擠密砂樁在長沙濱江新城道路建設中的應用

申撫兵，袁騰方，劉小平

(1.中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅蘭州 730000;2.桂武高速公路建設開發有限公司，湖南郴州 423000)

長沙濱江新城片區位于長沙市區湘江西側，片區呈南北狹長形，原為長沙市近郊片區，居民居住用地、廠房、農田菜地夾雜，片區現作為大河西先導區核心區之一，已進入大面積開發建設時期。

北津城路為濱江新城片區內東西走向次干道，為片區首期啟動項目之一，路基范圍內分布有大范圍且層厚較深的雜填土、素填土等土層，根據以往工程經驗，若對雜填土、素填土處理不當，其特殊的水文及工程地質條件將導致路基沉降及路面破壞等病害，因此，對雜填土、素填土進行科學合理的地基處理對該工程乃至濱江新城片區其他道路建設提供指導意見具有重要意義。

1 工程地質概況

1.1 路基土層分布及巖性特征描述

1)人工填土:按其組成成分可分為如下兩亞層:

①雜填土1:雜色，主要由建筑垃圾、生活垃圾組成，混有10% ～15%粘性土、砂土等，成分雜亂，結構松散。層厚0.40～10.00 m。

②素填土2:褐紅、灰褐、黃褐、紫紅色，主要由粘性土組成，局部混有10% ～15%強風化巖塊及少量建筑垃圾，其巖塊塊徑一般為2～4 cm;稍濕～濕，為近期堆填，結構松散。層厚0.50～7.20 m。

2)第四系沖積粉質粘土:褐黃、灰白色，稍濕～濕，可塑～硬塑狀態。切面稍光滑，其干強度及韌性中等，搖震無反應。層厚0.90～6.60 m。

1.2 土層物理力學性質指標

本工程沿線土層物理力學性質指標見表1。

表1 土層物理力學性質指標

2 地基處治方案設計

2.1 加固方法選用

通過對袋裝砂井、塑料排水板、石灰樁、粉體噴射攪拌樁、漿體噴射攪拌樁、高壓旋噴樁、碎石樁及砂樁的適用性和價格分析，結合本工程工期緊且片區緊鄰湘江，河沙豐富，經技術經濟綜合分析比較，最后選定采用砂樁法加固處理本工程特殊路基。

2.2 地基加固機理

在砂樁成樁施工時對周圍砂層或產生擠密作用或同時也產生振密作用，還有一定的抗液化作用。所謂擠密作用，是在采用沖擊法或振動法往松散砂土中下沉樁管和一次拔管成樁時，由于樁管下沉對周圍松散砂土產生很大的橫向擠壓力，樁管就將地基中同體積的松散砂土擠向周圍的砂層，使其孔隙比減小，孔隙水排出，有效應力增大，密度也增大，地基承載力也隨之提高。振密作用是在沉管特別是采用垂直振動的激振力沉管時，樁管周圍的土體受到擠壓，同時，樁管的振動能量以波的形式在土體中傳播，引起樁四周土體的振動，在擠壓和振動的雙重作用下，土的結構逐漸破壞，孔隙水壓力逐步增大。由于土結構的破壞，土的顆粒重新進行排列，并向具較低勢能的位置移動，從而使土由較松散狀態變為密實狀態。隨著孔隙水壓力的進一步增大，達到大于主應力數值時，土體開始液化成流體狀態，流體狀態的土變密實的可能性較小，但如果有排水通道(如砂石樁)時，土體中的水就能夠沿砂石樁這個排泄通道排出，達到消散孔隙水壓力的作用，同時土的顆粒重新排列、固結，形成新的結構土體。使土體的孔隙比降低，密實度增大，從而達到加固地基之目的。抗液化作用首先是可液化的土層在受到擠密作用和振密作用后，土層的密實度增加，結構強度提高，從而提高土層本身的抗液化的能力，這可以從標準貫入試驗擊數的增大而得到驗證。其次砂石樁也起到排水通道的作用，能夠加速擠壓和振動作用產生的超孔隙水壓力的消散，降低孔隙水壓力上升的幅度，提高樁間土的抗液化能力。

