振動沉管碎石樁在機場軟基處理中的應用

摘 要：振動沉管碎石樁加固機場復合軟土地基處理，從而提高復合軟土地基的的承載力，為機場安全穩定使用提供保障。

關鍵詞：振動沉管；碎石樁；軟基處理

中圖分類號：U416.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0197-02

引 言

在機場的跑道實施過程中，有很多的因素可以影響其中安全和穩定的運行和實施，其中最重要最關鍵的一個環節就是軟土地基的施工和建設，因為軟土地基的高含水性和穩定性較差的緣故，導致在實際的施工過程中很難對其的安全準確進行合理把握，在實際的施工過程中，一旦出現相關的問題，極可能就會造成地基沉降事故現象發生。為了保障可以建造高質量的機場跑道，對軟土地基施工技術的探究還是非常必要的。軟土地基處理其中一種方法為碎石樁處理。碎石樁施工方法有振沖法和振動沉管法，振沖碎石樁施工時用水量大，產生大量泥漿，容易污染施工現場。而振動沉管碎石樁處理軟土效果良好，具有施工速度快、工期短、無污染等特點。因而在本機場軟基處理中，振動沉管被廣泛應用。

1 工程概況

西南地區某機場位于成都市東南方向，龍泉山脈以東。場地內以淺丘寬谷地貌為主，地勢總體是東高西低、南高北低，場地高程大部分在420～470m之間，相對高差在50m以內，地形起伏不大，丘坡圓緩，緩坡地帶多為旱地及荒坡，自然坡度10～30°，植被茂密。本場區內主要地基處理包括：①軟弱土厚度<2m時進行挖換填處理；②軟弱土厚度2～5m時進行強夯置換處理；③軟弱土厚度>5m時進行碎石樁+塑料排水板處理；④飛行區道面影響區軟弱土厚度>5m且填方區厚度≦5m時進行CFG樁處理；⑤飛行區土面區軟弱土厚度≧5m時進行插板處理；⑥對于沒有進行地基處理的填方區軟弱土采用不插板預壓處理。本文結合西南地區某機場地基處理工程，對碎石樁施工進行闡述，研究碎石樁在機場軟基處理中的應用。

2 主要作用及優點

2.1 擠密作用

在成樁過程中樁管對周圍土層產生很大的橫向擠壓力，樁管體積的碎石擠向樁管周圍的砂層，使樁管周圍的砂層孔隙比減小、密實度增大。

2.2 排水降壓作用

碎石樁加固時，樁孔內充填碎石（卵石、礫石）等反濾性好的粗顆粒料，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水降壓通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高，防止土體產生液化，并可加快地基的排水固結。

2.3 承載樁作用

樁體自身的承載能力和樁體在荷載作用下樁間土產生的圍壓對其承載能力提高產生極大影響。

3 地基處理方案

如何在實際的施工和建設中確定地基處理的方案，如何讓選擇的方案最佳化，讓選擇的方案更能滿足可靠性和經濟性的要求是施工中設計和規劃的首要問題和任務，也是工程在預測和評估中的正確參考標準。

3.1 地基處理方案設計

飛行區道面影響區、航站樓和工作區道路軟弱土厚度>5m且填方厚度>5m時進行碎石樁處理。跑道、快滑范圍采1.5m樁間距，其他區域采1.8m樁間距，梅花形布樁。

碎石樁直徑600mm；樁體碎石飽和單軸抗壓強度fr≥30MPa，軟化系數KR≥0.75；粒徑≤5cm，不均勻系數Cu≥5，曲率系數Cc=1～3，含泥量<3%。碎石樁要穿透底層軟、可塑土層，樁體碎石充盈系數不小于1.2。

3.2 碎石樁加固原理

碎石樁的加固機理一般可分為擠密和置換兩種作用。對于飽和黏性土，碎石樁的作用則是置換和排水；對于砂性土，主要作用是擠密；對于非飽和黏性土，則同時兼有擠密和置換兩種作用；對于砂土、粉土及非飽和粘性土，碎石樁起到了擠密、排水、預振作用。碎石樁用于地基處理，其本身是由散體材料組成，材料本身沒有粘性強度，樁體的強度主要是靠周圍土體的約束和樁身材料的摩擦維持，在承受上部荷載時，樁體主要受集中在樁頂附近4倍左右的樁徑范圍內。同時碎石樁由于設置了反濾性和滲透性都較好的碎石褥墊層，使得土體固結排水路徑大大縮短，固結速度大大提高，土體的強度對整體的原始能力也得到提高，從而使復合地基的承載力得到了提高。

