公路軟土地基處理中的砂礫樁與強(qiáng)夯置換應(yīng)用

李元，周 虎

（1.新疆交通建設(shè)管理局項(xiàng)目執(zhí)行一處，新疆 烏魯木齊 830049；2.新疆公路管理局干部學(xué)校，新疆 石河子 832000）

0 引言

在公路路基施工中，軟土路基是較為常見一種，如果沒做好其質(zhì)量控制，很容易導(dǎo)致不均勻沉降。因此，本文結(jié)合筆者自身經(jīng)驗(yàn)，對砂礫樁與強(qiáng)夯置換的應(yīng)用進(jìn)行研究，以期為類似工程提供參考與借鑒。

1 公路軟土地基概述

公路軟土地基屬于比較常見的地基，其承載力往往滿足不了工程施工的要求。這類地基在施工一段時(shí)間之后，常因水或者自重等原因出現(xiàn)地基失穩(wěn)，進(jìn)而導(dǎo)致不均勻沉降。一般較為常見的軟土地基多是由淤泥質(zhì)土、亞黏土、淤泥、亞砂土等土質(zhì)組成的地基。

在設(shè)計(jì)中，如果忽視了軟土地基的特殊性，很容易對工程造成危害，這類疏忽主要包括：a）對施工勘察設(shè)計(jì)階段本應(yīng)進(jìn)行處理的軟土地基缺乏合理的處理措施；b）施工階段沒有對軟土地基進(jìn)行處理或者所采取的處理措施不到位，使得路堤失穩(wěn)；c）施工階段雖然對軟土地基進(jìn)行了加固處理但由于處理措施不合適導(dǎo)致地基失穩(wěn)；d）填筑過程中沒有按照相關(guān)的規(guī)范進(jìn)行分層填筑或者碾壓中存在不合理的行為導(dǎo)致地基失穩(wěn)；e）施工過程中沒有對硬殼層擾動(dòng)及填筑材料進(jìn)行正確的選擇，使硬殼受破壞；f）臺背施工的時(shí)候高填土地基對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生負(fù)摩阻力以及縱向推擠力，導(dǎo)致橋臺被損壞或者發(fā)生移位。

基于以上分析可以看出，在公路軟土地基處理過程中，選擇合理的處理方法及處理措施是非常重要的。

2 公路軟土地基處理中砂礫樁的應(yīng)用

2.1 砂礫樁原理

在軟土地基處理中，砂礫樁屬于一種非常有效的方式，其原理是：成樁過程中會(huì)使周邊的粉土層及砂土擠密，而在碎石壓入及擠密作用之下，粉土及砂土的密實(shí)度將得到提升，土體的孔隙率也將降低，最終地基的排水力度以及承載力都將提升。另外，砂礫樁的透水性非常好，因此可以產(chǎn)生一個(gè)比較好的排水通道，使土體的抗液化能力得以提升。最后，由于砂礫樁和周邊土體可以共同承擔(dān)荷載，這就產(chǎn)生了一種復(fù)合地基。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在公路軟土地基處理的過程中，砂礫樁的設(shè)計(jì)是其中一項(xiàng)關(guān)鍵的工作，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)很少會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問題。具體來說，在這一工作中，要以“因地制宜、就地取材、綜合處治”這一原則作為指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性。實(shí)際的工作中，可以從以下幾點(diǎn)來確保砂礫樁的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.2.1 確定砂礫樁加固范圍

這一工作屬于設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，一般來看，其加固范圍對公路路基的整體穩(wěn)定性起著決定作用，如果加固范圍較小，很可能導(dǎo)致公路整體承載力不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致路基的邊坡滑塌及不均勻沉降；而加固范圍過大則不僅會(huì)對施工進(jìn)度造成影響，還將造成一些不必要的浪費(fèi)。

