碎石樁堆載預壓處理公路軟基施工技術

張鳳祿

(貴州省遵義公路管理局)

1 引 言

預壓地基指當?shù)鼗休d力或變形不能滿足設計要求時，道路施工前通過在地基表面施加荷載，使地基土壓密、沉降、固結，從而提高地基承載力和減少建筑物的工后沉降量的一種地基處理方法。可以分為加載預壓法和真空預壓法兩大類。其中加載預壓法包含堆載預壓法、碎石樁堆載預壓法、袋裝砂井堆載預壓法、塑料排水板堆載預壓法等方法。

2 擠密碎石樁堆載預壓特點

碎石樁堆載預壓法稱砂(樁)或砂井排水堆載預壓法，靠樁管上震動器的激振力將樁管振動下沉，其振動力以波的形式向周圍土體傳播，將土體振動密實灌入碎石砂混合料，通過振動樁管緩慢提升及反插成樁，設置碎石樁作為豎向排水通道，并在樁頂部設置碎石墊層作為水平排水通道，在透水墊層上部壓載以增加土中附加應力，而土中附加應力產生超靜水壓力，使土體中孔隙水較快地通過碎石樁及碎石墊層排出，以達到加速土體固結，提高地基土強度的目的。

碎石樁堆載預壓法的特點是通過加速飽和軟土的排水固結，使沉降及早完成和穩(wěn)定，從工程實踐效果來看，其沉降速度可加快2.0 ～2.5 倍，可大大提高地基的抗剪強度和承載力，防止地基土剪切滑動破壞;該軟基處理的施工機具和方法簡單，成樁砂石材料貴州山區(qū)可以就地取材，可縮短施工期同時還可有效地降低工程造價。因此該軟基處理技術可適用于透水性低的飽和軟弱粘性土的加固，較適用于大部分地區(qū)的道路、路堤等工程軟基處理，但是對泥炭等有機沉積地基則不適用。

值得注意的是對于碎石樁堆載預壓施工，存在著以下普遍性問題:(1)碎石樁成孔方法易使樁周圍土擾動，使透水性減弱(即涂抹作用)或難使孔壁直立。(2)碎石樁不連續(xù)或縮頸、斷頸、錯位現(xiàn)象很難完全避免。(3)所用成樁設備相對笨重，在軟弱地基上進行大面積施工需設置較厚的透水墊層。(4)從施工角度來考慮，碎石樁需要采用大截面，而從排水要求考慮則不需要較大截面砂井，因此兩者之間的矛盾則較易造成材料浪費。

3 碎石樁布置施工

(1)碎石樁的直徑和間距。碎石樁堆載預壓施工中碎石樁直徑以及間距按置換率合理選取是設計和施工的關鍵。從工程實踐效果來看，碎石樁的直徑和間距取細而密時固結效果較好，因此工程中宜采用直徑為300 ～500 mm 的碎石樁。同時碎石樁直徑和間距還需要結合粘性土層的固結特性和施工期限來綜合考慮，過大的碎石樁直徑并不經濟，過小碎石樁直徑則為施工質量控制帶來麻煩，容易造成灌砂率不足、縮頸以及碎石樁不連續(xù)等施工質量問題。結合工程實踐經驗，間距可根據(jù)地基土的固結特性和預定時間內所要求達到的固結度來確定;同時也可以根據(jù)井徑比(有效排水直徑與豎并直徑之比)n =de/dw=3 ～6 選用(其中，de為每個碎石樁的有效影響范圍的直徑;dw為碎石樁直徑)，常用且施工效果較好的井距為碎石樁直徑的3 ～5 倍，并且其間距不適宜小于1.0 m。

(2)碎石樁深度。碎石樁深度應當結合公路路基的穩(wěn)定性和變形的要求確定。抗滑穩(wěn)定性控制的工程中，碎石樁深度至少應超過最危險滑動面2 m。對以路基沉降控制的公路壓縮土層厚度不大時，碎石樁宜貫穿壓縮土層;對較厚的壓縮土層，碎石樁深度應根據(jù)在限定的預壓時間內應消除的變形量確定，若施工設備條件達不到設計深度，則可采用超載預壓等方法來滿足工程要求。碎石樁深度一般為10 ～20 m。

