振動沉管水泥碎石樁在處理涵洞地基中的應用

李尚武

葛洲壩集團第五工程有限公司 重慶 400030

摘要：文章結合江綦高速公路軟弱地基上的涵洞采用振動沉管水泥碎石樁處理實例，對其加固機理、成樁工藝、質量控制、效果檢驗等，提出全面的分析與判斷，對今后該施工方法的推廣具有較好的借鑒意義。

關鍵詞：軟基處理；振動沉管；水泥碎石樁；復合地基

1工程概況

重慶江綦高速公路K22+595-K22+955段路堤位于溝谷區(qū)，溝谷內分布水田及水塘，第四系殘坡積低液限黏土厚8-11.4m，軟基范圍0-11.2m，下伏基巖為侏羅紀系中統(tǒng)遂寧組泥巖夾粉砂巖，該路段設有蓋板涵一處，該路堤中心最大填高為10.5m。各土層物理指標見表1

土層厚度

（m） 靜探Ps值

（MPa） 容重

（KN/M3） 豎向固結系數(shù)

（cm2/s） 徑向固結系數(shù)

（cm2/s） 快剪摩擦角

（。） 固結快剪摩擦角

（。） 快剪內聚力

（KPa） 壓縮模量

（KPa）

0-2.4 0.47 19.0 0.000375 0.0110 3.6 13.75 24.2 2980

2.7-7.2 0.75 19.0 0.000480 0.0115 4.8 14.80 28.0 4050

7.2-10 0.54 19.0 0.000390 0.0110 3.8 13.90 24.8 3260

結合實際情況，設計上針對于該涵洞地基采用了振動沉管水泥碎石樁來形成復合地基以提高地基承載力。

2振動沉管水泥碎石樁設計

2.1加固機理

采用振動沉管法處理軟土地基，提高了松散土體的密度，增大土體強度，減少了其壓縮性，從而提高了復合地基的工作性能。由于軟土非松散土體，土粒間具有粘聚力，使得土體透水性差，孔隙水不易排出，所以在振沖碎石樁施工中，土體難以振擠密實，軟土本身的土性改善不明顯，并且受振沖置換、填筑碎石過程中振、沖、擠壓等劇烈的擾動，使樁周土體產生超孔隙水壓力，導致土的強度減低。而粘性土具有觸變性，在土中填筑的碎石大大縮短了排水路徑，加速了土體的固結速度，使得樁間土排水固結強度提高。

2.2設計方案

蓋板涵基礎下采用滿堂布樁，設計樁徑為0.5m，按等邊三角形布置，樁間距為1.5m，涵基邊緣線以外設置3排保護樁，保護樁間距按逐漸加大方式處理，便于順適過渡到臨近的處理路段。碎石樁樁長要求穿透軟土層至壓縮性較低的硬層0.5m。設計單樁承載力1250kPa，單樁復合地基承載力350kpa。

材料采用碎石，粒徑為2-5cm，含泥量不大于3%，且不得含粘土塊，在制樁時，先用水澆濕碎石，然后加入4%-8%的32.5水泥，經(jīng)現(xiàn)場攪拌后立即使用，要求水泥碎石混合料28天無側限抗壓強度大于3MPa，抗剪強度大于1500KPa，試件尺寸及試驗方法要符合規(guī)范要求[1]。

3振動沉管水泥碎石樁施工方法

本項目沉管的樁尖采用內藏活門樁尖，封底為兩塊鋼板，藏于樁管低口以上0.4-0.6m處，封口時鋼板形成一定的角度，以便于拔管時下料暢通。樁的施工順序采用由里向外，間隔跳打方式，成樁時采用逐步拔管法。

3.1具體施工工藝為：

a管樁垂直對準樁位；

b啟動振動錘，將管樁振動錘入土中，到持力層或硬土層0.5m，使樁管周圍的土進行機密；

c從樁管上端的投料斗加入水泥碎石，每米數(shù)量根據(jù)計算確定；

d邊振動邊逐步拔管，拔管速度為1-2m/min，每拔50cm后，暫停拔管而繼續(xù)振動，停拔振動時間為20-30s；

e重復c，d工序，直至將樁管拔出地面，拔管過程中要及時向樁管內補充石料；

f移動樁架到下一孔位，重復作業(yè)。

3.2施工注意事項

a水泥碎石樁樁長必須穿過軟弱土層至壓縮性較低的硬層50cm，樁端終孔標準宜現(xiàn)場試打，通過試打測定最后50cm樁長的錘擊數(shù)作為終孔控制的標準。

b為避免縮徑或斷樁，必須控制每米樁長投石量，實際用量不得小于計算用量的1.15倍，樁體密度主要靠貫入度控制及“少吃多餐”予以保證，貫入度控制就是在保證樁長和投石量的前提下，每米樁要見到“不進錘”（即在錘擊行程大于3 cm，一次錘擊后樁面下降小于5cm的這一錘）?！吧俪远嗖汀本褪歉鶕?jù)設計樁身直徑和所用的成孔管直徑（不小于32.5cm），計算好好每次投石量，控制每次投石量在導管內堆高應小于1.5m，成樁高度小于34cm。

