碎石樁在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用

張 敏

(山西省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西太原 030006)

0 引言

在濕陷性黃土地基的一系列加固措施中，振沖碎石樁法是一種施工工藝簡單、加固效果較顯著的處理方法，其利用碎石樁體的碎石和樁周地基濕陷性黃土相結(jié)合形成復(fù)合地基，不但提高了原濕陷性黃土地基的承載能力，同時(shí)也減少了地基的下沉量，與粉噴樁、砂井等加固措施相比，具有施工簡便、進(jìn)度快、造價(jià)低且行之有效的優(yōu)勢，是目前使用較好的一種加固濕陷性黃土地基的處理方法，工程上已得到廣泛應(yīng)用。

1 加固原理

碎石樁法是指使用沖擊或振動(dòng)荷載將底部裝有活瓣式樁靴的樁管擠入需要處理的地層后，通過其在所需處理的地基內(nèi)部成孔，然后將碎石從樁管頂部的投料口處投入樁管內(nèi)，采用邊向上拔樁管邊擊實(shí)的工藝，使得樁孔內(nèi)部形成密實(shí)的碎石樁，并與樁周的土體一并構(gòu)成復(fù)合地基。

碎石樁的加固原理:

1)通過錘擊擠密，使得原地基土與樁體形成復(fù)合地基，提高了原地基的整體承載力;

2)通過使用碎石置換了原地基內(nèi)部的濕陷性黃土，通過相互間的排擠來減少地基的沉降和變形，同時(shí)間接提高了地基的承載能力，加固處理后的地基因作用其介質(zhì)密實(shí)度和抗剪性將大為提高，達(dá)到對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理的目的。

2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)鉆探揭露，地層自上而下劃分為:①雜填土，以建筑垃圾為主，稍密;②素填土，層厚1.5 m～3.2 m，黃褐，可塑，稍濕;③黃土狀土，層厚 5.0 m ～7.5 m，黃褐，可塑，濕，零星蝸牛殼，氧化鐵斑塊;④中砂，層厚0.8 m～1.2 m，灰黃，稍濕，密實(shí)，以石英長石為主，含云母、暗色礦物;⑤粉土，層厚0.5 m～1.0 m，黃灰，濕，中密，以粉粒為主，含云母，稍具韌性;⑥粉質(zhì)粘土，層厚1.8 m ～2.5 m，黃灰，可塑，濕，云母砂粒，氧化鐵條紋，底部 20 cm粉土;⑦中砂，層厚0.5 m ～1.2 m，灰黃，稍濕，密實(shí)，以石英長石為主，含云母暗色礦物。

本工程施工場地為嚴(yán)重濕陷性黃土地區(qū)，屬對建筑物水損害不利地段，為消除地上水和地下水對公路路基的影響，提高天然地基承載力，本次采用振沖碎石樁進(jìn)行地基處理。

3 施工前準(zhǔn)備

3.1 原材料

打樁所投碎石應(yīng)優(yōu)先采用石灰石或礫石采用顎式破碎機(jī)破碎而成，碎石應(yīng)潔凈、干燥、無風(fēng)化，具有較高強(qiáng)度，其顆粒形狀應(yīng)具有棱角，并不得摻有軟質(zhì)巖和其他雜質(zhì)，要求其含泥量不大于5%。本次施工所采用的碎石為粒徑為1 cm～3 cm的天然級配石灰?guī)r碎石，最大粒徑不大于50 mm。

打樁機(jī)械設(shè)備采用的是履帶式振動(dòng)沉樁機(jī)，自帶柴油錘，樁管底部配制活瓣式樁靴，樁管底部配有自制加大料斗，滿足單樁所需碎石量。

3.2 施工設(shè)計(jì)

1)碎石樁長度為6 m～12 m，設(shè)計(jì)樁徑為0.5 m，樁間距為1.4 m，打樁平面上呈梅花形布置(布置區(qū)域邊界與建筑物基礎(chǔ)輪廓線平行);

2)加固寬度應(yīng)達(dá)到坡腳外2 m(不少于1排樁);

3)單樁承載力要求不小于300 kPa，復(fù)合地基承載力要求不小于150 kPa。

3.3 試樁

為了保證濕陷性黃土地基處理的質(zhì)量，同時(shí)應(yīng)對施工機(jī)械設(shè)備調(diào)整保證其施工參數(shù)達(dá)到最佳，碎石樁在進(jìn)行大面積施工前必須先進(jìn)行試樁施工。試樁施工時(shí)，應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的地形、地質(zhì)等情況，選擇具有代表性的路段，在路基范圍外進(jìn)行碎石樁的試樁施工。

