摘要：公路施工中經常遇到軟弱地基，其處理的方法也多種多樣。振動擠密碎石樁因其能提高軟土地基的整體抗剪強度,減少地基沉降而在公路軟土地基中廣泛應用。本文詳細介紹了碎石樁技術在公路軟土路基加固處理中的加固機理和設計驗算方法，并結合貴州省S208線（原馬合公路段）工程實例,對振動擠密碎石樁技術的施工要點及質量控制、效果檢測進行闡述，以供同行參考。
關鍵詞：振動擠密碎石樁，軟土路基，加固處理，質量檢測
1公路施工中碎石樁的加固原理
碎石樁是指振動、沖擊或水沖等方式在松軟土地基中成孔后,再將碎石擠壓入土孔中,形成大直徑的由碎石構成的密實樁體,以提高軟土地基的整體抗剪強度,減少地基沉降。其適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基,也可用于處理可液化地基。
1.1沙土類加固機理——擠密
疏松沙土為單粒結構,孔隙大,顆粒位置不穩(wěn)定,在靜力和振動作用下,土粒易位至穩(wěn)定位置,使孔隙減少而壓密。在擠密碎石樁成樁過程中,樁套管擠入沙層,該處的沙被擠向四周而變密。
擠密碎石樁的加固效果包括:1)使松沙地基擠密至小于臨界孔隙比,以防止沙土振動液化;2)形成強度高的擠密碎石樁,提高了地基的強度與承載力;3)加固后大幅度減少地基沉降量;4)擠密加固后,地基呈均勻狀態(tài)。
1.2粘土性加固原理——置換
碎石樁在粘性土地基中,主要利用碎石樁本身的強度及其排水效果。其作用包括:
?、?碎石樁置換。在粘性土中形成大直徑密實碎石樁體,碎石樁與粘性土形成復合地基,共同承擔上部荷載,提高了地基承載力和整體穩(wěn)定性。
②上部荷載產生對碎石樁的應力集中,減小粘性土的應力,從而減少地基的固結沉降量。經碎石樁處理淤泥質粘性土地基,可減少沉降量20%～30%。③排水固結,碎石樁在粘性土地基中形成排水通道,因而加快固結速率。
2碎石樁設計計算
2.1樁徑
碎石樁的直徑可采用300mm～800mm,根據(jù)地基土質的情況和成樁設備等因素確定。對飽和粘性土地基宜選用較大的直徑。
2.2樁間距與樁位布置方式
碎石樁樁位宜采用等邊三角形或正方形布置。碎石樁的間距應通過現(xiàn)場試驗確定。對粉土和砂土地基,不宜大于碎石樁直徑的4.5倍;對粘性土地基不宜大于碎石樁直徑的3倍。
2.3處理范圍
碎石樁處理范圍大于基底范圍,處理寬度宜在基礎外緣擴大1排～3排?？梢夯鼗?在基礎外緣擴大寬度不應小于可液化土層厚度的1/2,并不應小于5m。
2.4加固深度
?、佼斔绍浲翆雍穸炔淮髸r,碎石樁樁長宜穿過松軟底層;
?、诋斔绍浲翆雍穸容^大時,對按穩(wěn)定性控制的工程,碎石樁樁長應不小于最危險滑動面以下2m的深度;對按變形控制的工程,碎石樁樁長應滿足處理后地基變形量不超過建筑物的地基變形容許值,并滿足松軟土下臥層承載力的要求;
③對可液化地基,碎石樁樁長應按要求的抗震處理深度確定;
?、芩槭瘶稑堕L不宜小于4m。
2.5樁體材料
樁體材料可采用碎石、卵石、角礫、圓礫等硬質材料,含泥量不得大于5%,最大粒徑不得大于50mm。碎石樁樁孔內的填料量應通過現(xiàn)場試驗確定,估算時可按設計樁孔體積乘以充盈系數(shù)β確定,β可取1.2～1.4。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象,則填料數(shù)量應根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以增減。碎石樁樁頂宜鋪設一層厚度300mm～500mm的碎石墊層。
2.6地基承載力
