碎石樁在公路軟基處理中的應(yīng)用

馮全斌　王英嬙

摘 要：介紹了振動沉管碎石樁在盤州市X298盤縣雨格至普古段改造工程軟基處理中的應(yīng)用，同時提出了振動沉管碎石樁在施工工藝、質(zhì)量控制方面的注意事項，且對碎石樁的應(yīng)用效果作了簡要的評述。

關(guān)鍵詞：振動沉管碎石樁;二級公路;軟基;應(yīng)用控制

1 前言

公路施工中，路基位于天然地基之上，自身荷載大，要求地基具有足夠的承載能力，進(jìn)而保持路基穩(wěn)定，不至于產(chǎn)生對路基有害的變形。因此路基的軟基處理尤為關(guān)鍵。針對不同的軟基情況，處理方法也有很多種。本文就振動沉管碎石樁處理方法提出自己的觀點和看法。在軟基處理中采用碎石樁進(jìn)行地基處理，從檢測結(jié)果來看效果較好，能達(dá)到設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，提高了地基的負(fù)荷承載能力，保證了路基填方的施工質(zhì)量。

2 工程概況

X298盤縣雨格至普古段改造工程位于貴州省西部盤縣境內(nèi)，東鄰普安，南接興義，西連云南省富源、宣威，北鄰水城。項目起于水盤高速雨格互通A匝道起點處，經(jīng)徐家大巖、馬科地、仲家寨、老屋基、大老地、楊家大溝、劉家寨、姜家寨、阿沙至終點普古坡處，終點接246縣道，本項目路線全長12.99公里。本項目的建成通過水盤高速雨格互通立交將坪地鄉(xiāng)、普古鄉(xiāng)與高速公路相連，同時也打通了高速公路與S212的連接，將有效地改善區(qū)域交通運(yùn)輸條件，促進(jìn)沿線旅游開發(fā)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。

根據(jù)勘探資料顯示，K3+500-K3+900段地基存在著7～10M厚的軟土層。軟土含水量40%～60%，孔隙比1.2～2.0，屬于淤泥和淤泥質(zhì)土。本段路堤填土高度5～16M，是典型的高路堤，并且地基半幅硬半幅軟，所以存在著橫向不均勻沉降問題。根據(jù)設(shè)計計算的結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，從解決軟土地基的沉降和穩(wěn)定兩方面綜合考慮，采取了振沖碎石樁方案，并付諸實施。

3 碎石樁加固機(jī)理

碎石樁的加固機(jī)理一般可分為擠密和置換兩種作用。對飽和粘性土，主要是置換;對砂性土，主要是擠密;對非飽和的粘性土.則同時兼有擠密和置換兩種作用。一般認(rèn)為，飽和土體的擠密作用隨土中細(xì)顆粒含量而減少，置換作用隨細(xì)顆粒含量的增加而增加。對砂土、粉土及非飽和粘性土，碎石樁起到了擠密、排水、預(yù)振、減振作用。對飽和粘性土，碎石樁的作用則是置換和排水。碎石樁運(yùn)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(qiáng)度，樁體的強(qiáng)度主要是靠周圍土體的約束和樁身材料的摩擦維持的，在承受上部荷載時，樁體主要受力集中在樁頂附近4倍左右的樁徑范圍內(nèi)。同時碎石樁由于設(shè)置了反濾性和滲透性都較好的碎石，使得土體固結(jié)排水路徑大大縮短，固結(jié)速度大大提高，土體的強(qiáng)度和對整體的約束能力也得到提高，從而使復(fù)合地基的承裁力得到提高。

4 碎石樁設(shè)計方案

4.1路基碎石樁布置平面圖見圖1，設(shè)計樁徑0.5m，間距1.2m，樁長11m，布樁形式為正三角形。

4.2碎石樁設(shè)計為振動沉管碎石樁，設(shè)計充盈系數(shù)為1.3，填料為2～5cm級配碎石，含泥量小于10%，碎石樁密實度標(biāo)準(zhǔn)為每10cm重Ⅱ型觸探擊數(shù)≥5擊。重Ⅱ型動力觸探的檢測有兩個目的，一是檢測成樁的密實度，看是否達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn);二是檢測樁長是否達(dá)到設(shè)計要求。