為了使碎石樁的成樁工藝規(guī)范化，同時(shí)保證碎石樁的地基擠密效果，試樁過程中需要對以下幾方面測試項(xiàng)目進(jìn)行記錄和施工效果的比較，主要包括打樁順序、灌滿單樁所需碎石方量、單樁成樁時(shí)間、達(dá)到處理底層所需深度、拔管時(shí)的速率以及擠壓時(shí)機(jī)、次數(shù)和時(shí)間、試樁成樁質(zhì)量的檢測指標(biāo)和檢測方法等。從而達(dá)到使樁體充分密實(shí)的各項(xiàng)施工參數(shù)，并將其作為后續(xù)大面積施工的控制參數(shù)和指標(biāo)。

試樁數(shù)量一般宜為9根～16根，應(yīng)成3×3或4×4布置。施工過程中如不滿足施工質(zhì)量要求應(yīng)對施工設(shè)備進(jìn)行更換或改裝，并改變施工工藝流程，進(jìn)行不同施工工藝的試樁施工效果的對比，直到所有試樁的質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

4 施工工藝及施工質(zhì)量控制

4.1 施工工藝

碎石樁的施工工藝為:原地表和邊坡清表→樁機(jī)就位→試樁→樁成孔→灌入碎石→樁基驗(yàn)收。具體詳細(xì)的施工工藝流程如圖1所示。

1)首先應(yīng)施工放樣，放樣時(shí)，用白灰撒點(diǎn)的方法標(biāo)記樁點(diǎn)位。對施工場地進(jìn)行清理并整平。對于比較嚴(yán)重的軟弱地基，無法支撐打樁機(jī)的自重造成打樁機(jī)無法在其上就位施工時(shí)，可采取鋪設(shè)一定厚度的碎石墊層。打樁機(jī)就位后，應(yīng)先校正樁管的垂直度保證其不大于1.5%，樁管長度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)樁長的要求。同時(shí)，應(yīng)做好施工場地內(nèi)的防排水措施;

圖1 碎石樁施工工藝流程

2)打樁順序采取橫移退打的方式，自外圍側(cè)向中間側(cè)進(jìn)行。采用汽油錘將打樁機(jī)的樁管打入土層，錘擊速度宜控制在2 m/min～3 m/min，成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，停止錘擊;

3)立即往管內(nèi)灌入碎石，直至管內(nèi)灌滿為止，由于擴(kuò)孔空間大于管內(nèi)空間，管頂料斗內(nèi)應(yīng)預(yù)留一部分碎石。樁身碎石灌入完畢后，采用靜止提拔，應(yīng)緩慢拔管，拔管速度宜為1.2 m/min～1.5 m/min。同時(shí)為提高碎石的密實(shí)性，每提升1 m應(yīng)錘擊反插一次。并重復(fù)進(jìn)行多次反插，至管內(nèi)碎石全部投出;

4)當(dāng)孔口碎石未填滿時(shí)應(yīng)進(jìn)行孔口補(bǔ)料至地表，采用打樁機(jī)在孔口加壓，以保證孔口碎石的密實(shí)性，打樁機(jī)移機(jī)下位;

5)為提高地基處理的質(zhì)量和復(fù)合地基的整體性，碎石樁施工完畢后，應(yīng)在其頂部鋪設(shè)一定厚度的碎石或砂礫墊層。全部處理范圍均采用20 t振動(dòng)壓路機(jī)重疊輪跡碾壓至少2遍。

4.2 施工應(yīng)注意問題

1)斷樁或縮頸。

成樁過程中當(dāng)?shù)鼗鶅?nèi)部土壤的含水量較大時(shí)，打樁機(jī)汽油錘的強(qiáng)力振搗會(huì)造成土壤進(jìn)一步液化，或是由于地基底部埋有建筑垃圾、生活垃圾等松散性物質(zhì)為代表的雜填土，都可能導(dǎo)致打樁機(jī)在拔管過程中造成碎石樁的斷樁或縮頸現(xiàn)象，影響地基處理效果和施工質(zhì)量。

因此，應(yīng)在施工前對施工路段每米深度進(jìn)行含水量測試，對于含水量大于40%或無法取樣進(jìn)行含水量測試部位，報(bào)總監(jiān)辦、管理處進(jìn)行處理;對于含水量不大于40%的部位，在施工過程中應(yīng)降低鉆進(jìn)和拔管速度，加強(qiáng)碎石投入量、提升速度和高度、振動(dòng)力的控制，防止縮頸和斷樁的發(fā)生。