碎石樁復合地基的承載力,應通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定,初步設計時,也可通過下列方法估算：
fspk=mfpk+(1-m)fsk
其中,fspk為碎石樁復合地基承載力特征值,kPa;fpk為樁體承載力特征值,kPa;fpk為處理后樁間土承載力特征值,kPa;d為樁體直徑,m;de為1根樁分擔的處理地基面積的等效圓直徑,m。
2.7變形計算
碎石樁地基的變形計算,應按現(xiàn)行GB5007建筑地基基礎設計規(guī)范有關規(guī)定執(zhí)行。復合土層的壓縮模量可按下式計算:
Esp=[1+m(n-1)]Es
其中,Esp為復合土層壓縮模量,MPa;Es為樁間土壓縮模量,MPa,宜按當?shù)亟涷炄≈?如無經驗時,可取天然地基壓縮模量。
2.8穩(wěn)定性計算
當碎石樁用于處理堆載地基時,應進行抗滑穩(wěn)定性驗算(見圖1),采用圓弧滑動面法對復合地基的穩(wěn)定性進行驗算時,滑動面上的抗剪強度τsp由碎石樁的抗剪強度τp和樁間土的抗剪強度τs兩部分組成:
圖1：計算簡圖
τsp=τp+τs=m(μpp+γpz)tgφpcos2θ+(1-m)c
其中,μp為碎石樁應力集中系數(shù),p為計算深度z處平均應力;γp為樁體的重度;z為計算深度;φp為樁的內摩擦角;θ為剪切滑動面與水平面的夾角;m為面積置換率;c為樁間土的粘聚力。
樁間土的粘聚力c如不考慮荷載產生固結對樁間土強度的提高,則采用天然地基粘聚力c0;如考慮樁間土上作用垂直應力ps=μs產生固結,則樁間土的強度得到提高:
c=c0+psUtgφcu=c0+μsptgφcu其中,μs為應力降低系數(shù),μs=為固結度;φcu為樁間土固結不排水抗剪內摩擦角。
3工程實例
3.1該工程基本地土質狀況
貴州省S208線馬合公路段修建時，該工程部分所經地段分布以粘質黃土、粉質粘土、細砂等地層為主,由于地下水位較高、地表水豐富,地基松軟且路基以填方形式通過,路堤高度約2~8m,地表為耕地,承載力不能滿足路基要求,故采用碎石樁加固地基,以滿足該公路路基對地基承載力的要求。
3.2該工程加固處理措施分析
經測試驗算,該工程天然地基承載力為40kPa～60kPa,地基承載力較低,地下水位埋深為1.0m～1.5m,地基松軟不能滿足路基對地基承載力及沉降的要求,綜合考慮后采用碎石樁加固地基,以滿足了地基承載力及沉降要求。
設計采用碎石樁樁徑為0.8m,間距為2.0m,樁位按等邊三角形布置,處理寬度為兩側路堤坡腳外3.0m之間范圍,碎石樁樁長打穿松軟土地層至卵石土層頂面,碎石樁頂部鋪設一層厚0.3m碎石墊層。
4振動擠密碎石樁施工工藝
4.1振動擠密碎石樁施工碎石樁施工工藝流程圖見下圖2:
圖2：振動擠密碎石樁施工工藝流程圖
主要施工方法如下:
1)清理平整場地,測量場地平整后的標高,以便控制樁底、樁頂標高;
2)測量放樣,根據(jù)設計要求對樁位進行平面等邊三角形布置并編號;
3)大面積施工前,必須做成樁試驗,通過試樁得出參數(shù):每根樁成樁時間需15min～20min,碎石投入量按下式計算:
S=ApLK
其中,S為填碎石量;Ap碎石樁的截面積;L為碎石樁的樁長;K為碎石樁的充盈系數(shù),K≥1.15;
4)機械設備采用DZ40-60系列走管式振動沉樁機,移動樁機就位,保證垂直度要求,施工時電動沉管機在人工的配合下找準樁位,人工閉合活瓣式樁尖后開始沉樁,將樁管振動下沉入土層直至達到設計深度;
