振沖碎石樁復合飽和土路基承載力分析與應(yīng)用

毛志新 中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004

隨著土木工程建設(shè)的迅速發(fā)展，碎石樁復合地基技術(shù)在軟土地基處理中得到了廣泛應(yīng)用，但由于地質(zhì)條件以及碎石樁復合地基本身問題的復雜性，目前對碎石樁復合地基的認識仍處于不斷探討與研究之中。從振動碎石樁復合飽和土路基承載力理論分析方面入手，對碎石樁復合地基的承載機理及其優(yōu)化設(shè)計理論進行研究。

1 碎石樁路基加固效能

振沖碎石樁法處理軟土路基，主要是置換出部分軟土，代以強度、剛度都遠比軟土高的碎石并制成樁柱狀，與樁間軟土一起構(gòu)成復合路基，以改善原軟土路基的工程性能、減小路基的沉降與不均勻沉降、增大路基的承載力與穩(wěn)定性。為使傳遞于復合路基上的荷載比較均勻，便于排水加速表土的固結(jié)，以及改善基礎(chǔ)的接觸條件，一般都在復合路基上鋪設(shè)一層厚為200-500mm 的碎石墊層。

振沖碎石樁復合地基具有如下幾點工程特性:承載能力顯著提高、沉降量顯著減小、抗剪性能和排水效果提高。碎石樁不需鋼筋、水泥和木材，施工簡單，造價低廉;與砂井和其它排水固結(jié)法相比，碎石樁不需預壓，加固周期短。該工法具有豐富的工程實踐經(jīng)驗，且施工工藝及械材日臻成熟，具有較好的發(fā)展前景。

2 碎石樁復合路基承載力機理

復合地基中樁體與基礎(chǔ)通過墊層(碎石或砂石墊層)來過渡，此點表明了復合地基于樁基在受力性質(zhì)上具有顯著差異。砂性土以及少粘性土要產(chǎn)生液化必須具備三個條件，即疏松飽和、排水不及時和強烈的振動。而振沖碎石樁正是直接改善前兩個飽和疏松少粘性土本身的不利因素，這主要是通過振密、排水減壓以及預振效應(yīng)所獲得的結(jié)果。

(1)振沖振密。由于砂土振沖密實，其孔隙大為減小，從而減少沉降，提高砂土的強度和砂基的承載力，消除液化的可能性。當?shù)卣鹆叶确謩e為7、8 和9 度時，只要砂土的密實度分別達到或超過55%、70%和80%，即不產(chǎn)生液化。

(2)排水減壓作用。飽和松砂在振動作用下，趨向密實。由于孔隙中的水來不及排出，砂土難以密實，致使砂土骨架松弛軟化，粒間應(yīng)力隨著不斷地振動逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌紫端畨毫Γ敵紫端畨毫_上覆土壓力時，即產(chǎn)生液化。而密實的砂土無振縮趨勢，故不產(chǎn)生液化。即使是飽和松砂土，因其中含有排水暢通的碎石樁，使樁間土產(chǎn)生的振動超孔隙水壓力的水迅速地由碎石樁體排出，土中孔隙水壓力亦隨之減小，難以聚集提高，從而消除或減小液化的可能性。

(3)預振效應(yīng)。預振過的砂土，雖其振后的密實度僅為54%，而其抗地震液化的能力卻相當于密實度為80%的未經(jīng)預振的砂土抗地震液化的能力。大興現(xiàn)場聯(lián)合試驗、測定表明采用振沖碎石樁處理過的砂基，其振動孔隙水壓力較未處理的砂基降低2/3 左右，該復合地基已具有良好的抗8 度地震液化的能力。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程簡介

