沉管碎石桩在某高等级公路软基处理中的应用

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发布时间：2011-02-26 11:42:00  更新时间：2013-05-24 14:49:35

摘要：分析了沉管碎石桩处治软土地基的作用机理;以江苏省如皋市沿江开发区某高速公路为工程背景，说明了沉管碎石桩的设计、施工及主要质量问题的处理方法;通过沉管碎石桩处理后地基承载力的检测，验证了沉管碎石桩处理软土地基的效果。

关键词：沉管碎石桩;软土地基;承载力;检测;

江苏省如皋市沿江开发区某高等级公路地处长江下游，沟渠纵横，水塘、围堤分布密集，沿线主要分布为典型的滨海相沉积淤泥、淤泥质土，呈流塑、软塑状，其含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低等特点，属不良地基土。

根据当地工程地质条件、材料供应、工期和环境保护要求等，按照因地制宜、就地取材、综合处理原则，分别采取深层(水泥搅拌桩、水泥粉喷桩、沉管碎石桩)及浅层(挖除换填、路基土掺灰处理及增加砂垫层或碎石垫层加筋)处理方法进行软基处理。本文介绍沉管碎石桩在该高等级公路的应用。

1沉管碎石桩对地基的加固作用原理

沉管碎石桩是利用振动锤冲击导管至设计桩长，导管内加碎石提升后碎石从导管内流出，提升反插重复操作直至地面而形成桩体。其加固机理：

1)挤密作用。在成桩过程中，碎石对周围的土层产生很大的横向挤压力，将土体挤向碎石桩周围，使桩周土层孔隙比减小、密度增大、承载力提高。

2)置换作用。软弱地基经碎石桩加固后，变成由碎石桩和桩间土组成的物理力学性质各异的“复合地基”。在复合地基中，桩的压缩模量大于桩间土的压缩模量，上部荷载将向碎石桩上集中，而作用于桩间土上的荷载相应降低，从而使复合地基承载力较原天然地基承载力高，压缩性比原天然地基低。

3)垫层作用。用碎石桩加固软弱土层时，如果软弱土层较厚，则桩体可不必贯穿整个软弱土层，此时复合地基主要起垫层作用，通过垫层作用不断减小地基的沉降并使基底压力不向深部扩散而提高地基的整体承载力。

4)排水作用。用碎石桩加固粘土地基时，碎石桩是粘土地基中一个良好的排水通道，它能起到排水砂井的作用，大大缩短孔隙水的水平渗透途径，加速软地的排水固结，使沉降稳定加快。

2沉管碎石桩设计

以该公路K34+500涵洞为例说明沉管碎石桩设计。该涵洞基底含水丰富，开挖困难，塌方严重，在处理时，提高基底标高，将基底碎石垫层设成0.4m，然后垫层以下设碎石桩。

2.1桩距及桩间距的确定

此涵洞设计为1.2m厚砼整体基础，基础下设40cm厚碎石垫层，原地面距基础底面2m左右，地基承载力要求为180kPa。根据现场地基承载力试验结果，取此处天然地基承载力为1lOkPa，将其作为桩间的承载力是偏于安全的，即。单桩承载力无试验数据，根据规范有关粒料桩处治软土地基的规定，碎石桩桩体单位截面积承载力标准值可取用2～5倍，考虑到设计桩底将在硬塑状低液限粘土层内，故按经验取值，即。

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—91)，假设桩径0.5m，桩间距s=1m，桩呈正方形布置，则转换率

承载力标准值

故取桩间距1m，呈正方形布置。

2.2桩长确定

桩长必须穿过软弱土层至压缩性较低的硬层。从地质调查可知，软弱层底面在地面以下9m左右，距涵洞基底7m左右，故取桩长8m(桩顶高程为涵洞基础垫层底面高程)，进入硬土层1m。涵洞段碎石桩基桩径取0.5m，桩长6～10m。

