振沖碎石樁在軟基處理中的應用

李慶賀

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

目前對于軟土地基處理的方法主要有直接換填、化學加固、樁基礎擠密[1]等。碎石樁通過振沖擠密、排水減壓、預先振動這3種作用可以使土體更加密實，降低含水量從而提高軟基強度。考慮到工程經濟環保性，振沖碎石樁由于其具有較好的處理效果、經濟適用、且施工時間較短得到較多工程應用，因此本文采用振沖碎石樁對山西某高速公路所經某路段軟基進行處理。

1 工程概況

某高速公路在K34+200—K34+312路段所經地基為軟土層，根據公路路基設計規范中對于軟土評判指標（見表1），該路段軟土層由上往下分別為淤泥質粉質黏土、粉質黏土、粉土、粉質黏土。淤泥質粉質黏土，分布于路基表面至往下1 m深處，顏色呈現黑褐色，根據含水量測得其為軟塑狀態；粉質黏土，分布于地下1～6 m處，呈現黑色，軟塑，且具有腥臭味；粉土，分布于地下6～8 m處，灰色，流塑狀態；粉質黏土，分布于地面以下8～12 m處，呈現灰色，流塑狀態。各土層物理指標見表2。該路段軟土地基測得承載力74 kPa，不滿足設計所要求的160 kPa，采用振沖碎石樁對軟基進行處理，使其承載力、工后沉降滿足要求。

表1 軟土判斷指標

表2 各土層物理指標

2 單樁荷載試驗

2.1 碎石樁的設計與試驗方案

根據施工方案決定采用振沖碎石樁來處理軟土地基，根據現場地質勘察確定采用10 m的樁長，現場采用的振沖施工器械為75 kW型，經過查閱資料并參考一些成功處理的同類軟土地基工程，采用直徑為1.1 m的碎石樁，樁距為1.7 m，各樁采用等邊三角形進行排列[2]，填樁所用集料需要使用含泥量低于5%的碎石，且粒徑范圍為40～150 mm，在樁頂需要預鋪一定厚度的碎石墊層，具體見圖1。

圖1 三角形布樁樣式（單位：cm）

在碎石樁成型后，需要采用單樁荷載試驗對碎石樁復合地基抽樣點檢驗復合承載力，再測量樁土應力比看是否在合理范圍2～4內，再通過動力觸探對土的密實性進行檢驗，將試驗值與設計值相比較，檢驗其是否滿足設計要求[3]。

2.2 單樁承載力試驗

對于復合地基承載力的測算，一般需要考慮樁的承載力與樁間土的承載力兩者共同作用，通常分別通過對碎石樁承載力進行檢測，再對樁間土承載力進行檢測，兩者經過數學算式疊加而表征復合地基承載力。

本文對復合地基承載力進行測算所使用的方法為單樁荷載試驗，根據《建筑地基處理技術規范》JGJ 79—2012中的有關規定進行試驗，承載板所用面積與單樁置換土面積大小一致，單樁處理面積為（1.05×1.5）2÷4×π=1.94 m2，所以承載板使用1.6 m直徑的圓形承載板，承載板中心與所測樁中心對應，進行逐級加載，且試驗最大加載量不小于地基設計承載力所對應的壓力的2倍，根據地基設計承載力所計算出試驗最大加載量為160 kPa×1.94 m2×2=620.8 kN取620 kN，最大加載量分為8級7次加載，每級為77.5 kN，首次加2級155 kN后6次按每級77.5 kN加入，加載后觀察沉降量，卸載分5次卸載，每次卸載觀察回彈量。將數據記錄于表3；圖2為沉降曲線。

表3 單樁荷載試驗數據

圖2 沉降曲線

根據表3可知，當荷載加到最大加荷量時，最大變形達到59.57 mm，小于承載板直徑的6%（1 600×6%=96 mm），且現在試驗過程中樁間土無凸起現象。根據沉降曲線可知，在加載過程中變形量無急劇變化，因此試驗數據可用。同時可以看出，沉降曲線的斜率變化率小，說明該試驗點復合路基承載力還未達到破壞點。因此根據《建筑地基處理技術規范》JGJ 79—2012試驗要點可知[4]，由于復合地基在加載過程中未達到極限，因此地基承載力特征值取s/d=0.010（s為沉降量、d為承載板直徑）所對應的壓力。通過類似10個試點計算地基承載力，計算結果見表4。若每個試點檢測結果滿足極差不超過平均值的30%，則復合地基承載力取各試點平均值。

表4 各試點承載力測算結果

從表4可知，各點所測算結果皆為超過平均值的30%，所以該路段復合地基承載力取各點綜合平均值 0.183 MPa，超過設計所要求地基承載力0.16 MPa，因此復合地基承載力滿足設計要求。

2.3 樁土應力比

樁土應力比的大小也是評價振沖碎石樁要點之一，樁土應力比表征碎石樁分擔土體承載力的大小。樁土應力比過大，將導致樁承載力過高，未充分利用樁間土承載力，導致工程浪費；反之，樁土應力比過小，則容易使樁承載力不能滿足要求或工后沉降過高。因此，在進行單樁荷載試驗時，可在樁體與樁間土體中埋入測力計，測出應力比數據，繪制成曲線圖，見圖3。

圖3 應力比變化趨勢圖

根據圖3可知，當荷載增長到一定程度后，樁土應力比變化趨勢趨于平緩，各樁點在250 kN后應力比在3.2～3.6之間波動，這與設計值3.5接近，因此檢測結果滿足設計要求。

3 動力觸探試驗

碎石樁與樁間土的密實度可用動力觸探試驗來測定，對于樁間土，本文使用N10的輕型觸探試驗對比打入碎石樁后的土體密實度變化，再通過重型觸探試驗與超重型觸探試驗對試驗路段任意取3點進行碎石樁與樁間土的密實度進行檢測，具體錘擊次數與深度關系見圖4～圖6。

圖4 輕型動力觸探試驗對比圖

圖5 樁間土重型錘擊試驗結果

圖6 超重型觸探試驗結果

根據圖4可知，在振沖碎石樁處理后樁間土錘擊數在80～100波動，而原地基土的擊數20～30相比較，可以看出振沖碎石樁處理后的地基的抵抗外力荷載壓入變形的能力有很大的提升，這是由于振沖碎石樁對軟土地基的擠密與排水作用等。

根據圖5可知，圖5樁間土所取3個點在地表下0～6 m深度N63.5錘擊數在5～11波動。

圖6中，其N120錘擊數在3～7波動。因此，根據《巖土工程勘察規范》GB50021—2009中動力觸探試驗[5]評判標準可知，樁間土與碎石樁密實效果好。

4 結論

本文采用振沖碎石樁對軟基進行處理，通過現場試驗得出以下結論：

a）通過現場單樁荷載試驗對振沖碎石樁復合地基進行承載力檢測，經計算所測得復合地基承載力為0.183 MPa大于設計值所要求的0.16 MPa，滿足設計要求。

b）通過單樁荷載試驗對樁土應力比進行測試得知，隨著荷載的不斷提升，樁土應力比穩定在3.2～3.6之間，與設計值3.5相近，碎石樁處理后的復合地基中，碎石樁具有一定的承載力，樁土應力比合理且滿足設計要求。

c）通過輕型動力觸探試驗對原土與處理后的樁間土密實度進行對比表明，碎石樁對軟基處理后從擊實次數可以看出抗壓入變形能力明顯高于未處理的原土。

d）根據樁間土與碎石樁的動力觸探試驗可知，樁間土與碎石樁的密實度良好。