碎石樁在山西中南部鐵路軟基應用分析

唐 圣

(中鐵大橋局集團第六工程有限公司)

1 工程概況

新建山西中南部鐵路通道湯陰東至日照南段工程，西起湯臺線湯陰東站，東至日照南站起訖里程為K12 +100～K150 +400 = D1K824 + 000～DK1279 + 800，正線長度為572.34 km。其中利用湯臺線增加二線地段136.906 km。該標段軟土路基里程范圍為DK853 +400 至DK853 +560 合計160 m，路基加固措施主要采用碎石墊層和攪拌樁。為滿足軟土路基沉降滿足設計要求，施工前期必須進行軟土路基處理。該段設計攪拌樁樁徑為0.4 m，樁長11～12.8 m 之間，采用正三角形布置，樁間距按照1.4 m 布置，在攪拌樁施工前先在路基外米側打入一組試驗樁，試驗樁為2 根，檢測樁基承載力。

2 碎石樁加固機理

在軟土路基中碎石樁會形成一定密實樁柱體結構，荷載作用下碎石與土能夠形成復合體系傳遞上部荷載，改善復合地基工程性能，增強地基承載力。在軟土中壓入碎石不僅能夠增加樁周圍土體的密實程度、孔隙比減小，壓縮性降低，而且碎石樁還具有良好抗震性能，減少軟土路基不均勻沉降，能夠縮短沉降周期。成樁過程中由于設備振動、擠壓和擾動使樁周圍土體產生附加空隙水壓力，成樁后隨著水壓力消散土體強度不斷增強，地基加載過程排水作用使土體孔隙水壓力不斷消散，樁周土體強度不斷增大，復合地基強度不斷增強。

3 施工工藝

碎石樁施工流程為測量放樣、鉆機就位、沉管、投料、震動提升、移位。

測量放樣:采用全站儀放出碎石樁區域內的控制樁，根據控制樁帶線尺量碎石樁位;鉆機就位:通過起重機械將碎石樁機起吊就位，并將鉆管與樁位對中;沉管:啟動碎石樁機，通過振動錘將鉆管沿導向架方向下沉至設計標高;投料:鉆管沉入到位后，通過料斗將碎石投入到鉆管內;震動提升:碎石料投足后，通過振動錘振動鉆管，并緩慢提升鉆管，控制提升高度，每次提升1 m 左右時振動下沉，如此來回抽插3次以上再緩慢提升，保證碎石樁的密實;移位:將鉆管提升懸空，通過裝機上卷揚機將裝機在下一根樁位上就位，重復上述步驟。

4 試驗檢測分析

4.1 靜載試驗

為保證檢測試驗數據科學準確合理可靠，采用樁基測試分析系統。取DK853 +400 至DK853 +560 段典型特征碎石樁為代表，其中84#樁為里程DK853 +457.839，樁徑設計為500 mm，樁體強度設計值為C20。單樁承載力設計值為450 kN，施工記錄樁長為10.04 m;118#樁里程為DK853 +546.782 樁徑設計為500 mm，樁體強度設計值為C20。單樁承載力設計值為450 kN，施工記錄樁長為11.16 m。對84#樁、118#樁進行豎向抗壓靜載試驗，試驗曲線見圖1 所示。

圖1 18#樁、93#樁豎向抗壓靜載試驗曲線

根據84#樁、118#樁豎向抗壓靜載試驗曲線可以看出84#樁加載最大荷載503 kN，在加載到最大荷載時沉降量為38.64 mm，卸載后塑性變形為26.73 mm，彈 性 變 形 為11.91 mm;樁在不等荷載加載作用下Q－S 曲線變化均勻，說明沉降變化均勻，各級加載后沉降量變化較小，當加載至508 kN 時經過持續加載120 min 達到穩定，總沉降達41.86 mm，沉降量為41.86 mm 對應荷載為極限荷載，單樁極限承載力為510 kN ＞450 kN 滿足設計要求。

4.2 抽芯試驗

樁芯完整才能滿足提供正常承載力要求，如果樁芯存在質量問題如斷樁、骨料級配不良、樁尖是否進入持力層、持力層是否滿足承載力都會直接或間接導致工程事故的發生，為此要對樁進行抽芯試驗，檢查樁身混凝土粗細骨料級配組成、有無斷樁、樁長、樁尖是否進入持力層以及樁底持力層是否滿足設計要求，對具有代表性樁芯進行取樣進行外觀檢查并進行無側限抗壓強度試驗，抽芯試驗樁設計參數見表1 所示。

表1 抽芯試驗樁設計資料匯總表

對取樣進行觀察并通過試驗測定與表1 設計參數進行對比分析84#樁0.00～12.4 m 樁身混凝土完整，長、短柱狀，局部塊狀，骨料分布均勻，12.4～17.6 m 屬于強風化粉砂巖，手捏易散;118#樁0.00～11.70 m 樁身混凝土，長柱狀，局部塊狀，骨料分布均勻，膠結一般，11.70～12.00 m 強風化粉砂巖，手捏易散。

5 軟基沉降觀測

為控制填土速率，預測沉降趨勢及工后沉降，施工中必須對軟土路基進行動態觀測。按照設計要求對填土速率、沉降變形、穩定情況進行觀測布置，同時根據動態觀測具體情況加以調整確保路堤穩定安全，填筑后滿足工后沉降要求并能按期完成。軟土地區大面積地基處理開工前進行試驗施工，根據試驗取得資料進行分析地基處理效果，掌握各項技術參數，對原設計進行修正并指導全線施工。

5.1 地面沉降－時間－荷載關系曲線

DK853+480 斷面地面沉降－時間－荷載關系曲線觀測結果見圖2 所示。

圖2 地面沉降－時間－荷載關系曲線

由圖2 可以看出碎石樁復合路基沉降小于30 mm，填筑荷載完成后180 d 內沉降基本穩定。在路基填筑期間最大沉降速率小于10 mm/d 穩定安全。

5.2 孔隙水壓力結果及分析

在碎石樁復合地基埋設孔隙水壓傳感器，深度分別為2、4、6 m，孔隙水壓力變化觀測結果如圖3 所示。

圖3 孔隙水壓力變化曲線

圖3 可以看出隨填土荷載增加，土中孔隙水壓增加，填土間歇期間孔隙水壓消散、減小，再填土孔隙水壓再增加。當填土到設計標高時孔隙水壓逐漸消散、減小。

5.3 土壓力觀測結果及分析

在碎石樁復合地基墊層中埋設土壓力傳感器進行土壓力變化觀測，土壓力加載曲線見圖4 所示。

圖4 土壓力加載曲線

從圖4 可以看出路基填筑完成后隨著土體固結，樁頭提供承載力逐步減小，樁間土提供承載力逐步增大，樁土應力比隨土固結前期增大后期減小，樁土應力比隨著荷載增大而逐漸減小.

6 結 語

碎石樁加固軟土路基是軟土處理常見方式，不僅可以有效消除路基液化，而且能夠在短時間內提高軟土路基承載力。碎石樁加固軟土路基施工前要做好施工準備工作，編制科學合理的施工組織、質量控制及進度計劃，施工中嚴格按照設計圖紙及施工組織進行，從施工人員、施工材料、施工機械、施工方法及施工環境等方面進行控制，保證工程順利進行。

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［2］孫勇軍.碎石樁處理軟土地基的施工工藝研究［J］. 山西建筑，2007，33(8):130－131.

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