2.3 加固要點

1)上層雜填土或素填土雜亂松散，在重荷下難以穩定，因此須清除。

2)根據土層物理力學性質指標，結合工程施工周期，考慮到軟土的固結情況和預壓期限，采用合理的樁徑、樁距。

3)軟土層較厚，下層為粘土層及風化巖層。因此砂樁宜貫穿軟土層至持力層，提高復合地基的承載能力，在砂樁上鋪砂礫墊層，加強橫向連接并提高橫向排水能力。

2.4 加固方案(圖1)

1)樁體材料:使用中粗混合砂，含泥量不大于5%。砂礫石級配范圍見表2。

表2 砂礫石級配范圍

2)樁徑:根據地基土質情況和成樁設備等因素，本工程砂樁樁徑采用30 cm。砂樁孔位采用等邊三角形滿堂布置。

3)樁長:本工程主要的不良土層為雜填土及素填土層，最大層厚在10 m左右，其下為風化巖及可塑～硬塑狀態的粘土層持力層。砂樁樁底置入風化巖或硬塑狀粘土不小于0.5 m，砂樁設計樁長為5～10.5 m。

4)樁距:對于雜填土可根據要求的孔隙比進行計算，按正三角形布置時，樁距L計算公式如下:

式中:d為直徑，cm;e0為天然孔隙比;e1為要求達到的孔隙比。

根據計算，L=1.53 m，樁距取整1.5 m。

圖1 加固示意

5)墊層:砂樁頂部鋪設40 cm厚砂礫墊層。砂礫墊層采用分層鋪設，即砂石樁施工完畢上面鋪20 cm厚砂礫嵌壓，然后再在上面鋪一層土工格柵，再鋪20 cm厚砂礫層，然后回填素土填筑路基。

6)成樁方法:砂樁施工可采用振動成樁法和沖擊成樁法。振動成樁法分一次拔管法、逐步拔管法和重復壓拔管法;沖擊成樁法分單管法和雙管法。

本工程考慮到土質條件及施工質量控制，采用逐步拔管振動成樁法施工。即往打入土層的樁管中灌砂后，邊振動邊拔樁管，拔起一定高度后暫停，待振動若干秒后，再拔起一點，如此反復，直到樁管全部拔出地面。

7)砂樁施工順序:施工應背離建(構)筑物方向進行，擠密砂樁施工工藝應按以下程序進行:整平原地面→機具定位→樁管沉入→加料壓密→振動拔管→機具移位。

軟基處理屬地下隱蔽工程，質量控制人為占主要因素，因而在施工中每臺樁機每班安排1名現場施工技術人員跟班作業，并做好值班記錄，隨時掌握施工動態:監督中粗砂的投放量、拔樁的速率及樁管垂直度等技術參數。

3 擠密砂樁處理效果檢測與監控情況

為了檢驗砂樁加固處理效果，為設計和施工提供可靠依據，據設計和業主要求，施工后1個月湖南中大工程檢測有限公司對本工程砂樁進行了8個點的復合地基平板載荷試驗，壓板面積為1 m×1 m，最大試驗荷載為200 kPa，試驗F—S曲線、S—lgF曲線平緩圓滑，未出現拐點，土體未破壞，S—lgt曲線呈平行排列。試驗結果見表3。

表3 復合地基平板載荷試驗結果

試驗結果表明，經砂樁加固處理后的復合地基承載力均大于130 kPa，試驗最大沉降量均小22 mm，試驗最小沉降量僅為4.4 mm，說明經砂樁加固處理后的復合地基沉降量顯著減少，降低其壓縮性，提高地基強度，改善地基的整體穩定性，滿足設計要求。由此可見，在本工程采用砂樁法是正確的，起到了顯著的加固作用，達到了預期的目標。

4 結語

本工程原地基承載力在80 kPa左右，通過擠密砂樁處理后的復合地基承載力提高到132～151 kPa，地基承載力明顯提高，處理效果明顯滿足了設計的需要，表明擠密砂石樁法是處理素填土及雜填土路基行之有效的方法。特別對于長沙市濱江新城這種城郊結合的改造片區道路工程，地質情況以雜填土素填土居多且層厚較大的情況下采用擠密砂樁法加固地基處理是一種技術可靠，施工簡便，經濟合理的有效措施。

［1］《地基處理手冊》編委會.地基處理手冊(第二版)［M］.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［2］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術規范［S］.

［3］龔曉南.復合地基理論及工程應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［4］葉書麟.地基處理工程實例應用手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1998.

［5］丁如珍，張義貴，繆林昌.擠密砂樁加固軟弱地基的承載性能研究［J］.公路交通科技，2004(7).