5)在樁管達到設計深度后,人工配合裝載機上料,向樁管內加入規(guī)定數(shù)量的碎石料,防止“斷樁”和“縮頸”的發(fā)生;
6)起拔振動。為使擠出樁管下端的碎石更加密實,邊振邊拔,拔管速度要均勻,并控制在1.0m/min～1.5m/min內;
7)施工人員要隨時用測錘測碎石的下料情況,根據(jù)測得的下料情況,如果灌碎石量不滿足設計時要求進行反插,直至樁內碎石密實,反插深度要小于樁管長度的1/2,反插和拔管速度要均勻,反插濃度由深到淺,每根樁在保證樁長和碎石灌入量的前提下,總反插次數(shù)一般不得少于6次。
8)樁管上下運動,碎石樁不斷提高,提升樁尖于地面停止振動,完成此樁。移機進行下一根碎石樁的施工。施工后,應將基底標高下的松散層挖除或夯填密實,隨后鋪設并壓實碎石墊層。
4.2技術要求及質量控制要點
1)填料采用19mm～63mm的碎石為宜,含泥量小于10%,不含有植物殘體垃圾等雜質,不宜使用風化易碎的石料,填料的最大粒徑一般不大于63mm,粒徑過大不僅容易卡孔,而且能使振沖器外殼磨耗;
2)樁位要準確,位移量要小于15cm,垂直度偏差不大于1.5%;
3)沉管開始階段要輕振慢沉,待樁管方向穩(wěn)定后再按正常速度沉管;
4)沉樁時遇到可液化層時,當樁管進入可液化層后,每下沉.5m留振30s,直至穿透液化層;
5)在沉樁過程中,如個別樁沉樁困難,如電流大于120A時需立即停機,可能遇到大孤石,應做位移處理。
4.3施工質量檢驗
1)通過現(xiàn)場成樁試驗檢驗設計要求和確定施工工藝及施工控制要求,為滿足試驗及檢測要求,試樁數(shù)量應不少于7個～9個。正三角形布置時至少需要7個(即中間1個周圍6個)。如發(fā)現(xiàn)問題,則及時會同設計人員調整設計或改進施工。
2)檢查各項施工記錄,如有遺漏或不符合規(guī)定要求的樁,應補做或采取有效的措施。
3)復合地基的施工質量檢驗,常用的方法有單樁荷載試驗和動力觸探法試驗;加固效果檢驗,常用的方法有單樁復合地基荷載試驗和多樁復合地基大型荷載試驗,碎石樁復合地樁檢驗一般采用較易實施的重Ⅱ型動力觸探法來檢驗,貫入量100mm時,擊數(shù)應大于5次(見表1)。
表1碎石樁密實度判別標準
采用樁體重型動力觸探與樁間土標準貫入試驗的方法進行檢測,檢測試驗點位置在施工現(xiàn)場隨即抽取,檢測量不少于樁孔總數(shù)的2%。
為保證施工質量,應在施工中詳細地觀測和記錄。觀測內容包括樁管下沉隨時間的變化、灌碎石預定數(shù)量與實際數(shù)量、樁管提升和擠壓全過程等。根據(jù)樁管下沉時間曲線可以估計土層的松軟變化隨時間掌握投料數(shù)量。碎石樁樁頂施工時,由于上覆壓力的減小,樁頂形成一個松散層,加載前應挖除或碾壓密實,有效地發(fā)揮復合地基的作用。
本工程共抽檢碎石成樁共60多根,經檢驗,全部符合要求,說明施工中采取的處理措施是合理有效的,復合地基承載力經測試達到了設計要求。
5結束語
工程實踐表明,碎石樁用于處理松散砂土和塑性指數(shù)不高的非飽和粘性土地基,其擠密效果較好,不僅可以提高地基承載力、減少地基沉降,而且能防止由于振動所產生的液化。
參考文獻:
[1]公路路基施工技術規(guī)范.JTGF10-2006.[S].北京:人民交通出版社,2006.
[2]王曉謀,彭懷宇.高等級公路軟土地基路堤設計與施工技術[M].北京;人民交通出版社,2001.
[3]劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京:人民集體出版社,2002.
成功提示
錯誤提示
警告提示
評論 （0）