干振復合樁在高速公路構造物軟基處理中的應用

劉秀芝

(中鐵十四局集團 第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

銅陵至湯口高速公路第四合同段，全長 9.820 km，處于江南重丘陵區，山高谷深，地形復雜，地面自然坡度大部分在20°以上。沿線低洼地多水塘稻田，地基軟弱，構造物分布密集。有1.7 km處于軟土地段，以K99+238—K99+358.5段路基為例:K99+252為一個 4.0 m ×4.0 m 暗蓋板涵，涵長 47.29 m;K99+358.5為一個 4.0 m ×3.5 m 暗蓋板涵，涵長 52.7 m。該段軟基地處“兩山一洼”地帶，軟土深度 ＞5 m，且橫向分布極不均勻，平均填高10 m，原設計為清淤換填素土。為保證軟基路段路堤的施工安全、營運穩定，經變更設計，采用干振復合樁處理地基。干振樁設計長度平均10 m，共49 478 m，樁頂設置30 cm碎石墊層，1層土工格室。

2 加固機理

干振復合樁的加固機理是比較復雜的。在成孔時，導管的貫入會對周圍土體產生擠密和振實作用，樁周土體孔隙率、顆粒排列將得以改善，并產生一定超空隙水壓。干料通過振沖方式灌入樁孔內，經機械振搗變得密實，導管拔除后，樁周水在超空隙水壓的作用下向樁內滲入。由于干料本身具有較強的吸水性，使干料樁體能在較短時間內獲得水化所需水分，同時還因吸水使樁間土脫水固結，土性得以進一步改善。經水化樁體強度得以發展，同時部分活性材料及水化產物在水的作用下游離擴散，在樁周一定區域內的土體進一步固結并形成一定的強度。可見，干振復合樁加固是一個化學、物理及機械綜合作用的結果。從原理上可以看出，干振復合樁比目前國內許多軟基處理方法有更大的優勢，也可以理解為它是綜合了多種加固方案的長處而產生的一種既傳統又新穎的加固方法。

干振復合樁的優點在于:①施工機具小型化，施工速度快，就位精度高，相對其他復合樁地基而言，其施工工藝較為合理。②干振復合樁既能有效提高樁間土的力學及物理化學性質，還能因為其適中的強度使樁土之間形成理想的樁土應力關系，進而充分發揮樁土間的承載力。③干振復合樁的工程造價較低，一般相同樁體設計強度下，同體積的材料價格為 CFG樁的60%左右;相同地基設計承載力條件下，工程總造價為CFG樁的85%左右。

3 干振樁復合地基處理方案

軟土層厚度＞5 m地段，采用干振復合樁地基處理方案，可有效減小其工后沉降。在一般路堤路段、橋坡段、構造物地基路段有不同的處理方法，本文著重介紹構造物地基的處理方案。

為滿足涵洞或通道構造物對地基承載力的要求和保證工后沉降符合設計要求，對軟土地基進行加固處理。軟基路段涵洞必須是整體式基礎，并設置三道沉降縫，以增強其抗變形能力。高填方路段屬路基病害易發、多發路段，尤其是山區的軟基段，一般分布在“兩山一洼”地帶，為有效增強路基穩定性，進行加筋補強，一般每加鋪一層單向土工格柵可使路堤穩定性增加5%～10%。

軟土層厚度＞5 m地段，采用干振樁預壓處理方案，成樁直徑20 cm，在樁頂做30 cm厚碎石墊層，用于調整樁預應力的分布。其中在涵洞、通道加密處理區A區樁頂鋪設20 cm厚土工格室裝碎石回填、壓實，并在涵洞的中軸線對稱布樁。加固處理范圍，劃分B，A，B段3個加固處理區，A區為加密加強處理區，B區為過渡處理區。設計通過調整樁間距的方法控制構造物處與一般路堤段的差異沉降，控制樁長不變。A區的樁頂高程要滿足至少高出涵洞基礎的底面高程以上50 cm，開挖基坑時再予以破除，以保證樁頭的完好性，樁間距0.8 m。B區的樁頂高程按正常工藝控制到施工作業面，樁間距1.0 m。干振樁處理段和淺層處理段的接頭部位，設計采用鋪設兩層雙向土工格柵加強過渡處理。雙向土工格柵鋪設在樁頂和墊層的頂面，由B段(包含B段)開始鋪設，延伸到一般路堤段內5 m。涵洞、通道基底進行干振樁處理之后，原則上不再填土預壓及開挖施工，而是在復合地基強度經檢驗合格后，直接在處理完畢的地基上做涵洞或通道。構造物做好后，再填土至設計高度，見圖1。

