碎石樁施工技術在軟土地區公路項目中的應用研究

摘 要：公路工程項目施工中，路基處理是施工質量控制的關鍵環節，尤其是在軟土路基施工中，施工質量因素較為復雜，必須要采用合適的施工工藝技術進行處理。碎石樁施工技術應用能夠起到良好的加固效果，在當前公路工程項目施工中具有較為廣泛的應用。本文以某公路工程項目為例，結合軟土路基施工南天，說明碎石樁施工工藝應用流程，分析碎石樁復合路基的影響因素及現場監測方案，明確施工質量控制關鍵措施，以此為同類工程項目施工技術應用提供參考，為提升公路工程項目建設質量起到應有促進作用。

關鍵詞：公路工程 軟土路基 碎石樁施工技術

碎石樁施工技術是指在各類軟土地基處理中，以碎石或卵石為主要材料制作成復合地基加固樁，以有效提升地基承載力性能，控制沉降的施工技術。依據軟土路基成分差異，碎石樁施工技術的加固機理也有所不同，例如在松散砂土類型的軟土路基中，碎石樁施工技術主要是通過擠密作用和排水作用兩種途徑實現加固；而在黏性土為主的軟土路基中，主要是通過置換作用實現加固，但就整體上而言，碎石樁施工技術在軟土路基加固中都能夠起到良好應用成效，具有良好的應用價值。

1 工程概況及處理難點

1.1 項目概況

某公路工程項目，設計標準寬度為40m，設計速度60km/h，施工區域部分路段場地整體呈西北高、東南低特征，巖土層包括素填土、淤泥質土、粉質黏土、殘積性黏土、全風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖等，土層多且呈交錯分布狀。同時地質勘察數據顯示，軟基地層含水量相對較高，有砂層以夾雜形式存在，且液化性較為顯著。綜合考慮地質結構特征及軟土路基處理技術優勢，擬采用碎石樁施工技術濟寧處理，以確保路基結構性能達到設計規范要求，為后續路面施工和道路安全穩定運行奠定堅實基礎。

1.2 軟土路基施工難點

公路工程項目施工中，軟土路基是較為常見的地基形式，相對其他土質而言，具有強度低、整體黏聚力小、壓縮性高等特征，結合部分項目勘查，含水率通常在30%～70%之間，滲透系數在5～10mm之間，且在施工過程中會產生較多淤泥，對正常施工產生較大影響[1]。理論研究顯示，軟土路基完成目標固結效果，需要5～10年之間，甚至在荷載作用下，使得主固結完成沉降后再次出現固結沉降問題。針對具體項目而言，路基施工最難以處理的沉降問題，如前期施工階段沒有做好有效的路基處理，會在行車荷載作用下出現明顯的沉降現象，以此不僅導致軟路路基變形嚴重，甚至會在不均勻沉降作用下出現路面完整性破壞問題。同時在軟土路基施工中，如沒有采取有效處理措施，會由于路基整體抗剪強度不足，在外部壓力作用下出現路基結構剪切破壞問題，使得路基穩定性無法滿足道路安全運行要求。

2 碎石樁施工工藝應用流程

2.1 碎石樁加固方案

本工程項目施工中，部分路段屬于典型的軟土路基，尤其是淤泥質土相對較厚，承載力明顯不足，為避免在后續運營期間出現較大的工后沉降問題，擬采用碎石樁施工技術進行處理。在制定施工方案前，需先進行復合地基承載力計算，承載力主要來自于成型固結后的碎石樁及樁間土兩部分，因此需要分別計算，再依據相應原則進行疊加，即可得出復合地基承載力。依據相關規范中給出的計算公式，結合本工程項目相關數據，確定處理后的復合路基承載力需達到130kPa，樁土應力比為3.0。結合相關規范要求，碎石樁加固方案設計為：整體呈梅花形布置，直徑設計為0.5m，間距設計為1.5m。橫向處理范圍需延伸至路基邊坡坡腳1.0m處，樁端持力層進入碎石土在1.0m以上。樁體回填作業中所選用的礫石或碎石材料，粒徑介于20～50mm之間，含泥量不得超過5.0%。