2.2.2 確定砂礫樁總截面面積

實(shí)際工作中，要結(jié)合詳細(xì)的地基條件來計(jì)算，因此，必須要收集足夠的資料，才能確保計(jì)算的準(zhǔn)確性及有效性。

2.2.3 分析施工段地基情況

分析的對象主要包括降水量以及地基特點(diǎn)等，對這些因素進(jìn)行綜合分析之后可以將砂礫樁的樁數(shù)以及排列砂礫樁的方案確定下來。

2.2.4 估算砂礫樁長度以及灌砂量

在進(jìn)行這一工作之前，要對軟土層厚度以及軟土地基的地下水位有充分的了解，然后才可以結(jié)合具體情況將施工參數(shù)確定下來。

2.3 施工要點(diǎn)

砂礫樁施工要點(diǎn)如下：

a）試樁 在砂礫樁開始施工前要進(jìn)行試樁試驗(yàn)，完成這一工作還要進(jìn)行樁體和樁間的承載力檢測，確保設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性；

b）施工準(zhǔn)備 清除地表0.3m厚度土層，進(jìn)行排水砂礫墊層設(shè)置，要保證砂礫的清潔，含泥量應(yīng)低于5%，每層厚度以0.2m為最佳，不得存在粗細(xì)粒料分離的問題；

c）參數(shù)確定 在使用振動(dòng)沉管法施工的過程中，要結(jié)合實(shí)際情況確定套管的提升速度、密實(shí)電流、懸振時(shí)間以及反插次數(shù)等施工參數(shù)，這樣才能夠確保狀態(tài)的連續(xù)性；

d）樁孔施工 在此過程中，要確?？變?nèi)材料填灌量大于設(shè)計(jì)填灌量的96%，而且要把樁孔垂直度偏差控制在1.2%內(nèi)，孔位和直徑的偏差也要小于5cm；

e）樁間土體控制 此工作中對樁間土變形機(jī)率進(jìn)行控制是關(guān)鍵，在提管操作的過程中，要確保提管速度以及反插距離滿足設(shè)計(jì)要求；

f）其他 除了以上措施之外，還要確保砂礫樁碎石的粒徑在20～50mm 的范圍內(nèi)，并做好碎石含泥量的控制工作。

2.4 成樁檢測

完成砂礫樁的施工后必須要進(jìn)行成樁檢測。針對飽和粉質(zhì)粘性土地基，要在地基土層孔隙水壓力完全消除之后才可以進(jìn)行檢測，一般在施工完成后2周左右。檢測方法包括：土工試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)以及靜力觸探試驗(yàn)等，檢測承載力最小值大于設(shè)計(jì)的要求才為合格。

2.5 質(zhì)量控制

2.5.1 質(zhì)量控制指標(biāo)

在砂礫樁的施工中，主要的質(zhì)量控制指標(biāo)包括：樁位、垂直度、樁長、灌入量、原材料、電流、反插次數(shù)、成樁時(shí)間等。舉例來說，在控制灌沙量的過程中，要對計(jì)量方式、計(jì)量精度、充盈系數(shù)、運(yùn)輸及施工損失等因素進(jìn)行綜合考慮。

2.5.2 施工問題處理

針對縮孔及塌孔問題，其產(chǎn)生原因多是沒有按照相關(guān)的規(guī)定進(jìn)行施工或者調(diào)料的實(shí)際用量不符合設(shè)計(jì)要求。為避免發(fā)生這種問題要先確保施工的規(guī)范性，具體包括：a）導(dǎo)管提升高度要符合規(guī)定；b）成孔要按照由外到內(nèi)間隔進(jìn)行的方式開展，而且要將誤差控制在相應(yīng)的范圍之內(nèi)；c）加強(qiáng)孔斜檢測，確保導(dǎo)管處于垂直狀態(tài)；d）導(dǎo)管反插過程中不下料問題也較為常見，應(yīng)及時(shí)向孔內(nèi)灌入干土粉，使其吸收土體中的水分。

