振沖碎石樁在軟土復合地基中的應用新探

張略

（四川省場道工程有限公司，成都610000）

1 引言

碎石樁處理的主要目的是提高地基的承載力，通過對原地基土的置換和擠密對地基進行加固，減少地基的后期壓縮和沉降，提高地基土抗震動液化能力和地基的整體穩定性。對于砂土、粉砂土和黏性土地基，碎石樁的主要作用是置換。一般情況下，適于采用振沖碎石樁處理的土壤包括松散砂土、松散粉砂土、粉砂質黏土、素填土、雜填土和不排水抗剪強度不低于20kPa的黏性土。尤其是砂土地基，由于振沖擠密效果好，易成孔，能有效消除粉體振動和砂土液化，提高地基承載力，減少沉降，特別適于采用振沖碎石樁進行處理。

2 振沖碎石樁技術

碎石樁是指通過振動或沖擊荷載在軟土地基中成孔，然后，在孔中灌入碎石并擠密形成大直徑碎石樁的加固基礎，適用于擠密松散的砂質土、素填土和雜填土地基。加固的主要原理是通過碎石樁對原地基土進行置換和擠密。

振沖碎石樁加固軟弱地基是用振沖器在軟弱地基中成孔，將碎石分批填入孔中，形成密實的樁體，實現對原地基土的置換，使碎石體在原地基土中起到加筋的作用，碎石樁與樁間土體共同作用形成復合地基，共同承擔外部荷載。振沖碎石樁復合地基中樁的剛度大于樁周圍的土壤，在承受外部荷載時，碎石樁體和樁周圍土體的變形模量不同，使地基應力向碎石樁集中，由碎石樁體本身承受大部分荷載，樁間土體的應力相應減小，通過這種方式，達到提高復合地基承載力和減少沉降的目的。同時，振沖碎石樁施工過程中，需要利用振沖器對碎石進行振密，可以有效增加樁體內的碎石密度，提高周圍軟土層強度，最終達到增強軟土地基承載力和較好的排水效果【1】。

3 分析碎石樁復合地基承載力機理

通過對比復合地基和樁基礎的力學性能，可以發現二者之間存在著明顯的差異。排水條件差、飽和松散、強力振動是砂土液化的必要條件，地基表面震動力是砂土液化的主要原因。振沖碎石樁具有有效改善砂土地基飽和松散、黏性較差、排水性差和增加密實度的作用。

3.1 振沖振密

眾所周知，液體不飽和地基的特點是水分含量較大，其土壤處于塑性狀態的流體中，所以，它的承載力不能滿足基礎使用的實際需要。振沖碎石樁在振動作用下提高了非飽和地基的密實性，減少其空隙率和加速其前期沉降。相關數據表明，當砂的密度達到一定比例時，它能抵抗相應級別的地震烈度。

3.2 排水減壓

孔隙水若不能及時排出，砂質土將難以壓實，其接觸面減少，呈漂浮狀態，固體顆粒之間的嵌入不僅會被削弱，而且連接性能下降，甚至會失去連接性。當超孔隙水壓力大于覆土壓力時，孔隙水壓力增大，砂土地基變得飽和疏松，振沖碎石樁振動時能通過樁體內碎石形成排水通道排除過大的孔隙水壓力，直至快速消散，能有效消除砂土地基的液化，從而提高地基承載力和穩定性。

3.3 預振效應

經振沖碎石樁處理后的砂土地基，其抗震液化效果大大提高。以試驗數據和實際工程實例結果為直接依據，受過預振作用影響的砂土，可最大限度地消除地基在投入使用過程中的液化可能性，其抗液化能力可達到普通防震型地基的4～7倍。要造成經過預振的砂土發生液化，所需施加的應力要比施加在未經預振的砂土引起液化所需應力值提高40%以上。