圖1 涵洞通道干振復合樁處理設計

4 施工工藝及質量安全控制

4.1 施工工藝

干振復合樁施工采用15型振動沉管，管內投料成樁，成樁工藝如下述。

1)樁機就位，將底端裝有活瓣的開啟式套管立于樁位上。

2)啟動振動錘將套管按設計要求的深度沉入到軟土中。

3)將拌合好的混合料通過裝料漏斗送入孔中并通過振動將其振實。

4)振動提升套管，使混合料落入孔中。提升速度應慢速進行(1.0～1.5 m/min)，每當提升1 m 后停止提升，這時繼續振動20～30 s使混合料密實。

5)成樁完畢后移動樁機至下一樁位，同時對剛施工完畢的干振樁進行檢查并作好施工記錄(施工時間、樁位編號、入土深度、混合料使用量)。

6)樁體檢測合格后，一般場地整平壓實后采用機械或人工攤鋪碎石;涵洞、通道的A區應破除一定長度的樁頭，人工攤鋪。采用粒徑＜5 cm的碎石，碎石含泥量 ＜3%，干密度應 ＞2.20 t/m3。

7)干振復合樁在其樁長一半處，對地基的振動和擠密效果最好，而在樁頂1 m左右的土層，加固效果較差，應采用振動或碾壓處理。

4.2 樁體材料的選擇原則

1)粉煤灰。粉煤灰是樁體最主要的構成材料，其品質直接影響復合樁的強度和耐久性，一般三級以上粉煤灰均可用于復合樁。低鈣粉煤灰的化學成分見表1。在干灰獲得比較困難的情況下，也可以采用濕灰或調濕灰，甚至陳灰。但在使用前應對粉煤灰燒失量、細度和抗壓強度比等指標進行試驗，燒失量控制在12%以內，細度(45 μm篩余)≤25%，28 d抗壓強度比≥60%。

表1 低鈣粉煤灰的化學組成%

2)石灰。復合樁的石灰通常采用磨細生石灰，為了保證樁體的強度，應篩去粒徑＞1 mm的粗顆粒。但生石灰在野外施工現場很難保存，采用熟石灰時，可以通過生石灰自然陳化3～5 d得到，陳化超過7 d后的石灰不應采用。注意剔除篩余粗大或未陳化的石灰顆粒，并避免經陳化或未陳化的石灰受到雨淋。石灰等級劃分見表2，須采用二級或二級以上石灰。

表2 生石灰等級 %

3)骨料。骨料最大粒徑在15 mm以下為宜，采用中砂作為細骨料，砂率控制在30% ～40%，盡可能采用級配良好的砂石料，如瓜米石。

4)樁體材料配比及強度。復合樁膠凝材料建議配比為粉煤灰∶石灰∶外加劑 =1∶0.24∶0.05，外加劑可選用硫酸鈉。復合樁材料建議配合比為膠凝材料∶砂∶石=1∶1∶2。設計給出配合比為參考值，應根據現場試樁情況進行調整。樁體強度以28 d強度作為施工樁強度控制標準，應不低于1 MPa。

4.3 質量控制

1)打樁順序及其對成樁質量的影響。采用連續施打順序施工。連續打樁施工時，對相鄰樁的振動影響是顯著的，通常這種振動對相鄰已施工的樁起到輔助再振實的作用。對于含水量豐富的地層，這種輔助振實類似于對濕拌混凝土的附著式振搗，因而使樁身變得更加密實。

