擠密碎石樁在處理軟體地基應(yīng)用中的經(jīng)濟評價

楊勃，陳艷茹

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西渭南714000)

1 工程概況

陜西渭南火車站房配套工程，占地面積共計120×104m2，位于河岸二級階梯地上，建筑場地表面高低不平，地勢較低處有沼澤湖泊和垃圾填埋坑。建筑結(jié)構(gòu)類型為六層框架結(jié)構(gòu)，抗震等級為八度設(shè)防，工程重要性等級型為二類，場地等級為二類，地基等級為二級。場地地質(zhì)勘察見表1。

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2 擠密碎石樁處理地基的經(jīng)濟評價

2.1 處理方案

根據(jù)工程地質(zhì)條件，第一、二、三層土不宜作為持力層，第四層為持力層。地基處理可有五種做法。

2.1.1 深層攪拌法

深層攪拌法是用于加固飽和軟粘土地基的一種新方法，它是利用水泥、石灰等材料作為固化劑的主劑，通過深層攪拌機械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液狀或粉體狀)強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理－化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的優(yōu)質(zhì)地基。

2.1.2 預(yù)壓結(jié)合砂墊層

真空預(yù)壓是使加固區(qū)域內(nèi)的土體形成負壓，使邊界的孔壓降低，土體中的原來孔壓便與這些邊界的孔壓形成一定的壓力差并且發(fā)生不穩(wěn)定滲流，隨著時間的增長，土體中的孔壓逐漸降低，降低的孔壓轉(zhuǎn)變?yōu)橥馏w的有效應(yīng)力，真空度越高，沿深度衰減越小，則增加的有效應(yīng)力越大，加固效果越好。換砂墊層法是地基處理的一種方法，通常用來置換地基承載力較小的局部軟弱地基，以提高淺基礎(chǔ)下地基的承載力，從而滿足強度和變形的要求。兩者結(jié)合起來加固效果更好。

2.1.3 石灰樁

生石灰與粉煤灰等摻合料拌和均勻，在孔內(nèi)分層形成豎向增強體，并與樁間土組成復(fù)合地基的地基處理方法。

2.1.4 換土墊層

此方法的優(yōu)點是施工簡單。若以第四層土為持力層，換土深度達4.5 m。該方案存在以下問題:土方量大，堆料場地?zé)o法解決，外運費用又高;場地地下水水位淺，施工時需要降水;周圍已有的建筑物較近，開挖時需支護邊坡。

2.1.5 碎石擠密復(fù)合地基

碎石樁法兼有置換、擠密、排水固結(jié)和抗震等作用，且施工簡單，速度快，效率高，節(jié)約投資［1］。難點是本工程為軟硬不均勻地基，持力層承載力由80～120 kPa，土質(zhì)不同，西部為素填土，東部為粉質(zhì)粘土。

2.2 優(yōu)化方案論證分析

項目工程優(yōu)化設(shè)計就是運用近代數(shù)學(xué)方法和工具來研究、討論該項目的規(guī)劃、設(shè)計、評價和管理決策功能等問題。把要研究的事物用概率統(tǒng)計、運籌模擬等方法，經(jīng)分析進而用最優(yōu)化方法，求得最優(yōu)結(jié)果，以便得到技術(shù)先進可靠、經(jīng)濟合理、施工方便及歷時短的最佳方案［3］。

一般來說，對于項目工程，必須有不同的比較方案;而不同的方案中，工期長短、造價高低、技術(shù)可靠等方面各有其優(yōu)缺點。同時還包括若干不確定的因素，這些相互矛盾的綜合因素中作出合理的方案比較，經(jīng)實踐用優(yōu)化矩陣法可以有規(guī)律地判斷確定。方案目標設(shè)aij是對各評價項目的評價因子的評價值，那么各評價項目i的全體評價值為:。各地基加固方法評價結(jié)果由表2可知，擠密碎石樁法得分最高。表中數(shù)據(jù)按筆者測定的數(shù)據(jù)換算所得。

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經(jīng)過比選論證，本工程采用擠密碎石樁方案處理地基。

