碎石樁加固軟土地基在高速公路中的應(yīng)用

李志軍，李欽勇，閆桃芬

（1.內(nèi)蒙古錫林郭勒盟滿都拉圖養(yǎng)路工區(qū)，內(nèi)蒙古 蘇尼特左旗 011300；2.內(nèi)蒙古二連浩特邊防公路機(jī)械化養(yǎng)護(hù)隊(duì)，內(nèi)蒙古 二連浩特 012600）

碎石樁法是指用振動(dòng)或沖擊荷載將底部裝有活瓣式鋼樁靴的樁管擠入地層，在軟弱地基中成孔后，再將碎石從樁管投料口處投入樁管內(nèi)，然后邊振動(dòng)、反插，邊上拔樁管，形成密實(shí)碎石樁，從而加固軟土地基的施工方法。碎石樁與周圍土體一起形成復(fù)合地基,以提高地基承載力和減少沉降，從而達(dá)到軟土地基加固處理的目的。

1 工程概況

國(guó)道207線寶昌至三號(hào)地高速公路建設(shè)項(xiàng)目在主線K267+100～K267+600段和K280+350～K281+100段采用了碎石樁法加固軟土地基；主線路面結(jié)構(gòu):上面層為4 cm AC-16F中粒式瀝青混凝土，中面層為5 cm AC-20C中粒式瀝青混凝土，下面層為7 cmAC-25C粗粒式瀝青混凝土，基層為20 cm水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，底基層為20 cm水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，墊層為20 cm級(jí)配碎石。

2 碎石樁施工地質(zhì)原因分析

主線K267+100～K267+600段，長(zhǎng)度為500 m，位于丘陵間洼地，地勢(shì)平緩，多雨年份積水成灘，地表植被茂密，地表出露土層主要是第四系沼積青灰色高液限黏土和低液限粉土，土質(zhì)松軟，地基承載力較低，該段沒有常年積水，地下水一般埋深1.5 m～2.5 m，雨季最大積水深度為0.35 m，局部最大軟土層厚4.0 m，其余軟土層厚度大于2.0 m；主線K280+350～K281+100段，長(zhǎng)度為750 m，位于干涸湖泊邊緣，地勢(shì)低洼,地表出露土層主要是第四系沖積、沼積的低液限黏土、低液限粉土、粗礫砂和粉細(xì)砂層，地表植被茂密,表層土質(zhì)松軟，地基承載力較低,該段沒有常年積水，地下水一般埋深為1.5 m～2.0 m，雨季最大積水深度為0.45 m，該段在距湖泊最近處的低洼部分軟弱土層厚度最大，在3.0 m～4.0 m之間，其余軟土層厚度大于2.0 m；上述兩個(gè)段落均采用碎石樁法加固地基,同時(shí)路基底部填筑80 cm石渣，用沖擊壓路機(jī)沖壓30遍，并鋪設(shè)土工格柵,最后結(jié)合超載預(yù)壓進(jìn)行處理。

3 試驗(yàn)段確定施工方法和參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)段相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、地形地質(zhì)、以往類似工程實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)和工程具體要求確定了施工方法和施工參數(shù)。

3.1 施工方法

本項(xiàng)目采用振動(dòng)成樁法進(jìn)行碎石樁的施工工作。

3.2 施工參數(shù)

（1）樁間距：樁中心間距均為1.5 m，按梅花樁布置。

（2）樁長(zhǎng)：根據(jù)地勘資料確定，考慮地面標(biāo)高及加鋪石渣墊層厚度，相鄰樁號(hào)間碎石樁長(zhǎng)度可內(nèi)插確定，處置深度為2.5 m～7.7 m。

（3）樁徑：樁徑統(tǒng)一為0.4 m。

（4）樁體材料：碎石樁所用碎石粒徑為2 cm～5 cm，碎石最大粒徑不大于5 cm，含泥量不大于5%。

（5）打樁機(jī)功率：宜為100 kN～150 kN。

4 碎石樁施工工藝控制

（1）清理整平施工場(chǎng)地，測(cè)量地面高程，放線定位，按梅花樁標(biāo)記碎石樁施打位置，并進(jìn)行樁位高程和位置復(fù)核。

（2）打樁機(jī)就位，合攏活瓣式鋼樁靴,將管樁垂直向下，鋼樁靴對(duì)準(zhǔn)樁位標(biāo)記，鋼樁靴垂直向下深入土中。

（3）啟動(dòng)振動(dòng)錘，開始施打，樁管沿樁位垂直向下沉至設(shè)計(jì)深度。

（4）沉管至設(shè)計(jì)深度后，進(jìn)行碎石灌注作業(yè),將碎石由加料口注入樁管內(nèi)，灌入量按樁身理論方案量與充盈系數(shù)（控制在1.4～1.5之間）計(jì)算，并嚴(yán)格做好施工記錄。

