密砂石樁在吹填砂地基處理中的應用探究

摘要：吹填砂地基通常含水量高、壓縮性強和抗剪強度低。因此，在工程建設前應對其進行地基處理。為了研究密砂石樁在處理吹填砂地基的適用性，本文以某新建道路的吹填砂路基工程為例，在總結已有密砂石樁應用經驗的基礎上，通過對現場地質情況進行梳理，初步擬定了密砂石樁的規格及間距，并開展地基處理試驗段，在完成處理后進行現場荷載試驗，以驗證密砂石樁地基處理的合理性。現場荷載試驗及沉降監測結果表明：經過密砂石樁處理后形成的復合地基能夠承載120 kPa以上的荷載，并且其工后沉降量顯著減小。因此，本文采用的密砂石樁處理吹填砂地基取得了效果顯著，可為類似項目提供了有益參考。

關鍵詞：密砂石樁；吹填砂；荷載試驗；地基加固

中圖分類號：TU473"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：2096-2118（2024）06-0074-04

Exploration of the Application of Dense Sand and Stone Piles

in the Treatment of Blowing Fill Sand Foundation

QIU Qiaorong

（Fujian Provincial Transportation Planning and Design Institute Co.，Ltd.，Fuzhou Fujian 350004，China）

Abstract：Blowing fill sand foundation usually has high moisture content，high compressibility，and low shear strength.Therefore，foundation treatment should be carried out before engineering construction.In order to study the applicability of dense sand and gravel piles in treating blown sand foundations，this article takes the blown sand subgrade project of a newly built road as an example，based on the summary of existing experience in the application of dense sand and gravel piles，the specifications and spacing of dense sand and gravel piles were preliminarily formulated by sorting out the geological conditions on site，and a foundation treatment test section was carried out，after completion of the treatment，on-site load tests were conducted to verify the rationality of the dense sand and gravel pile foundation treatment.The results of on-site load tests and settlement monitoring indicate that the composite foundation formed after treatment with dense sand and gravel piles can bear loads of over 120 kPa，and its post construction settlement is significantly reduced.Therefore，the dense sand and the gravel pile used in this article has achieved significant results in treating the sand filled foundation，which can provide useful reference for similar projects.

Keywords：dense sand and gravel pile；blowing fill sand；load test；foundation reinforcement

0 引言

隨著我國基礎設施建設的快速發展，城市邊界不斷拓展，沿海地區進行工程建設過程中經常遇到吹填砂路基，吹填土因其形成原因造成了土體力學性質較差，一般需進行地基處理后方可進行建設。目前已有眾多學者對吹填砂地基的處理方式展開了一系列研究，邱長林等[1]進行了室內試驗，較為實際地反映了土體固結后相關的變形特性等指標。郭炳川[2]對新近吹填土的工藝及相關變形機理進行了研究，得到了土體位移、應力之間的相互關系。何洪濤等[3]對吹填超軟土的真空預壓技術進行了現場試驗研究，通過現場試驗驗證了真空預壓技術在吹填超軟土的可行性。胡繼業等[4]采用理論與試驗相結合，對港區超軟吹填土層提出快速固結方案，并得到較為合理的處理參數。根據前面的研究，吹填砂地基有效的處理方法主要有：強夯、真空預壓、砂碎石樁等方案[5]，也可采用預壓、電滲法等進行處理。目前針對吹填砂地基的加固處理已取得相關的研究成果，因吹填砂地基形成過程的復雜性及擬建項目功能要求的多樣性，致使實際處理過程中理論計算與工程現場實際存在一定的偏差。因此，有必要對此展開進一步研究。

1 工程概況

1.1 研究區概況

本文以福建省漳州市擬建設的疏港大道一期工程海域段為研究背景，研究區疏港大道一期工程海域段位于吹填砂地基上，場地地貌單元屬于漫灘，初始地形較低，后期經吹填砂后地形標高與周邊場地標高齊平。吹填砂地基的承載力及變形均無法滿足工程建設需要，需對吹填砂地基進行處理。研究區的地層結構主要為填砂地層，厚度較大，吹填砂具有含水率較高，壓縮性大，滲透性低、抗剪強度低等特點，同時在地震作用下易出現砂土液化等不良地質問題。