3 擠密碎石樁的設(shè)計

3.1 樁長設(shè)計

樁長主要取決于需要加固土層的厚度。按照地基的設(shè)計要求和地質(zhì)條件確定，滿足地基的強度和變形控制要求。

(1)在可液化土層中，碎石樁長應(yīng)按抗震要求處理的深度來確定，一般應(yīng)穿透可液化層。

(2)按穩(wěn)定性控制的，工程碎石樁長不應(yīng)少于最危險滑動面以下2 m。

(3)按變形控制的工程，碎石樁長度應(yīng)滿足使復(fù)合地基的沉降量不超過對構(gòu)筑物地基容許沉降量的要求。

(4)軟弱土層厚度小于15 m或在該深度以內(nèi)遇有較硬土層時，將樁端置于較硬土層中。

3.2 樁間距設(shè)計

樁間距S可按下式計算(樁位按等邊三角形布置):

式中:S為樁間距;Ae為單樁加固面積;m為面積置換率。在設(shè)計樁間距時，樁距不宜小于樁徑的2倍，且大于1 m，也不得大于樁徑的4倍;樁中心至基礎(chǔ)邊緣的距離宜等于樁徑，不得小于0.5倍樁徑平方值。為了進行試驗對比，該工程樁間距按1.10 m、1.30 m分別進行設(shè)計。

3.3 材料

填料宜用粒徑20～50 mm的未風(fēng)化的干凈礫石或軋制碎石，含泥量不大于10%。該工程采用砂石場的碎石作為填料，含泥量為3.5%。

3.4 每米樁長投石量q的計算

式中:q為每米樁長投石量(m3/m);d為樁直徑(m);k為擠密系數(shù)，一般取值為1.2～1.3。

4 擠密碎石法施工

4.1 試樁

為了確保碎石樁大面積施工質(zhì)量，調(diào)整各種機械參數(shù)，每臺樁機開工之前都要進行試樁，通過試樁可以對不同土質(zhì)在形成復(fù)合地基之后的地基承載力、施工工藝、施工隊伍素質(zhì)進行驗證。并對成樁時間、壓入碎石量、振動錘電機的電流、成樁深度等進行驗證。每臺樁機試樁數(shù)一般為9～16根。

4.2 施工方法

(1)碎石樁施工順序從四周開始向中心進行，相鄰兩根樁必須跳躍間打。

(2)清理平整場地，樁機就位，校正樁管垂直度應(yīng)小于1.5%;校正樁管長度及投料口位置，符合設(shè)計樁長;設(shè)置二次投料口，并在樁位處鋪設(shè)少量碎石。

(3)用振動成樁機將樁管邊振動邊沉入土層直至設(shè)計深度。樁管每下沉0.5 m，留振30 s直至穿透液化層并達到設(shè)計深度。

(4)稍提升樁管使樁尖打開，停止振動，用標定的小推車人工推料向樁管內(nèi)灌入石子，直至灌滿為止。

(5)啟動拔管前留振1 min，以后邊振邊拔管，拔管速度應(yīng)保持均勻每拔1 m留振1 min。

(6)根據(jù)單樁設(shè)計碎石用量(設(shè)計樁長度×0.224 m3)確定第一次投料的長度，進行數(shù)次反插直至管內(nèi)碎石全部投出。

(7)提升樁管，采用空中二次投料口加料，直至灌滿樁管，通過數(shù)次反插，至管內(nèi)碎石全部投出，反插深度小于樁管長度一半。

(8)提升樁管高于地面，停止振動進行孔口投料直至地表。啟動反插并及時進行孔口補料至設(shè)計碎石用量投完為止，孔口加壓至前機架抬起，移架至另一樁位。

擠密碎石樁的科學(xué)性，也可以從定量優(yōu)化的角度說明了本工程采用擠密碎石樁加固的經(jīng)濟合理性。

5 結(jié)束語

本文采用優(yōu)化矩陣法分析了擠密碎石樁作為處理軟土基礎(chǔ)的設(shè)計和施工應(yīng)用中的可行性和經(jīng)濟性。分析結(jié)果證明擠密碎石樁作為軟土基礎(chǔ)處理手段具有較廣泛用途，特別是處理大面積疏松的回填土、砂層、粉土層以及淤泥質(zhì)土層等地基時具有施工簡便、工期短、效果好、投資少等優(yōu)點。

［1］華南理工大學(xué)．地基與基礎(chǔ)［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995

［2］GB 50007－2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］

［3］暢良臣．優(yōu)化原理在軟土地基處理方案比選中的應(yīng)用［J］．山西交通科技，2001(6):29－30