2)鉆孔偏斜。

鉆孔偏斜主要是因?yàn)殂@機(jī)安裝就位穩(wěn)定性差，地面松軟，作業(yè)時(shí)鉆機(jī)安裝不穩(wěn)或鉆桿彎曲所致，另外，應(yīng)保證地下無大的孤石存在。

3)樁孔未填滿。

打樁時(shí)當(dāng)樁尖活瓣不能打開，常會(huì)造成樁長不夠或者灌石量不足的情況。施工時(shí)應(yīng)隨時(shí)檢查樁尖活瓣的能動(dòng)性和靈活性。

4)承載力不足。

承載力不足的主要原因是設(shè)計(jì)的樁長施工后未能穿透淤積層，從而形成軟弱下臥層，造成處理后的地基承載力不足。施工前應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)鉆探，對淤積層的深度進(jìn)行充分了解后，設(shè)計(jì)的樁長應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合淤積層厚度打樁，將樁基置于堅(jiān)硬土層或巖層上。

施工過程中應(yīng)尤其注意以下幾個(gè)方面:

1)施工過程中應(yīng)記錄打樁順序、灌滿單樁所需碎石方量、單樁成樁時(shí)間、達(dá)到處理底層所需深度、拔管時(shí)的速率以及擠壓時(shí)機(jī)、次數(shù)和時(shí)間，其中灌滿單樁所需碎石方量應(yīng)由現(xiàn)場試樁確定，設(shè)計(jì)方量估算時(shí)可按樁孔容積乘以一定的充盈系數(shù)來確定，充盈系數(shù)可取1.2～1.5。如施工過程中地面出現(xiàn)隆起或下沉現(xiàn)象，則填料數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以調(diào)整;

2)機(jī)組就位檢查樁位樁管直徑范圍內(nèi)的地面土質(zhì)，如遇到較大的硬塊，由人工清理后再沉管成樁。如因下部地層不均勻引起的樁管跑偏，應(yīng)提出樁管，查明原因，向孔內(nèi)填入較大硬物導(dǎo)順樁管，確保樁位準(zhǔn)確及樁管垂直后再沉管成樁;

3)樁管的提升和反插的速度必須嚴(yán)格控制均勻性，反插應(yīng)按照由深到淺進(jìn)行;

4)施工時(shí)當(dāng)打樁進(jìn)入困難或打樁機(jī)架多次頂起時(shí)，可認(rèn)為已穿透濕陷性黃土層達(dá)到硬土層或堅(jiān)硬巖層;

5)對于施工過程中樁管帶出的泥土應(yīng)及時(shí)挖除，應(yīng)保證泥土不得掉入孔內(nèi)摻入碎石中。

4.3 施工質(zhì)量檢驗(yàn)

1)施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對碎石樁施工質(zhì)量的把關(guān)和監(jiān)控，如樁距、樁位偏差、樁管垂直度、灌入碎石量、拔管速率、反插等，施工質(zhì)量檢查項(xiàng)目如表1所示。

表1 碎石樁質(zhì)量檢查項(xiàng)目

2)對單樁碎石的灌入量進(jìn)行檢查，灌入量要求不小于0.224 m3/m。

3)碎石樁施工后應(yīng)隔一段時(shí)間后方可進(jìn)行成樁質(zhì)量檢驗(yàn)，對于濕陷性黃土、粉土、砂土和雜填土地基，一般不宜少于7 d。

4)施工前對樁間土進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，確定土層的承載力，檢驗(yàn)頻率不少于總樁數(shù)的2%。

5)樁身碎石的密實(shí)度檢驗(yàn)采用重型動(dòng)力觸探法，對于上述樁間土的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)達(dá)不到要求的點(diǎn)的周圍采用動(dòng)力觸探檢測2根～3根樁。

6)復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)的數(shù)量不少于碎石樁總樁數(shù)的0.3%且不少于3點(diǎn)，單樁承載力檢驗(yàn)數(shù)量不少于總樁數(shù)的2%。

5 結(jié)語

采用置換碎石樁對于處理濕陷性黃土地基，可消除地基土飽水的液化，提高地基的整體承載力，加固效果非常顯著，是一種行之有效的濕陷性黃土地區(qū)地基處理方法，建議在類似工程中進(jìn)行推廣應(yīng)用。碎石樁的施工受多方面因素的影響，施工前應(yīng)從各方面做好充分的準(zhǔn)備，盡可能避免意外情況的發(fā)生，這樣才能保證濕陷性黃土地基的處理質(zhì)量。

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