道路浸水軟土地基處治技術研究

基金項目：

2022年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“帶瀝青夾層的水泥混凝土路面結構的減振效應及動力響應研究”（編號：2022KY1123）

作者簡介：

蒙 藝（1985—），碩士，高級工程師，研究方向：道路與橋梁工程。

摘要：文章以南寧市良慶區華安路的浸水軟土地基為例，從技術適應性及經濟合理性等方面對比了碎石樁、高壓旋噴樁、預應力混凝土管樁及拋石擠淤四個方案，并結合工程的實際情況選擇碎石樁方案作為推薦方案。在項目完工后對碎石樁處治后的復合地基進行靜載承載力檢測，結果表明檢測質量符合設計規范要求，驗證了碎石樁技術的可靠性。

關鍵詞：碎石樁；軟土地基；復合地基；承載力；荷載試驗

中圖分類號：U416.1文獻標識碼：A 07 019 4

0 引言

道路工程的穩定性和耐久性在很大程度上取決于其地基的承載能力。浸水軟土地基由于其高含水量、低承載力以及易變形的特性，一直是道路工程設計和施工中的難題。傳統的地基處理方法往往存在成本高、施工難度大、環境影響嚴重等問題。因此，探索一種經濟、高效、環保的地基處理技術對于提升道路工程質量、延長使用壽命、降低維護成本具有重要意義。盡管已有研究對碎石樁技術進行了一定的探討，如易劍輝等［1］探討了振動沉管碎石樁在復合地基處理中的應用，指出該技術能有效提高地基承載力和減少沉降。宗敬云［2］分析了碎石樁技術在公路工程軟基加固中的應用，強調了其在提高地基承載力和加速固結過程中的作用。陳金鵬［3］對軟基加固施工技術在市政道路施工中的經濟性進行了分析，提出碎石樁技術相比于傳統方法具有更好的性價比。萬強［4］的研究強調了碎石樁技術在市政道路工程中的應用價值，尤其是在軟土地基加固中的實用性。但目前關于碎石樁技術在特定不良地質條件下的系統性研究仍然不足，特別是在浸水軟土地基的處理上，如何結合水文地質特點和經濟性進行優化設計，仍是當前研究的一個空白。本文將基于土力學、地基與基礎工程的理論基礎，依托南寧市華安路的浸水軟土地基的實際工程案例，對碎石樁技術的設計和施工進行詳細分析。通過對比分析碎石樁與其他地基處理技術的優缺點，提出碎石樁技術在浸水軟土地基處理中的最佳應用方案，并通過對碎石樁實施后的復合地基承載力進行檢測，驗證碎石樁技術的可靠性，研究成果可為類似地質條件下的道路工程提供借鑒與指導。

1 工程概況

本研究以南寧市華安路為例。華安路位于南寧市良慶區西南部，道路等級為城市次干路，采用整體式斷面形式，地基寬度為36 m。道路沿線為丘陵地貌，地形起伏較大。該道路于樁號K3+720～K3+875及K3+995～K4+085段范圍為水塘區域。水塘一面積約12 552 m2，平均水深約1.8 m；水塘二面積約9 753 m2，平均水深約1.5 m。水塘水抽排干后塘內土質仍呈現軟塑半流動狀態。根據項目地質勘察報告，水塘內自上而下土層特征簡述如下：

（1）沖填土：黃、灰黃色，流塑狀態，各向異性，由場地內砂場洗砂的廢水沖積沉積形成。主要成分為黏性土，沖填時間約1～2年，未完成自重固結，屬于欠固結土，具高壓縮性。標準貫入試驗實測錘擊數平均值為1.1擊，厚約3.5～14.0 m。承載力低，不經處理不得作為路基持力層。

（2）黏土：黃、棕黃色，局部夾灰白色，呈硬塑狀態，局部可塑狀，屬潮濕類型土，壓縮系數平均值為0.21 MPa-1，具中等壓縮性。標準貫入試驗實測錘擊數平均值為10.7擊，埋深約3.5～24.3 m。承載力高，可作為路基和雨污水管持力層。