2)拔管速度及其對成樁的影響。拔管速度過快，會導致成樁直徑較小，甚至產生縮徑或斷樁;拔管速度過慢，由于振動時間長容易產生離析，會使得樁體下部粗顆粒材料含量較多，樁頂細顆粒材料含量過多而降低強度。因此，一般建議拔管速度為1.0～1.5 m/min。

3)振動沉管干料成樁及其對樁間土的影響。這種施工工藝對樁間土一般有兩方面的影響，其一是由于擠密作用而使得樁間土變得更密實;其二是干料吸水作用使樁間土含水量減少而改變樁間土的性質。因此除密實砂土、粉土以外，一般狀況下，樁間土的承載力都會得到提高。

4)混合料中石灰質量及其對樁體強度的影響。振動沉管干料成樁所形成的復合樁，其混合材料中的石灰質量對樁體強度的影響是非常明顯的，一般采用磨細生石灰的效果最好。但生石灰在野外施工現場很難保存，可以采用熟石灰，注意熟石灰同樣需要保存好，一般陳化時間不應超過7 d。

5)施工中應及時清除樁管帶出的泥土，以免影響成樁質量。

6)施工中應詳細記錄成樁長度、時間及每次混合料灌入量，以備出現問題時查找資料和計量時作為計算實際成樁長度的原始資料。

4.4 成樁試驗及復合地基試驗

成樁7 d后，進行樁體成樁檢驗，挖開自檢，觀察樁體的成型情況及樁體的密實程度，如實做好記錄。成型的樁體應以整體性和密實性好為標準，如發現樁體不良等情況，應及時制定相應的處理措施。檢測樁的齡期達到28 d后，根據樁位圖和施工記錄等資料，隨機選定檢測樁進行取芯和標準貫入試驗。取芯設備采用雙套筒鉆頭，標貫采用N63.5重錘。

在成樁30 d后，選取試驗點采用堆載法進行復合地基載荷試驗。其樁徑、垂直度、樁身強度均達到設計標準，處理后地基承載力達到160 kPa，滿足規范要求。樁間土的孔隙比、含水量較加固前明顯降低，土體的密度更高，尤其在樁周一定區域內，土體不但密實少水，而且局部土體板結成塊狀，形成了一個整體性較強并具有足夠剛度和強度的復合地基。

4.5 安全措施

1)嚴格執行安全操作規程，安全員負責安全教育和檢查，有權制止不合格的施工作業。

2)機械設備運行時，特別是在制樁過程中，崗上人員必須堅守崗位。夜間作業應充分照明，登高作業應系安全帶。

3)建立機械設備的定期檢查、保養制度。

5 結語

干振復合樁處理軟土路基的關鍵是根據軟土路基的實際地質情況采用不同的參數，材料上嚴格按照設計要求并在設計容許的范圍內可適當調整。在施工過程中嚴格控制施工工藝，振搗到位。

干振復合樁樁體材料易于選擇，不需要配筋并能充分發揮樁間土的承載能力。其受力和變形類似于素混凝土樁，具有地基承載力高、變形小、穩定快及施工簡單的優點，工程質量易保證。另外，復合樁施工過程不用泥漿，避免了對環境和水資源等造成的污染。

干振復合樁比傳統軟基處理工藝具有較高的社會經濟價值，在銅湯高速軟基處理中得到了很好的應用，對類似工程具有重要參考價值并可推廣應用。

［1］ 安徽省公路勘察設計院．銅陵至湯口高速公路軟基處理施工圖補充設計說明［R］．合肥:安徽省公路勘察設計院，2004．

［2］ 曾勇，尹紫紅．粉噴樁技術在軟土地基加固中的應用［J］．鐵道建筑，2008(2):79-81．

［3］ 李增華．振沖碎石樁加固鐵路路基的設計與應用［J］．鐵道建筑，2009(12):89-91．

［4］ 劉海軍．深厚砂層地基振沖灌漿加固處理技術研究［J］．鐵道建筑，2010(5):90-92．

［5］ 中華人民共和國交通部．JTG F10—2006 公路路基施工技術規范［S］．北京:人民交通出版社，2006．