Q=kπd2 /4

Q：計算每米樁長投石量（m3/m）

d：設計樁徑（m）

k：擠密系數(shù)，取1.2

c樁位中心與樁點盡量重合，樁位偏差不得大于3cm，豎向偏斜不得大于1%。

d第一遍成樁直徑應達50cm，然后復打一遍，分段復打時要保證至少有50cm的重疊段。

施工完畢，待樁體強度達到設計要求后，應將樁頂部的松散體挖除，且應保證底面線以下至少1.2m的范圍內應挖除處理，同時，挖去的復合地基頂面應低于涵基底面至少60cm，然后鋪筑級配碎石墊層，分層壓實至涵基底面標高處，壓實度應大于96%，按重型擊實標準[2]。

4施工質量檢驗

4.1現(xiàn)場檢驗

碎石樁復合地基現(xiàn)場檢驗主要有樁徑、樁距、樁長、成樁垂直度、樁體材料，樁型布置等指標。各指標要求見 表2

項目 單位 允許偏差 檢查方法和頻率

樁距 mm ±30 抽查2%

樁徑 mm 不小于設計 抽查2%

樁長 cm 不小于設計 查施工記錄

垂直度 % 不大于1% 查施工記錄

投料數(shù)量 Kg/M3 不小于設計 查施工記錄

4.2處理效果檢測

檢驗時間：水泥碎石樁及其上部級配碎石墊層完工后間隔一個月進行試驗。

單樁豎向抗壓承載力試驗

水泥碎石樁單樁承載力采用靜載試驗測定，荷載板直徑為50cm的剛性板，利用壓重平臺反力裝置作為荷載反力，采用油壓千斤頂分級加載。

單樁承載力設計值為不小于1250KPa，按500mm直徑水泥碎石樁換算為245KN，最大試驗荷載取單樁承載力極限值（250KN）。

加載采用分級逐級加載，分級荷載為最大荷載的1/10，其中第一級取分級荷載的2倍，試驗分為10級加載[3]。

在樁頂對稱位置裝設2個百分表，每級荷載施加后按第5、15、30、45、60min測讀樁頂沉降量。

試驗采用快速加載法，每小時加一級荷載。

現(xiàn)將該涵基檢測中的一根樁做分析（見圖1）

從圖1可以看出，Q-S曲線變化緩慢，且豎向抗壓承載力未到達極限值，故豎向抗壓極限承載力取最大試驗荷載值[3]，最大試驗荷載為250KN，滿足單樁承載力不低于1250KPa要求，換算為單樁復合地基承載力為600KPa。

4.3樁間土檢測：

樁間土采用標準貫入試驗[4]及室內土工試驗[2]進行檢測，對比地基處理前后的各項指標見表3

指標 粘性土

處理前 處理后 處理后

含水量 25.7 21.2 19.8

干密度 1.57 1.73 1.75

濕陷系數(shù) 0.045 0.025 0.025

標貫擊數(shù) 3 6 7

孔隙比 0.617 0.501 0.480

5結論

以上試驗結果表明單樁承載力大于設計值，滿足設計要求。樁間土的試驗表明，樁間土的各項指標較處理前明顯提高。由此可見，采用振動沉管水泥碎石樁對涵基進行復合地基處理是可行的。它克服了山區(qū)軟弱地基受施工場地限制且要求結構物快速加固提高承載力而促進施工進度的困難，既保證了施工質量又相對節(jié)省了工程造價。隨著施工工藝的日趨成熟，振動沉管水泥碎石樁會在更多工程中廣泛使用。

參考文獻：

[1]王旭東 李美江等 公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTG E51-2009）[S]北京 人民交通出版社 2009.12

[2] 王園 馮瑞玲等 公路土工試驗規(guī)程（JTG E40-2007）[S] 北京 人民交通出版社 2007.9

[3] 陳凡 徐天平等 建筑基樁檢測技術規(guī)范（JGJ106-2014）[S] 北京 中國建筑工業(yè)出版社 2012.3

[4] 李珍英 林頌恩 標準貫入試驗規(guī)程（YS5213-2000）[S] 北京 中國計劃出版社 2001.7