2 浸水軟土地基處治技術方案對比

華安路在水塘區域路段的設計路面下有沖填土等軟弱土，其承載力低，未經處治不得作為地基持力層。考慮到兩個水塘面積較大，且軟弱土層厚約3.5～14.0 m，若采用對塘內沖填土進行整體清淤后換填好土的處治方案，需挖棄約150 000 m3軟弱土，不僅造價高，工期長，且大量棄土的出現會對環境保護造成不利影響。因此，考慮對水塘區域的路段地基進行加固補強處治。在研究類似項目文獻及地基處治規范的基礎上，提出碎石樁、高壓旋噴樁、混凝土預制管樁、拋石擠淤四種技術可行的地基處治方案。方案比選分析結果見下頁表1。

四種方案經表1比較得知，碎石樁為散體材料樁，樁體與周邊土體構成了碎石復合地基，該地基具有排水固結、振實壓密和置換增強的作用，更適用于處治高含水量的軟土地基，可以較好地提高地基承載力，降低地基塑性變形。此外，樁體材料不需水泥、鋼材，造價相對低。因此，從技術適用、安全可靠、經濟環保等各方面綜合比選，本工程水塘區域內軟土地基最終選擇方案一（碎石樁）予以處治。

3 碎石樁方案設計及施工技術要點

3.1 具體布樁設計方案

根據場地條件，主要對塘內軟土（主要為沖填土）進行加固處治，布樁方式采用梅花型布樁，設計碎石樁平均碎徑為50 cm。根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）［5］：

fspk =m fpk+（1-m） fsk

（1）

式中：fspk——地基經加固后復合地基承載力特征值（kPa）；

fpk ——碎石樁體承載力特征值（kPa）；

fsk ——樁間土承載力特征值（kPa）；

m——面積置換率，m=Ap/ Ae（kPa）；

Ap——樁截面面積（m2）；

Ae——單樁所分擔的加固面積（m2）。

對本項目地軟土地基，要求處治后的復合地基承載力fspk≥160 kPa，取fpk=420 kPa，fsk=85 kPa，則m≥0.224。因此本項目按置換率m≥0.224控制樁距，s≤1.01 m，取樁中心距s=1.0 m。

路槽線以下超挖200 cm厚度，以下采用鋪設60 cm厚砂礫石墊層+施打碎石樁，樁打至fak=225 kPa的黏土層，深入黏土層以下50 cm，樁長lp=4.0～14.5 m。碎石樁處治地基平面及縱斷面如圖1～2所示。

3.2 施工技術要點

碎石樁施工的工藝流程如圖3所示：

3.2.1 平整場地

施工區周邊修筑臨時排水溝以確保場地排水通暢防止積水，進行表面軟土層碾壓，用碎石鋪設施工機械進出道路。

3.2.2 施工前應進行成樁試驗

試驗數量為7～9根，若仍不能達到設計要求，可通過調整樁的中心距及樁體填料數量等參數來調整設計參數。

3.2.3 樁體填料

碎石樁樁體填料采用級配良好的碎石，粒徑為20～40 mm，并摻入20%的石屑，含泥量≤5%。

3.2.4 砂礫石墊層

碎石樁頂設置0.6 m厚砂礫石墊層，壓實度滿足地基壓實度要求。

3.2.5 平面施工順序

按規范要求，從外側邊緣向中央打或從兩側邊緣向中央打，對于黏土等土層，可采用隔排或隔樁間隔跳打方式進行施工，以減少打樁對原土的擾動。

3.2.6 樁機定位

樁機固定好位置后，閉合樁靴，對準樁位緩緩打入土層，若沉管過程中發現中心距偏差gt;50 mm，可墊上碎石后重新下管，最后調整樁管與原地面垂直。

3.2.7 沉管

沉管過程中應觀察沉管的速度是否在正常范圍內，以及沉管是否有擠偏現象，若出現異常情況應及時分析原因，采取措施進行糾偏。當沉管穿過軟土層達到設計深度時，應注意電流值變化，按規定應對沉管全過程做好施工記錄。