5 碎石樁施工

5.1碎石樁施工設(shè)備進(jìn)場前，先作好場地的清理、平整，按設(shè)計要求采用透水性良好材料填筑路堤高出原地面不小于0.5m，作為碎石樁樁機(jī)施工時的施工平臺。

5.2碎石樁施工機(jī)械采用八達(dá)M75型振動沉管打樁機(jī)，樁頭采用預(yù)制C30混凝土，主要動力為115.40KW（22+37×2+2.2×2+7.5×2）的電動機(jī)，通過傳動裝置帶動下部的振動頭。樁管直徑426mm，配套裝架選擇大于15m的高度，起重機(jī)械的起吊能力為50KN。

5.3施工前須通過試樁確定施工技術(shù)參數(shù)，即確定反插次數(shù)和樁尖直徑。試樁應(yīng)對每一種振動錘和樁管組合分別進(jìn)行，我們使用的振動錘均為I）Z60型，樁管均為Φ426鋼管，所以只進(jìn)行了一組試樁。試樁要選擇多種組合，以找出最佳施工參數(shù)，既不浪費材料和機(jī)械，又滿足設(shè)計對充盈系數(shù)和密實度的要求。我們擬定的試樁組合及試樁結(jié)果見表1，最終選擇485mm樁尖和每1.5m反插0.5m作為施工技術(shù)參數(shù)。試樁不一定一次找到最佳施工技術(shù)參數(shù)，對不理想的試樁結(jié)果采取相應(yīng)對策重新試樁，直到找到最佳技術(shù)參數(shù)為止，試樁常見問題及對策見表2。

5.4振動沉管碎石樁施工工藝

5.41施工順序由橋臺向路基，由路基兩側(cè)向路基中間進(jìn)行，相鄰樁“間隔跳打”;

5.42校正樁管垂直度≤1.5%，校正樁管長度及投料口位置，使之符合設(shè)計樁長;

5.43邊振動邊沉入土層至設(shè)計深度處，每下沉2m留振時間應(yīng)≥15s;

5.44稍提升樁管，使樁尖活瓣打開;

5.45停振，由樁管投料口用手推車加料至裝滿為止;

5.46啟動拔管，拔管前留振lmin，以后邊振動邊拔管，拔管速率0.8～1.Om/min，拔管時保持管內(nèi)填料高于成樁頂面，缺料時用提升料斗從加料口加料;

5.47每拔管1.5m反插0.5m，每次反插結(jié)束時留振10s，最后用空管反插至樁頂設(shè)計標(biāo)高，將樁頂壓實;

5.48移動樁架至下一樁位，重復(fù)作業(yè)。振動沉管碎石樁施工工藝見圖3。

6 控制要點

6.1先進(jìn)行樁位測放，測量人員測量放出中心線及邊線控制樁，并做好控制樁保護(hù)，標(biāo)示樁點里程，根據(jù)樁位平面布置圖，用鋼尺布樁，布樁誤差控制在2cm內(nèi)。

6.2機(jī)具定位：將打樁機(jī)就位，合攏合瓣樁尖，將管樁向下垂直，使樁尖對準(zhǔn)樁位標(biāo)記，繼續(xù)向下垂移樁管使樁尖入土。調(diào)整樁機(jī)搭架，使沉管與地面基本垂直，一般控制在1.5%以內(nèi)。

6.3沉管達(dá)到設(shè)計深度后，進(jìn)行碎石灌注作業(yè)，將碎石由加料口注入樁管內(nèi)，灌入量按樁身理論方案量值與充盈系數(shù)計算。做好現(xiàn)場施工記錄，嚴(yán)格控制每根樁的碎石充盈系數(shù)，充盈系數(shù)一般控制在1.3。避免先期大后期小的不良現(xiàn)象，以增加樁的均勻性。

6.4拔管成樁：振動沉管碎石樁的拔管作業(yè)與沉管灌注樁作業(yè)相同，其程序為：灌料后原位振動，振動拔管，振動反插，振動拔管，再次罐料，第二次振動。以此為循環(huán)周期直至到設(shè)計樁頂標(biāo)高完成一根樁施工作業(yè)（反插次數(shù)及反插深度均應(yīng)滿足樁身設(shè)計，橫截面積為控制依據(jù)）。

7 施工質(zhì)量控制

7.1樁長控制

為了保證成樁質(zhì)量必須保證成樁樁長，成樁樁長要注意兩點，一是樁尖為圓錐形，樁尖處的深度應(yīng)比設(shè)計深度深一個樁尖長度，二是碎石樁樁頭部分難以保證密實度，成樁頂部也要高出設(shè)計樁頂0.5m。