（5）逐步拔管，拔管時(shí)先振動(dòng)5 s～10 s后開始拔管，邊振邊拔，拔管速度控制在1.0 m/min～1.5 m/min，每拔高0.5 m～1.0 m時(shí)，停止拔管并繼續(xù)振動(dòng)（10 s～20 s）,每提升約1.5 m時(shí)反插一次。

（6）根據(jù)單樁設(shè)計(jì)碎石量確定第一次投料成樁長(zhǎng)度，并及時(shí)補(bǔ)充樁管內(nèi)碎石。

（7）重復(fù)步驟（5）和（6），直至樁管提升至地面,該點(diǎn)碎石樁施工完畢。

（8）移至下一點(diǎn),重復(fù)步驟（2）～（7），完成下一點(diǎn)的碎石樁施工工作。

（9）采用由兩側(cè)向中間，隔行跳打的方式，重復(fù)步驟（8），完成全部碎石樁的施工工作。

5 碎石樁施工注意事項(xiàng)

（1）碎石樁施工前，路基兩側(cè)開挖縱向排水溝，保證路基在固結(jié)過程中擠出的地下水及時(shí)排走。

（2）施工前，進(jìn)行成樁實(shí)驗(yàn)（一般為7～9根），以確定設(shè)計(jì)參數(shù)和樁長(zhǎng)是否合理。

圖1

（3）振動(dòng)成樁速度不能過快，以免造成碎石灌入量不足、碎石不密實(shí)、樁徑不足和斷樁等問題，影響處理效果，引起路基病害。

（4）管內(nèi)灌入碎石量大于1/3管長(zhǎng)時(shí)，方可開始拔管。

（5）拔管速度控制在1 m/min～1.5 m/min為宜，不能過快以免造成斷樁、縮頸等質(zhì)量事故。

（6）碎石樁實(shí)際灌注量不得小于計(jì)算的95%，發(fā)現(xiàn)灌注量不夠或中斷等情況，應(yīng)采用反插或復(fù)打等措施。

（7）碎石樁樁長(zhǎng)按照設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)與貫入度雙控控制，貫入度控制為:在最后2 min內(nèi)貫入度小于5 cm。

（8）樁位準(zhǔn)確、樁身連續(xù)垂直，樁距誤差不大于15 cm，垂直度偏差不大于1.5%。

6 碎石樁施工后的試驗(yàn)檢測(cè)

本項(xiàng)目采用慢速維持荷載法檢測(cè)碎石樁路基承載力特征值是否滿足150 kPa的設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)時(shí)以自卸車作為反力，手動(dòng)1 000 kN油壓千斤頂加荷，油壓表量測(cè)荷載，兩塊百分表量測(cè)沉降變形，分8級(jí)逐級(jí)加荷，每級(jí)相對(duì)穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)時(shí)間間隔按規(guī)范進(jìn)行。選擇具有代表性的兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，荷載試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

表1 K267+140.3-16＃荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總

表2 K280+798.4-27＃荷載試驗(yàn)結(jié)果匯總

7 結(jié)束語

碎石樁加固軟土地基具有擠密、排水降壓和砂基減震作用，因其具有技術(shù)可靠、機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單、操作技術(shù)易于掌握，節(jié)省三材、加速施工進(jìn)度、節(jié)約成本等的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，在利用碎石樁法加固軟土地基施工過程中應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地質(zhì)情況，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),確定科學(xué)合理的施工方案，并加強(qiáng)過程控制，用試驗(yàn)數(shù)據(jù)和施工經(jīng)驗(yàn)來指導(dǎo)施工；碎石樁法施工完成后，一定要進(jìn)行預(yù)壓和定期沉降觀測(cè)，并做好監(jiān)測(cè)記錄。

［1］國(guó)道207線寶昌至三號(hào)地（蒙冀界）段高速公路兩階段施工圖設(shè)計(jì)，2008.6.

［2］舒懷珠.振沖碎石樁處理飽和軟弱土地基的工程應(yīng)用研究［J］.公路水運(yùn)，2008 年 08 期.

［3］趙明.碎石樁復(fù)合地基理論分析與試驗(yàn)研究[D].湖南大學(xué)，2002年.

［4］張榮堂.碎石樁在寧合高速公路上的應(yīng)用[J].中國(guó)市政工程，1996年04期.