3.2.8 混合料灌注

當沉管達到設計深度后，應立即投入樁體混合料。混合料灌料計算方法為：先計算沉管外徑與樁長相乘的體積，再乘以充盈系數值。可分次加灌混合料，但第一次應將沉管灌滿，以后加料時，應控制管內混合料高度平面高于工作面。

3.2.9 拔管

拔管速度要均勻，建議控制范圍為1.2～1.5 m/min。當沉管拔出地面后，若充盈系數＜1，則可認為樁身可能存在縮徑或斷樁隱患，應及時研究補救措施，若發現樁頂面低于設計標高，應即時補灌。

3.2.10 碾壓

大面積碎石樁施工結束休止兩周后，在作用面振動碾壓處治以形成復合地基面層，用重型振動壓路機碾壓4～6遍，并達到地基壓實度要求。

4 工后質量檢測效果

4.1 檢測目的及抽檢數量

碎石樁實施完畢后，進行靜載試驗對本工程復合地基進行驗收檢測。采用圓形承壓板，承壓板面積為1.25 m2，驗證承壓板下應力主要影響范圍內復合土層的承載力是否滿足設計規范要求。根據《建筑地基處治技術規范》（JGJ79-2012），復合地基靜載荷驗收檢測數量不少于總樁數的1%。本工程實施碎石樁總樁數為10 817根，復合地基靜載荷抽樣數量為110個點。

4.2 檢測結果與分析

本工程軟土地基處治進行了110個點的復合地基靜載試驗。試驗結果表明，經碎石樁處治后的復合地基承載力均可達到160 kPa，滿足設計規范要求。取其中一個試驗點（試驗樁編號：93-30）的單樁復合地基承載力進行檢測分析。

試驗加載至最大加載量320 kPa時，經過320 min觀測，承壓板頂沉降已達到相對穩定，最大加載壓力已不小于設計要求壓力值的2倍，故終止了加荷。此時承壓板頂的部沉降值為45.36 m，然后分級加載至零，承壓板頂回彈值為5.57 mm，殘余沉降值為39.79 mm。p-s曲線（壓力-沉降曲線）為緩變形曲線，s/b=0.02所對應的壓力值（s為承壓板穩定的沉降值，b為承壓板的邊長或直徑）大于最大加載壓力的50%，故本試驗點的豎向抗壓承載力特征值評定為最大加載壓力的50%即160 kPa，承載力滿足設計規范要求。試驗數據分析整理見表2，相關圖見圖4～6。

5 結語

（1）通過對碎石樁、高壓旋噴樁、預應力混凝土管樁、拋石擠淤四種適應本工程道路浸水軟土地基的處治方案進行技術經濟比選分析得知，碎石樁方案具有施工便捷，造價較低，質量可控等優點，應作為推薦方案。

（2）提出碎石樁具體設計方案、施工工藝流程及施工方法，為相關工程碎后樁加固技術提供參考借鑒。

（3）對碎石樁實施后的復合地基進行靜載檢測，結果顯示其承載力滿足設計規范要求，加固效果良好，證實了碎石樁的技術可靠性。

參考文獻

［1］易劍輝，郭志輝，余文龍.振動沉管碎石樁在復合地基處理中的應用［J］.工程建設與設計，2020：27-28.

［2］宗敬云.公路工程軟基加固施工中碎石樁技術的應用［J］.黑龍江交通科技，2021（11）：31，33.

［3］陳金鵬.軟基加固施工技術在市政道路施工中的分析［J］.科學技術創新，2020：124-125.

［4］萬 強.市政道路工程軟土地基樁基施工技術［J］.工程機械與維修，2023（1）：214-216.

［5］JGJ 79-2012，建筑地基處理技術規范［S］.