根據疏港大道一期海域段路線總體設計方案，雙向六車道設計，路幅寬度34.0 m，兩側均設置2.0 m寬人行道。根據路基結構計算，地基處理后持力層厚度需達到可承載120 kPa。根據項目前期的地質成果資料，其上部主要為吹填砂，往下依次為淤泥、淤泥質土，場地地下水位位于地表以下3 m，吹填砂最大厚度8.6 m，淤泥（混砂）層最大厚度3.2 m，底部為淤泥質土，研究路段的路基典型地質剖面如圖1所示。

通過對各類地基處理方案進行比選，同時結合區域內主要施工技術，經綜合比選后決定采用密砂石樁來處理研究區地基。密砂石樁可利用該區域內其他項目開采的片石和塊石，從而在綜合造價上具備優勢。

1.2 密砂石樁地基加固機理分析

吹填砂地基處理原理主要是通過加速吹填砂的固結，控制吹填砂地基的工后沉降。本研究擬采用的密砂石樁是一種散粒體材料樁，其加固機理主要是通過振動壓入級配較均勻的中砂、塊石和卵石等堅硬穩定的材料，對吹填砂地層進行擠密后形成復合地基。地基處理后被改良土體和密砂石樁的增強體組成人工復合地基，協同承擔道路傳遞的路面荷載，各個加固單元體處理后的地基應力狀態如圖2所示。

密砂石樁實施時在機械設備的振動下，預沉管至規定的處理深度，往沉管中灌入密砂石，多次循環后可形成具備一定深度和直徑的密砂石樁。密砂石樁通過對周圍土體的擠密和置換獲得處理效果，原土的孔隙比減小，強度增大，承載力提高。同時，密砂石樁透水性較強，在吹填砂及淤泥土層內形成良好的豎向排水通道，有利于原土內的孔隙水通過密砂石樁和頂部的砂石褥墊層排除。

2 擠密砂石樁方案設計

2.1 土層物理力學指標

為得到較為準確的場地內土層物理力學參數，在場地內布置了若干地質鉆孔，根據研究區土工試驗數據，地層內土層的物理力學參數指標見表1。

由表1可知，吹填砂地層的初始含水率均gt;100%，孔隙比均在3.0以上，土層采用十字板剪切試驗時，抗剪強度很低。

2.2 密砂石樁擠密方案

為滿足道路路基的使用要求，需要地表以下10 m范圍內地基處理后的吹填砂地基承載力≥120 kPa，研究區根據道路功能需求，在總結地區內已有吹填土地基處理經驗的基礎上，對密砂石樁方案進行設計。因道路新建時產生的附加荷載一般會向外擴散傳遞，地基處理范圍一般應超出道路邊界線以外5 m，同時考慮到外圍密砂石樁的處理效果欠佳，向外拓展一定寬度的處理范圍可保證密砂石樁地基處理的可靠性，典型處理剖面如圖3所示。

根據《建筑地基處理技術規范》JGJ 79—2012，散粒體材料處理軟弱地基后形成的復合地基承載力計算公式：

fspk=［1+m（n-1）］fsk（1）

式（1）中：fspk為復合地基承載力特征值，kPa；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa；m為面積置換率； n為復合地基樁土應力比。密砂石樁根據計算得到的置換率，可采用三角形平面布置，也可以采用正方形以及矩形平面布置。

根據表1中的巖土參數，按照地區類似項目經驗，樁土應力比取值2.0，根據式（1）計算地基置換率密砂石樁擬按照三角形布置，樁中心距為1.6 m，成孔直徑0.5 m。為達到較好的處理效果，研究區場地吹填砂地基的處理深度按照穿透淤泥以下≥0.5 m進行控制，樁頂設中粗砂加筋墊層（厚0.5 cm，夾單層雙向土工格柵）。為確定密砂石樁對該場地的適應性，在進行大規模處理前，需對場地進行試驗，并對其效果進行檢測，然后再進行動態調整設計，以確保道路路基下持力層的穩定性。