2.2 施工準備

公路路基碎石樁施工技術作業中，現場施工條件通常較為復雜，在作業前必須要做好相關方面的處理和準備[2]。首先是將施工區域內的雜物清理干凈，并進行20～30cm厚度的清表處理。如地表本身承載力較低，無法滿足施工機械入場和作業要求，需先鋪設合適厚度的碎石或砂礫墊層。依照相關規范和設計圖紙要求，使用全站儀對碎石樁施工范圍和間距進行測量放線，使用石灰做好樁位標記，標記點誤差不得超過2cm。測量放線完成24h后，才能進行正式施工，同時做好定位標記保護，避免出現樁位偏移而影響施工質量。

2.3 成樁順序

碎石樁施工有兩種順序形式，分別為排樁法（圖1左）和時針順序法（圖1右）。前者是從一端軸線開始至另一端尾部結束，不容易出現漏樁現象，但樁體較密時難以精準控制傾斜度，通常是采用隔行挑打或隔樁跳打方式進行作業。后者在施工中能實現對“擠土”現象的有效控制，但容易出現漏樁現象。在具體施工中，應當根據實際情況選擇合適的成樁順序。

2.4 錘擊成孔

錘擊成孔是樁體施工的前置流程，同時對施工質量也有顯著影響。在現場準備完成后，將沉管樁機移動至標記位置，將沉管垂直度調整至1.5%誤差范圍內，且沉管中心與樁位中心線偏差需調整至2cm以內。錘擊時先利用錘身及沉管自重，使沉管緩慢下沉1～2m，以重力不足以抵御沉管底部及四周阻力為止。之后再以2～3m/min速度進行錘擊，直至達到設定深度。

2.5 石料投放

單個樁體作業完成后，將沉管孔口部位清理干凈，避免有雜物混入回填料中。所選用的回填料主要以未風化的礫石或碎石為主，且盡量就近采集或采購原材料。材料相關參數需符合設計要求，由監理部門驗收合格后再進行回填作業。石料填充量計算公式為：

其中：V為單樁回填料；D為碎石樁直徑；L為碎石樁長度；C為充盈系數，通常情形下取值為1.25。

在施工作業中，需根據每個樁體設計參數，做好相應計算，并采用分層方式填充，但最后一次填充作業，需將填充量全部加完。

2.6 反插及加壓成樁

在碎石樁施工作業中，受軟土路基性質變化及技術應用能力影響，較為容易出現縮徑、斷樁等問題，對施工質量產生影響。因此必須要合理控制拔管速度，并結合反插方式作業，確保沉管內的回填石料能夠全部振出[3]。在成樁施工作業前，可以先利用試驗方式確定不同沉管反插次數對應的碎石樁成樁密度，并以最優化成樁效果，對沉管反插次數進行優化。以本工程項目為例，根據試驗數據分析，將沉管反插次數控制在8次為宜。

2.7 成樁質量檢測

碎石樁成樁質量檢測合格后，才能進行后續施工，因此在成樁30d后，應依據《公路軟土路基路堤設計與施工技術細則》等規范要求，隨機抽取合適數量的碎石樁進行檢測。質量檢測通常是采用靜力載荷試驗方式，檢測樁體最大試驗荷載、承載力特征值、沉降等數據，以此精準評估成樁質量。本工程項目施工中，隨機抽取8根碎石樁進行檢測，結果顯示承載力平均值為135kPa，大于設計值要求，施工質量控制較好。

3 碎石樁復合路基的影響因素及質量控制措施

3.1 碎石樁復合地基的影響因素

碎石樁施工技術在公路工程軟土路基處理中，能夠達到良好應用效果，但是在施工中依然會受多方面因素影響而出現成樁質量不佳，復合地質承載力不達標等問題。同時在綠色施工理念指引下，還需要考慮施工成本和環境影響等方面限制，因此必須要綜合分析碎石樁復合地基影響因素[4]。這些影響因素主要集中于顆粒運動、碎石轉動、力鏈分布、裂隙分布等方面，導致復合地基抗剪強度與設計要求產生偏差。相關研究顯示，樁徑對復合地基的豎向承載力、沉降和地基強度都有顯著影響，進而影響到復合地基整體穩定性，在施工經驗和相關研究中發現，樁排數隊碎石樁復合地基也有顯著影響，通常情形下，樁排數越多，軟土路基穩定性也就越高。在樁排數、樁徑等條件相同情形下，樁長差異會對碎石樁復合地基整體穩定性有顯著影響。這些因素對碎石樁復合地基各種參數的具體影響不同，作用路徑也存在較大差異，尤其是理論層面的研究也較為滯后，因此在具體工程項目建設中，需要利用計算或模型驗證方式進行優化，并做好現場監測，及時評估參數偏差，以此確保施工安全和施工質量都能夠得以有效保障。