4 振沖碎石樁在軟土復合地基中的應用

4.1 振沖碎石樁設計要點

影響碎石樁密實性的主要因素有碎石樁的置換率、地基土中粉土顆粒的含量、粉土埋深、原地基的密實度、場地土的均勻性和施工過程中的振動力。因此，在勘察設計階段，需要充分關注這些參數對地表地形、地貌和植被的影響，調查排水情況，還需要找出組成分布范圍內地基土的土壤條件，地基土的均勻性，黏性土的不排水抗剪強度指標，沙子、淤泥的天然孔隙比、相對密度、標準貫入數，地基土的承載力等。在碎石樁的設計中，主要確定處理范圍、平面布置、樁間距設計計算、樁長設計、樁徑設計、樁內填充材料及承載力、單樁承載力設計值和復合地基承載力特征值、墊層設計等因素。具體按以下步驟進行：

1）確定處理范圍。振沖碎石樁的處理范圍應根據建（構）筑物的重要性和現場條件確定，用于多層及高層建筑時，地基外緣宜設置1～2排樁。需消除地基液化時，擴展寬度的外緣不應小于1/2液化土層的厚度。

2）確定平面布置。碎石的平面布置根據不同地層的分布情況，可采用三角形或四邊形布置。淤泥、砂土等地層采用等邊三角形布置，黏性土層采用三角形或四邊形布置。

3）確定樁間距。受處理區域內地基土勘察數據局限性的影響，樁間距往往先確定一個估計值，對于粉砂基礎，應不大于4.5倍直徑的碎石樁，對于黏性土，應不大于3倍直徑的碎石樁。具體實施時，需要根據現場試驗結果確定，最好能夠在設計階段進行現場試樁后確定碎石樁的間距，

4）確定樁長。當軟土地基厚度不大時，應按軟土地基厚度確定；當相對較硬的地層埋置深度較大時，應按處理區域內建（構）筑物地基的變形允許值進行確定；對于按穩定性控制的工程，樁長應不小于最危險滑動面的深度；在可液化地基土中，則按照抗震處理深度進行確定。

5）確定樁徑。樁的直徑一般根據地基情況和成樁設備等因素來進行確定。

4.2 測量放線

根據設計圖紙完成所需地基處理范圍內的樁點位布局，點位布設時應按照設計樁位布置原則進行，繪制的布樁圖提交主管單位和設計審查通過后，方可在現場測量放樣，進行樁位布設。

放樣前，先清除地基表面耕植土和雜物后，將地基表面平整至設計標高，然后根據統一的現場施工坐標系，將施工范圍標示出來，再根據審查批準的布樁圖，按縱向、橫向或斜向放出每排樁位的兩個端點并做好標記，記錄過程中測量的高程數據。現場使用經緯儀或全站儀配合鋼尺來準確標定每排兩個端點之間的其他樁位，在每個樁位處釘立木（竹）樁并設置醒目的標志。為了避免漏樁和錯位，樁位的標記應清晰并保持固定，放樣后應進行檢查和復核，樁位平面間距允許偏差為±150mm。

4.3 振沖碎石樁施工工藝醒目

1）樁位定位放樣后，使吊車就位，振沖器對準樁位中心，然后通電、通水，并檢查電壓、水壓和振沖器空載電流值是否正常。

2）打入帶樁尖的護壁套筒后，啟動水泵、開啟振沖器以1～2m/min的速度緩緩下沉，在下沉過程中控制好振沖器的額定電流。

3）成孔到設計深度后，向上提升振沖器至孔口，再快速下沉到孔底，重復2～3次。

4）完成振沖成孔后，將振沖器停在樁底以上約50cm處，進行清孔。

5）待孔內循環泥漿稠度降低后，稍停數秒，然后向孔內投石料，開始時不宜過多，防止堵塞孔口或堵塞返水，將振沖器下沉至孔內進行振密，待密實電流和留振時間達到要求后，向上拔筒，重復投料、振密、拔筒的過程直至成樁，關閉振沖器和水泵，移位至下一樁位。

5 結語

振沖碎石樁由于受局部地質不確定性的影響，需要采用多種方法、多采點樣綜合檢測，以分析地基承載力是否達到設計要求，驗證設計方案是否合理可靠。