3 效果檢測與評價

3.1 加固后土體檢測數據

為檢驗密砂石樁對吹填砂地基處理的效果，對處理后的地基進行現場檢測。土層內孔隙水消散需要一定的時間，密砂石樁的現場荷載試驗一般應控制在地基處理完成的一段時間后。根據前述，場地地基處理深度范圍內分布的原土主要為砂（混有淤泥）、淤泥（混砂）和淤泥質土3類。通過現場試驗，處理后的場地內物理力學參數見表2。

由表2可知，經過地基處理后，土層的物理力學性質明顯提高，地基處理深度范圍內土體的含水率、孔隙比等參數明顯變小，密度及剪切強度指標呈現明顯增加，從而有效改善了地層物理力學指標。通過現場多組荷載試驗，所形成的復合地基承載力標準值為136.7 kPagt;120 kPa，可滿足新建道路的承載力要求。

根據《建筑地基處理技術規范》JGJ 79—2012[6]，由式（1）可知，處理后的地基承載力主要與置換率、處理后樁間土承載力及樁土應力比有關，密砂石樁的樁長對地基承載力的影響不大。但地基處理深度加大后，可提高道路附加荷載影響范圍內地層的壓縮模量等參數，減小道路運營后的工后沉降，對于工后沉降要求較嚴格的路段應適當加大密砂石樁的處理深度。

3.2 處理后沉降數據監測

沉降指標作為道路運營的主要控制數據，在施工期間應加強對處理的復合地基的變形觀測，監測點可布置在密砂石樁樁體以及樁間土上，以此來檢驗復合地基中密砂石樁增強體和樁間土的工作狀況。研究區典型斷面共布置7組監測點，每組監測點布置2對監測點，如圖4所示，從左至右編號依次為1，2，3……。

沉降監測周期按照每周一次，經過處理后70 d的監測，得到了大量該路段的沉降監測數據見圖5。

由圖5可知，在橫向第4組監測點（道路中心線）位置沉降量最大，為136.3 mm，忽略邊坡外側監測數據，道路范圍內沉降量最小的點位位于坡腳區，為23.7 mm。出現這種情況的主要原因是道路中線處有效受荷面積最大，有效附加應力大，邊坡坡腳區遠離道路中線，有效附加應力小，沉降量逐漸變小。同時，隨著施工結束后一段時間，地基的沉降變化幅度變小，在施工完成后50 d路基沉降基本趨于穩定，表明道路建成后不會繼續產生較大的沉降，道路工后沉降較小。

3.3 吹填砂地基處理后參數提高原因分析

根據現場試驗結果證實，密砂石樁對吹填砂地基的處理效果較佳，通過對治理后的地基相關數據分析，歸納總結處理后的吹填砂地基承載力提高原因見表3。

由表3可知，吹填砂地基經密砂石樁處理后，密砂石樁與吹填砂形成的復合地基物理力學參數顯著提高，密砂石樁對吹填砂地基處理具有較強的適用性。

4 結論

1） 密砂石樁的施工引發了吹填砂地層中孔隙水壓力的集聚和消散，降低了吹填砂地層含水率，增加了樁間土密實度，從而提高了所形成的復合地基承載力。

2） 基于本文工程案例，復合地基沉降最大值出現在新建道路的附加應力最大位置，靠兩側人行道位置逐步變小，在地基處理完成后，復合地基沉降變形趨勢在50 d后基本趨于穩定，滿足道路工后沉降要求。

參 考 文 獻

[1]邱長林，牛飛，閆澍旺，等.吹填土真空固結變形特性的室內試驗[J].天津大學學報（自然科學與工程技術版），2014（6）：498-503.

[2]郭炳川.真空預壓加固新近吹填土新工藝及機理研究[D].天津：天津大學，2015.

[3]何洪濤，焦淑賢，何漢藝，等.真空預壓新技術加固吹填超軟土的現場試驗研究[J].水運工程，2018（9）：265-272.

[4]胡繼業，余敏，張鵬飛，等.港區超軟吹填土層快速加固方案設計與優化[J].水運工程，2019（1）：163-166.

[5]矯傳剛，楊利，王炳鈞，等.基于強夯法的吹填砂路基處治研究[J].建筑施工，2021（12）：2579-2581.

[6]中華人民共和國行業標準.建筑地基處理技術規范：JGJ 79—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

編輯：劉 巖