3 公路軟土地基處理中強(qiáng)夯置換法的應(yīng)用

3.1 機(jī)理分析

使用強(qiáng)夯置換法對地基進(jìn)行加固主要是指在夯坑中填入碎石、石塊以及一些粗顆粒材料，通過強(qiáng)行夯入的方法將軟土排開，進(jìn)而在軟土地基中產(chǎn)生直徑大于夯錘的碎石墩，整個(gè)過程中主要是對加密進(jìn)行利用。另外，在使用強(qiáng)夯置換法的過程中也會(huì)產(chǎn)生大直徑排水井，這是因?yàn)橥ㄟ^沖擊作用會(huì)使地基土得以壓縮，并產(chǎn)生裂縫，相當(dāng)于增加了排水通道，可以幫助孔隙水從中逸出。

3.2 案例分析

3.2.1 工程概況

某工程地基承載力特征值要求為250kPa，但據(jù)巖土工程勘察報(bào)告分析，此施工現(xiàn)場的天然地基承載力不能滿足這一要求，因此使用強(qiáng)夯置換法進(jìn)行加固。

3.2.2 設(shè)計(jì)與施工

在本工程中主要使用的施工方法為強(qiáng)夯置換碎石樁以及強(qiáng)夯法，具體來說，是在強(qiáng)夯置換碎石樁之后使用點(diǎn)夯以及滿夯進(jìn)行施工。其中，強(qiáng)夯置換分為兩層，第一層強(qiáng)夯置換使用的是排土及擠土強(qiáng)夯置換法，也就是先于夯點(diǎn)處挖直徑為82.4m、深2～3m的坑，然后將碎石填入后施夯，填碎石工作分五到六次進(jìn)行，每次回填的深度為1.5m；第二層強(qiáng)夯置換碎石樁使用夯錘夯坑填石置換法，然后再進(jìn)行強(qiáng)夯點(diǎn)夯和滿夯。

3.2.3 加固效果分析

3.2.3.1 承載力

在完成施工之后，相關(guān)部門通過載荷試驗(yàn)對碎石樁以及樁間土的承載力進(jìn)行了的測試，碎石樁fpk＝500kPa，樁間土fsk＝150kPa。此外，還使用了重型動(dòng)力觸探檢測了碎石樁著底和密實(shí)情況：N63.5＝26擊。通過以上檢測結(jié)果可以看出，經(jīng)過加固之后的地基是符合設(shè)計(jì)要求的。

3.2.3.2 沉降觀測

完成施工之后，還進(jìn)行了加載試驗(yàn)以及沉降觀測，實(shí)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)及規(guī)范所要求的允許沉降量。

3.2.4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

質(zhì)量控制要點(diǎn)如下：

a）強(qiáng)夯置換施工中使用最多的是擠土置換法，也就是先夯出一個(gè)夯坑，再向坑中填入碎石進(jìn)而強(qiáng)夯置換；在整個(gè)施工的過程中，其主要缺點(diǎn)在于錘底面積小，容易導(dǎo)致置換率低；其次，此施工方法將導(dǎo)致地面出現(xiàn)比較大的隆起，加之置換的深度容易受到限制，因此也會(huì)給施工質(zhì)量造成影響；鑒于此，在實(shí)際工作中，要在強(qiáng)夯置換之前挖一個(gè)直徑相對于夯錘直徑略大的坑，坑深應(yīng)控制在3～4m，通過這種方法能夠大大提升面積置換率，并減小樁間土的隆起；

b）強(qiáng)夯置換的影響深度主要由樁下被加密的土層厚度以及置換樁長度組成，在本實(shí)例中軟土層厚度為8m，置換樁長度為7m，根據(jù)事后的沉降觀測發(fā)現(xiàn)沉降量是比較小的，因此，可以認(rèn)為樁底軟土得到了加密，其沉降變形以及承載力情況都有一定的提升；

c）對于高飽和土所處的地域來說，其地下水位相對而言要高一些，因此在施工的過程中樁間土很容易受地下水侵蝕，進(jìn)而降低了其承載力，最終使得碎石樁承載力也降低；在施工過程中，要對這方面有充分的認(rèn)識，并采取有效的措施避免這一問題。

總而言之，強(qiáng)夯置換法既有強(qiáng)夯加固的優(yōu)點(diǎn)，也有復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)，加之其工藝較為簡單、施工方便而且使用的范圍比較廣，因此在公路軟土地基的處理中是一種比較理想的方法。

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