行成樁試驗

試驗數(shù)量為7～9根，若仍不能達到設計要求，可通過調整樁的中心距及樁體填料數(shù)量等參數(shù)來調整設計參數(shù)。

3.2.3 樁體填料

碎石樁樁體填料采用級配良好的碎石，粒徑為20～40 mm，并摻入20%的石屑，含泥量≤5%。

3.2.4 砂礫石墊層

碎石樁頂設置0.6 m厚砂礫石墊層，壓實度滿足地基壓實度要求。

3.2.5 平面施工順序

按規(guī)范要求，從外側邊緣向中央打或從兩側邊緣向中央打，對于黏土等土層，可采用隔排或隔樁間隔跳打方式進行施工，以減少打樁對原土的擾動。

3.2.6 樁機定位

樁機固定好位置后，閉合樁靴，對準樁位緩緩打入土層，若沉管過程中發(fā)現(xiàn)中心距偏差gt;50 mm，可墊上碎石后重新下管，最后調整樁管與原地面垂直。

3.2.7 沉管

沉管過程中應觀察沉管的速度是否在正常范圍內(nèi)，以及沉管是否有擠偏現(xiàn)象，若出現(xiàn)異常情況應及時分析原因，采取措施進行糾偏。當沉管穿過軟土層達到設計深度時，應注意電流值變化，按規(guī)定應對沉管全過程做好施工記錄。

3.2.8 混合料灌注

當沉管達到設計深度后，應立即投入樁體混合料。混合料灌料計算方法為：先計算沉管外徑與樁長相乘的體積，再乘以充盈系數(shù)值?？煞执渭庸嗷旌狭希谝淮螒獙⒊凉芄酀M，以后加料時，應控制管內(nèi)混合料高度平面高于工作面。

3.2.9 拔管

拔管速度要均勻，建議控制范圍為1.2～1.5 m/min。當沉管拔出地面后，若充盈系數(shù)＜1，則可認為樁身可能存在縮徑或斷樁隱患，應及時研究補救措施，若發(fā)現(xiàn)樁頂面低于設計標高，應即時補灌。

3.2.10 碾壓

大面積碎石樁施工結束休止兩周后，在作用面振動碾壓處治以形成復合地基面層，用重型振動壓路機碾壓4～6遍，并達到地基壓實度要求。

4 工后質量檢測效果

4.1 檢測目的及抽檢數(shù)量

碎石樁實施完畢后，進行靜載試驗對本工程復合地基進行驗收檢測。采用圓形承壓板，承壓板面積為1.25 m2，驗證承壓板下應力主要影響范圍內(nèi)復合土層的承載力是否滿足設計規(guī)范要求。根據(jù)《建筑地基處治技術規(guī)范》（JGJ79-2012），復合地基靜載荷驗收檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的1%。本工程實施碎石樁總樁數(shù)為10 817根，復合地基靜載荷抽樣數(shù)量為110個點。

4.2 檢測結果與分析

本工程軟土地基處治進行了110個點的復合地基靜載試驗。試驗結果表明，經(jīng)碎石樁處治后的復合地基承載力均可達到160 kPa，滿足設計規(guī)范要求。取其中一個試驗點（試驗樁編號：93-30）的單樁復合地基承載力進行檢測分析。

試驗加載至最大加載量320 kPa時，經(jīng)過320 min觀測，承壓板頂沉降已達到相對穩(wěn)定，最大加載壓力已不小于設計要求壓力值的2倍，故終止了加荷。此時承壓板頂?shù)牟砍两抵禐?5.36 m，然后分級加載至零，承壓板頂回彈值為5.57 mm，殘余沉降值為39.79 mm。p-s曲線（壓力-沉降曲線）為緩變形曲線，s/b=0.02所對應的壓力值（s為承壓板穩(wěn)定的沉降值，b為承壓板的邊長或直徑）大于最大加載壓力的50%，故本試驗點的豎向抗壓承載力特征值評定為最大加載壓力的50%即160 kPa，承載力滿足設計規(guī)范要求。試驗數(shù)據(jù)分析整理見表2，相關圖見圖4～6。

5 結語

（1）通過對碎石樁、高壓旋噴樁、預應力混凝土管樁、拋石擠淤四種適應本工程道路浸水軟土地基的處治方案進行技術經(jīng)濟比選分析得知，碎石樁方案具有施工便捷，造價較低，質量可控等優(yōu)點，應作為推薦方案。

（2）提出碎石樁具體設計方案、施工工藝流程及施工方法，為相關工程碎后樁加固技術提供參考借鑒。

（3）對碎石樁實施后的復合地基進行靜載檢測，結果顯示其承載力滿足設計規(guī)范要求，加固效果良好，證實了碎石樁的技術可靠性。

參考文獻

［1］易劍輝，郭志輝，余文龍.振動沉管碎石樁在復合地基處理中的應用［J］.工程建設與設計，2020：27-28.

［2］宗敬云.公路工程軟基加固施工中碎石樁技術的應用［J］.黑龍江交通科技，2021（11）：31，33.

［3］陳金鵬.軟基加固施工技術在市政道路施工中的分析［J］.科學技術創(chuàng)新，2020：124-125.

［4］萬 強.市政道路工程軟土地基樁基施工技術［J］.工程機械與維修，2023（1）：214-216.

［5］JGJ 79-2012，建筑地基處理技術規(guī)范［S］.