3.2 現場監測方案

本工程項目施工中，為準確評估施工過程偏差，保障道路運營階段沉降效果達到安全要求，同時做好施工間歇及回填速率空間，根據相關規范和技術要求制定現場監測方案。監測內容主要包括：（1）地表沉降量監測，所需設備為沉降罐和水準儀，布置在樁頂上部合適位置。（2）孔隙水壓力監測，主要是利用孔隙水壓計和讀數儀進行檢測，布置在各層淤泥土合適深度。（3）土體水平變形監測，利用測斜管和測斜儀進行監測，布置于樁體兩側合適部位，并確保相互間距合理。

3.3 監測結果

本工程項目施工中，通過布置合適監測設備，采集加載過程中地表沉降、孔隙水壓力及土體水平變形等數據，并利用計算機軟件導出斷面加載過程中的沉降變化曲線，實現對施工質量的精準監測。以其中某典型斷面為例，根據變化曲線可以看出，在加載起始階段，地表沉降量變化相對較為緩慢，但整體呈快速增加態勢，直至趨于穩定。同時沉降變化會略滯后于荷載變化，其原因主要在于地基沉降會受到孔隙水壓力消散作用影響，而在加載完成后，地表還會持續發生沉降，直至最終達到穩定狀態[5]。從孔隙水變化特征可以看出，加載前期壓力會迅速增加，在某一時間節點達到峰值后會緩慢減小，直至降低至0。這是由于碎石樁填筑前期土層整體排水性較差，孔隙水壓力會緩慢消散，直至土層形成穩定的排水系統。在整體施工中，地基側向變形規律都能夠基本保持一致，無明顯異常數據出現，這說明施工過程中對樁體垂直度和錘擊速度控制相對較好。最終采用重型動力觸探方式檢測碎石樁承載力，平均值約為135kPa，超出設計要求，證實本工程項目中所采取的碎石樁加固施工技術能夠達到預期效果。

3.4 施工質量控制措施

碎石樁施工技術在公路工程軟土路基處理中具有良好應用效果，但施工質量除受施工工藝和地質結構特征影響外，還受人為操作等方面因素影響，因此在施工過程中必須要制定完善的施工質量控制措施，確保施工人員能夠嚴格依照規范要求進行作業。

在施工作業過程中，為確保碎石能夠保持充分，需注意合理控制樁管拉拔速度，避免速度過快而導致成樁連續性。在施工作業前，可采取現場試驗方式獲取相關參數，確定最為合適的速度[6]。在套管打入土層前，可先投放適量碎石，在套管達到設計深度后，再進行重復錘擊，以有效提升樁底部位擠密效果，尤其是在軟弱性黏土為主的軟土路基中，如沒有采取上述處理措施，極為容易出現土體未完全擠密而在樁底部位產生夾泥斷樁現象。

在施工作業過程中，要注意單段沉樁長度的合理控制，如成樁過長會導致碎石無法正常排出而影響成樁效果。在出現這種情形時，可以采用增加套管拉拔高度，或是增加風壓方式進行處理，以確保施工質量得以有效控制。同時針對孔隙水壓較大或外部風管中存在有殘余風壓而導致的泥沙倒流現象，同樣可以采用增加風壓方式進行處理。在成樁過程中還需要合理控制末端水量和碎石灌入量，避免樁徑與設計偏差較大而影響施工質量。

在重復錘擊或壓管作業環節，需檢查現有裝置，采用試驗方式確定上拔和下壓高度。在樁管上拔至特定高度時，及時測定填料的實時排出率，并利用實際壓入比做好相關參數控制。在整體施工完成后，依照相關規范要求定期做好檢測，并根據數據記錄評估施工質量是否達到設計要求。

4 結語

公路工程軟土路基施工中，碎石樁施工技術應用，需要考慮軟土路基在地質結構上的差異，依據加固機理選擇合適的技術類型，并完善施工方案。在施工作業前做好現場清理和技術交底，確保施工人員能夠嚴格依照規范要求做好錘擊及成樁等作業，做好施工監測并隨時調整施工方式，準確分析復合地基的沉降變化趨勢，確保施工質量得以有效控制，為路面施工奠定堅實基礎。

參考文獻：

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[6]路子騰. 碎石樁施工技術在公路工程軟基加固中的應用研究 [J]. 交通世界，2024（11）：68-70+73.