某城區(qū)綜合交通樞紐工程位于規(guī)劃中的先導區(qū)現(xiàn)代服務(wù)業(yè)核心區(qū)域，是一個集公路客運、軌道交通、城市公交、社會車輛交通等多方式的綜合交通樞紐。總建筑面積約31.5 萬m2，按兩個項目批準建設(shè)，分別為客運站場部分和商業(yè)配套部分。客運站場部分包括換乘大樓、車輛備班樓等，總建筑面積約14.7 萬m2(未包括已建公交停保樓面積約6萬m2)。商業(yè)部分包括酒店、寫字樓、購物中心及公寓等，總建筑面積約16.8 萬m2。

3.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察和野外地質(zhì)調(diào)查，沿線于溶丘、山丘之間的水塘、沖溝等低洼地帶分布有軟土，多淤積成因，富含有機質(zhì)，厚約1.2-3.0米，局部地區(qū)有大于3 米呈垂直帶狀間斷分布，對線路有一定影響。在一些開闊的谷地、洼地及山前平原，稻田土多為淤泥質(zhì)粘土，屬軟土，厚度1.0-2.0m 米左右。由于有機質(zhì)及腐殖質(zhì)的存在，使土粒之間的膠結(jié)作用很弱，形成有機質(zhì)集合體和其他土粒的松散沉積物。

3.3 碎石樁處理措施

對于一般路基，在清除淤泥后0～80cm 范圍內(nèi)換填碎石或砂礫，其余回填土，對于浸水路堤，清除淤泥后全部換填為水穩(wěn)性好的碎石或砂礫等材料，對于深度大于3.0 米的軟基，采取打入碎石樁，樁頂鋪設(shè)砂礫墊層，覆蓋土工布的方式進行復合地基處理。軟土振動碎石樁尺寸如如1 至圖4 所示:

圖1 粒料樁斷面布置圖

圖2 粒料樁平面布置圖

采用粒料樁加固地基形成復合地基，采用振動沉樁法施工，樁體間距根據(jù)樁體直徑、地基以上設(shè)計荷載、軟土自身特點確定，樁距采用梅花型布置，根據(jù)地基土質(zhì)情況和成樁設(shè)備確定砂石間距和直徑(一般采用50cm)。

4 結(jié)論

本文根據(jù)項目工程需要，對所涉及的軟土復合地基進行處理。通過分析碎石樁軟土路基加固效能及復合路基承載力機理的分析，從而制定振動碎石樁加固復合地基處理方案。

［1］楊春生，楊麗娟.振沖碎石樁復合地基處理應(yīng)用及效果［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，2006(8):97-98.

［2］馬緒強，馬寶強，任喜祿.振沖碎石樁處理軟土地基后的復合承載力［J］.城市道橋與防洪，2006，(4):193-196.

［3］張九義，南亞林.振沖碎石樁復合地基應(yīng)用實例［J］.西部探礦工程，2006(18):24-25.

［4］劉文斌.采用振沖碎石樁加固軟土路堤的復合地基施工技術(shù)研究［D］.天津大學，2006.

［5］張艷榮.振沖碎石樁復合地基施工與檢測［J］.內(nèi)蒙古公路與運輸，2013(5):3-5.

［6］王勇.振沖碎石樁在加固軟土路基中的應(yīng)用［J］.北方交通，2013(2):3-5.

［7］付殿武，李鳳起，戚銀生，等.夯擴擠密碎石樁處理液化砂土［J］.沈陽建筑大學學報:自然科學版，2010，26(2):282-285.

［8］胡晶國，姜廣胤，衣鳳林，等.振沖碎石樁在軟弱土地基處理中的應(yīng)用［J］.路基工程，2011(6):52-53.

［9］張千管.碎石樁處理軟土路基的應(yīng)用研究［D］.長安大學，2012.

［10］王希巖.振沖碎石樁加固軟土地基技術(shù)及效果分析［J］.鐵道建筑，2001(2):23-25.

［11］李睿，張海霞，孟小萍.振沖擠密碎石樁在高速公路軟基處理中的應(yīng)用［J］.甘肅地質(zhì)，2011(2):69-72.