3沉管碎石桩的施工

3.1施工准备

1)施工设备。采用4台DZ-6O打桩机沉管振动打桩。

2)碎石选择。选用未风化的硬质石灰岩。理论上，加固效果与粒径大小及级配有关，在本工程中，采用2～5cm的级配碎石。

3)清理、平整场地，回填坑槽，并碾压平整，确保打桩机在工作面移动正常。

4)测量放样。

5)施工顺序。为了减少制桩过程中对软卧层的扰动，采用间隔跳打的方式施工。

3.2施工工艺

1)桩机就位，校正桩管垂直度，应小于1.5;校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长。

2)用振动冲锤将桩管打人土层3m左右(根据淤泥层所处位置而定)时开始第一次投料3m，早投料可防止进入淤泥层后泥浆进入桩管中，造成提升桩管时下料困难。

3)继续锤击桩管使其降至设计桩底标高，桩管打入深度可用在桩管外壁做标高的方法来控制。

4)稍提升桩管，桩尖活瓣打开，停止振动，进行第二次下料，直至单根桩碎石设计数量投完为止。启振拔管，拔管前留振1min，以后边振动边拔管。拔管速度应均匀。

5)提升桩管高于地面，孔口加压至前机架抬起，完成一根桩的施工。

4碎石桩检测

碎石桩试验项目有两个：一是重Ⅱ型动力触探，二是构造物基础复合地基承载力检测。

1)重Ⅱ型动力触探试验用来检验碎石桩的密实性，即检验碎石桩本身的质量，检验频率为桩总数的5%。

2)复合地基承载力的检测方法：①堆载平台静载试验。此方法是目前最基本、最直观、最有效的方法。它采用堆重反力装置，由钢梁构成反力平台，其上配置钢性重物，通过压千斤顶将反力施加到承压板并传递给复合地基;位移传感器正交对称安装于承压板上，通过分级加载、分级卸载测出加载量与位移的关系曲线，判定复合地基承载力。但它存在设备笨重、试验期长、费用高、受场地条件限制等缺点。如对于K34+500涵洞，设计地基承载力为180kPa，依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—91)，试验承压板选用1.4m×1.4m方形钢板，反力配重要在设计要求值的2倍以上，总加载量大于75t，加载相当困难，加载一点最少需要3d，一个涵洞加载2点，共需6d，工期不允许，并且费用高，达2万元/点。②锚桩反力梁荷载装置的静载试验方法。此方法与堆载平台静载试验方法的不同之处在于它由多个(最多可设l2个)锚桩与反力梁系统构成反力荷载来代替直接堆载。此方法设备简单，不用堆载，检测时间短(约1d/点)，费用低(4500元/点左右)。但提供的反力有限，一根桩锚只能提供6t反力，12根锚桩最多提供72t反力，且桩锚对地基有扰动。③附加质量法。该方法通过在地基所选测点施加一定质量的重物而测出地基承载力，它形式上是载荷板试验的模拟，理论上是以单自由度弹簧体系为模型，思路上是测动(动参数)求静(地基承载力)。将一块符合规定要求的承压板平铺在测点地基上，在承压板上堆放一定质量(约相当于静载试验的1/25)，激振后测出由附加质量、承压板、地基所组成的弹簧振动体系的动刚度及地基土参振质量，根据动刚度与地基承载力的关系求出地基承载力。与传统方法相比，附加质量法设备简单，操作简单，测试速度快(1h/点左右)，测试费用低(约3000元/点)。

由于工期紧，对标段内的4个构造物复合地基承载力采用附加质量法进行检测。分2次检测，一次只用1.5h，第三天出结果，保证了施工需要。检测结果(动力触探略)。

从表2可以看出，各构造物回填土部分采用沉管碎石桩处理后，其地基承载力能满足设计要求。说明沉管碎石桩处理该公路回填土地基的效果较好。

另外，采用沉管碎石桩处理可以减少工后检测等待时间，缩短工期，加快施工进度，与水泥土搅拌桩相比可节约投资3O%以上。

参考文献：

[1]龚晓南.复合地基设计和施工指南[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]JTJO17-96，公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].