3.3 施工工藝流程

碎石樁施工工藝流程如圖1所示。

3.4 場地平整

施工前，人工配合挖掘機對場區內的雜物（樹木、雜草等）進行清理，然后根據地形圖及“寧填勿挖”的原則進行整平。

3.5 測量放樣及布樁

根據設計圖測放出碎石樁處理區域邊線，并用白石灰做標記。然后根據設計出的樁點位（如圖2和圖3），采用GPS測量儀對樁點進行測放，并在樁點上標明樁點編號。

3.6 碎石樁施工

碎石樁成樁工藝為振動沉管法。

3.6.1 碎石樁施工順序

碎石樁施工順序須遵循在砂質土地基中：由外緣或兩側向中間進行，且隔行施打，相鄰兩根樁必須采用跳躍間打；在淤泥質粘土地基中：宜從中間向外圍逐行或隔行施打。

3.6.2 施工方法

（1）樁機就位：樁機就位，合攏合瓣樁尖，使樁尖對準樁位標記，將管樁向下垂直。

（2）振動沉管：利用錘重及沉管自重徐徐靜壓1～2m后，啟動振動錘振動下沉，每下沉0.5m留振30s。樁管在下沉過程中，須不定時地調整樁機搭架，使沉管與地面垂直度控制在≤1%范圍內。

（3）停止振動、灌入碎石：樁身達到設計樁長時，停止振動，立即將碎石由加料口注入樁管內，灌入量按樁身設計量×充盈系數（充盈系數為1.2）計算。填料時須分批加入，不宜一次加料過多，并做好現場施工記錄，嚴格控制每根樁的碎石充填量，避免先期大后期小的不良現象，以增加樁的均勻性。

（4）拔管、振動、加料：管內灌入碎石高度需大于1/3管長，方可開始拔管，應有專人負責監測碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管前先振動1min，以后邊振動邊拔管。每提升1m，樁管應反插50cm，然后留振30s，如此反復直至全管拔出，拔管速度為0.8～1m/min（平均速度）。

3.6.3 施工質量控制要求

（1）碎石樁施工過程，要注意防止破壞標識引起樁位不準，并隨時復核，對因擠土作用引起的樁位偏差，及時調整。

（2）樁管在下沉過程中，須控制好樁身垂直度，確保在允許偏差范圍內。

（3）振動拔管過程，須控制好拔管速度、反插深度及次數。

（4）碎石灌入量須符合設計要求。

3.7 試驗檢測及分析

根據設計要求，本工程碎石樁處理檢驗為樁身重型動力觸探檢驗。評價樁體均勻性和檢查樁長，樁長應穿透軟、塑土層及硬塑夾層，經桿長修正后的動力觸探檢測結果應符合以下要求：最小值不小于3擊，平均值不小于6擊，加固面（不含墊層）以下1～6m范圍平均值（超過10擊時應予以剔除）不小于5擊。

結論：修正后最小值為3擊，平均值為10.5擊，加固面（不含墊層）以下1～6m范圍平均值（超過10擊時應予以剔除）為7.3擊，滿足設計要求。

通過后期沉降觀測記錄，碎石樁處理完成后6個月處于沉降期，6個月后處于沉降收斂期，碎石樁屬于排水固結類樁，地下水通過樁身及褥墊層進行排水從而提高土體強度。

4 結 語

振動沉管碎石樁復合地基工作是通過碎石墊層、碎石樁體、樁間土的協調工作來完成的。碎石墊層作為表土排水措施，加速表土的“殼”化。碎石樁體形成排水通道及樁體承載。劑密效應使得樁間土承載能力大大提高。碎石樁施工工藝突出表現為投入設備簡單，現場施工文明、進度快、施工質量易控制的優點，在機場復合軟土地基處理方面具有顯著的社會效益和經濟效益。

參考文獻

[1]《建筑地基處理技術規范》（GB50021-2001）（2009年版）.

[2]《建筑地基基礎工程施工規范》（GB51004-2015）.

[3]楊長順.振動沉管碎石樁施工技術[J].鐵道建筑技術，2003.

[4]李 利，萬瑞義，王雋義.振動沉管碎石樁在加固軟弱地基中的應用[J].東北電力學院學報，2003.

收稿日期：2018-7-23

作者簡介：王玉成（1988-），男，助理工程師，大學本科，主要從事市政公用工程工作。