(3)碎石樁的布置和范圍。碎石樁布置可以采用等邊三角形和梅花形排列;布置范圍應當比路基軟基處理范圍稍大，這主要是考慮到軟基以外的一定范圍內還會產生由于荷載而引起的壓應力和剪應力，擴大的范圍可由軟基輪廓線向外增大約2 ～4 m。

(4)砂碎石墊層。對于碎石樁堆載預壓處理軟基應當在碎石樁頂面鋪設排水砂石墊層，以連通各個碎石樁頂面并形成通暢的排水面，將水排到場地以外。砂墊層通常作成反向過濾式，根據(jù)工程實踐，其厚度可以選取0.5 ～1.0 m;水下施工時，砂墊層厚度—般為1 m 左右。為節(jié)省砂碎石，也可采用連通砂井的縱橫砂碎石盲溝代替整片砂石墊層，砂石盲溝的高度一般為0.5 ～1.0 m，砂溝的寬度取砂井直徑的2 倍。

4 碎石樁堆載預壓施工技術

4.1 施工要點

樁機對位樁位偏差值應小30 mm，樁管垂直度偏差應小于或等于1.5%，在成樁過程中，邊振動邊下沉樁管，達到設計深度或硬層時，還需持荷振動一定的時間，深度位置的留振時間至少10 ～20 s，樁管拔出速度適宜控制在1 ～2.0 m/min，采用分批連續(xù)加料法自上而下逐段制樁，每提升1 m 反插30 cm，每次填料后進行反插復打，嚴格要求做到“少吃多餐”原則。

碎石樁的灌砂率應當結合樁孔的體積和砂的密度通過試驗室振實計算和試樁確定，實際灌砂量不得小于計算值的95%。當樁管內進泥水應當先在樁管內裝入2 ～3 斗砂將活門壓住，堵塞縫隙。另外，在施工中采用激振法沉樁管，管內沙子通過緩慢提升振動和反插達到密實。

4.2 施工質量控制

在采取砂井堆載預壓施工中，使布設的樁位、樁距及平面布樁形式符合設計文件，樁間距、排距在允許偏差范圍內，檢測地面平整后的孔位標高，并作記錄。

用于擠密碎石樁的碎石應是潔凈的自然級配碎石，并具有足夠的強度和耐磨耗性，粒徑宜為20 ～50 mm，含泥量不超過10%，對進場碎石材料隨時進行抽樣檢測，含泥量及粒徑級配必須滿足要求，保證成樁質量。材料細骨料過多、粉塵含量高或級配不連續(xù)的碎石材料對樁體密實度影響較大。堆放碎石場必須規(guī)范。做好碎石樁相關試驗，如碎石篩分(檢驗碎石粒徑級配是否滿足設計要求)、含泥量、堆積密度及振實密度等數(shù)據(jù)。

為指導擠密碎石樁施工，了解成樁各類施工技術參數(shù)(包括樁孔間距、成孔末電流、振密電流、留振時間、填料量、振密段長度、每延米碎石量、提管速度等)，鑒別各項技術參數(shù)對施工的指導性，通過試樁可提出完善和充實的意見。

成樁過程檢查項目有樁距±15 cm，樁徑不小于設計，樁長不小于設計，豎直度1.5%，灌碎石量不小于設計和試樁測定量。

用標準貫入度試驗測定樁體及樁間土的密實度，樁體密實度按規(guī)范要求抽5%，用重Ⅱ型動力觸探測試貫入量10 cm 時，擊數(shù)不小于5 次。

堆載預壓施工過程中應當進行現(xiàn)場測試，包括邊樁水平位移觀測，主要用于判斷地基的穩(wěn)定性，決定安全的加荷速率，要求樁位移速率控制在3 ～5 mm/d;地面沉降觀測主要控制地面沉降速度，要求最大沉降速率不超過10 mm/d;孔隙水壓力觀測主要是用于計算土體固結度、強度及強度增長;分析地基的穩(wěn)定控制堆載速率，防止堆載過多、過快而導致地基破壞。

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