7.2活瓣樁尖的要求

7.2.1樁尖的制作使用普通與樁管等直徑的活瓣樁尖，須經(jīng)多次反插才能達(dá)到設(shè)計投料量，實踐證明擴(kuò)大頭型活瓣樁尖效果優(yōu)于普通活瓣樁尖，減小了樁管下沉及上拔阻力，增大了反插與擠密作用效果，提高了功效。

7.2.2密封性要求樁尖密封性好可減少進(jìn)入樁管的泥土數(shù)量，保證樁的尖部施工質(zhì)量。

7.2.3樁尖開啟角要求如反插時活瓣樁尖完全打開，石料在管內(nèi)形成活塞運(yùn)動，不能對樁體進(jìn)行有效的壓密。樁尖由四塊活瓣組成，在擴(kuò)徑段外焊

接8塊限位塊，使樁尖活瓣開啟角≤60。在樁管提升時，活瓣打開，稍向內(nèi)傾斜，不影響下料。反插時由于樁尖受到向上的壓力，活瓣閉合，使樁間土擠密，樁體壓密。

7.3碎石填料的要求擠密碎石樁復(fù)合地基設(shè)計承載力為150kPa，非風(fēng)化的巖石制成的碎石即可。碎石粒徑2～5cm，含泥量要求≤10%，運(yùn)至工地的石料內(nèi)無明顯泥塊即可達(dá)到要求。

8 碎石樁質(zhì)量檢測

8.1現(xiàn)場檢測現(xiàn)場撿測包括對樁徑、樁距、樁長、垂直度以及投料數(shù)量的檢查，該項工作由監(jiān)理及旁站人員完成。現(xiàn)場檢測的項目、數(shù)量及要求見表3。

8.2重Ⅱ型動力觸探檢測，重Ⅱ型動力觸探的檢測有兩個目的，一是檢測成樁的密實度，看是否達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn);二是檢測樁長是否達(dá)到設(shè)計要求。該公路要求動力觸探檢測頻率2，每貫入深度10cm擊數(shù)≥5擊為合格，檢測評定標(biāo)準(zhǔn)按表4執(zhí)行。

8.3經(jīng)過動力觸探檢測，我們施工的振動沉管碎石樁大多達(dá)到了良好級別，且全樁長范圍內(nèi)擊數(shù)比較穩(wěn)定，由此說明按此工藝施工的振動沉管碎石樁成樁質(zhì)量穩(wěn)定，能達(dá)到設(shè)計要求。

9 總結(jié)

9.1振動沉管碎石樁克服了振沖碎石樁耗水量大和泥漿污染的弊病，又克服了常規(guī)擠密碎石樁僅靠振密易出現(xiàn)斷樁、縮徑質(zhì)量不易控制的弱點，具有現(xiàn)場文明、造價低、進(jìn)度塊、施工質(zhì)量易控制的優(yōu)點，適宜于處理高速公路軟弱土和可液化土地基。

9.2振動沉管碎石樁施工先試樁為后續(xù)施工提供技術(shù)參數(shù)，既保證工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求，又避免浪費材料、機(jī)械，是沉管碎石樁施工的重要環(huán)節(jié)。

9.3擴(kuò)大頭型活瓣樁尖施工碎石樁，可減小樁管下沉和上拔阻力，加快施工速度，樁體直徑容易保證，反插效果明顯，樁體密度大，充盈系數(shù)高。碎石樁施工質(zhì)量與擴(kuò)大頭型樁尖尺寸有關(guān)，使用時應(yīng)根據(jù)碎石樁設(shè)計樁徑、樁長、沉管直徑及地基土層變化等因素試樁后凋整樁尖尺寸。

9.4振動沉管碎石樁地基處理方案的缺點為施工設(shè)備笨重（達(dá)38t），立柱較高（達(dá)26m），設(shè)備轉(zhuǎn)移施工地點困難，步履行走速度較慢且要求道路平整，拆裝設(shè)備費時費工，立柱較高易受架空線路影響無法穿越和施工，對于樁數(shù)量較少、受架空線路影響且無消除液化要求的軟土地基處理可考慮其他軟基處理方案，如噴粉樁、攪拌樁等。