建筑设计论文：软土路基处理中碎石桩的运用方法

　　软土地基因为含水量大且其地基沉降量也大的特点，在铁路或公路的经过时，为了能够有效地保持路基的稳定性，减少沉降量，提高地基的承载力，必须对地基进行处理。当前在软土路基的处理中有很多方法，诸如塑料排水板法、袋装砂井法、水泥搅拌桩、水泥粉喷桩、碎石桩等在实际的工程施工中，塑料排水办法和砂井法应用比较广泛，而碎石桩法的应用还是偏少。汝郴高速公路第十五合同段K72+700+K72+900路基为软土路基，其软土主要为高液限土，高液限土是指液限大于56%、塑限大于26%的细粒土，其主要在我国南方地区分布，它是公路修筑中常见的特殊土之一，虽然在国内的有关规范中规定其不能在路基的填筑中直接使用，但是在湖南汝郴高速公路的修建过程中，还是对其进行了有益的工程实践探索，同时该工段的施工中对软土路基中碎石桩的运用进行了积极有益的研究。

　　一、碎石桩的施工方法

　　目前碎石桩的施工方法种类繁多，按照碎石桩的成桩工法以及其作业可以分为三类，其成桩工艺和适用土层见下表：

　　表1碎石桩成桩工艺及适用土层

　　分类施工方法成桩工艺适用土类

　　挤密法

　　振冲挤密法

　　采用振冲器水冲成孔,再振动密实填料成桩,并挤密桩间土砂性土

　　沉管法

　　采用沉管成孔,振动或锤击密实填料,并挤密桩间土杂填土

　　干振法

　　采用振冲器成孔,再用振冲器振动密实填料成桩,并挤密桩间素填土

　　置换法振冲置换法采用振冲器水冲成孔,再振动密实填料成桩饱和粘性土

　　钻孔锤击法采用沉管或钻孔取土方法成孔,锤击填料成桩

　　排土法振动气冲法采用压缩气体成孔,振动填料成桩

　　饱和软性土

　　沉管法采用沉管成孔,振动或锤击填料成桩

　　强夯置换法采用重锤夯击成孔,夯实填料成桩

　　二、碎石桩的设计原理及其分析

　　根据加固前地基承载力标准值、加固后地基所应达到的承载力标准值以及土的压缩模量等相关资料来对碎石桩进行设计，并以此来确定桩长、桩间距、桩径等有关参数。

　　桩径的确定要根据实际土质的具体情况，确定桩径可为50厘米，桩长的确定要取决于需加固土层的厚度，设计桩长为6米到10米等等，桩的布置要采用等边三角形布置，其边长为1.5米，碎石的填量为600kg/m。当碎石桩和路基成为一个统一的复合体之后，在以下几个方面上表现了碎石桩对路基强度的增强作用。

　　1、桩体的置换作用

　　由于汝郴高速路第十五合同段K72+700+K72+900是粘性地基，其粘粒含量比较多，渗透性差，粘粒之间的结合力也很差，因此在采用碎石桩施工之后，以碎石桩置换土柱，然后碎石桩将作为竖向的增强体，通过桩体将上部荷载传递到深处，进而提高地基的承载力。

　　2、桩体的横向挤压作用

　　碎石桩在成桩的过程中，桩管对其周围的土体会产生较大的横向挤压力，同时因为桩管体积的土体挤向其周围的土体，导致周围的土体孔隙减小，密实度随之增大，在成桩的过程中，由于部分碎石被挤入到周围的土体之中，使得土体的整体抗剪强度得到了很大提高，承载力得到了加强，地基得到了加固。

　　3、减荷作用

　　碎石桩通过和周围土体的共同作用，形成了一个垫层，通过该垫层使上部的荷载得到扩散，这样应力的分布也就趋于合理，在减少基底应力的同时，也提高了地基的整体承载能力，使得地基沉降得到了有效地遏制。此外，依靠碎石桩对提提竖向约束，使复合地基的抗竖向变形能力逐渐趋向于稳定。

　　4、桩体的排水固结作用

　　在软土地基中碎石桩形成了一个比较好的排水通道，并通过该排水通道形成了一个排水界面，大大缩短了孔隙水的水平渗透的路径，促进水从软土中排出的速度大大提高，使得软土中孔隙水压力变小，但是其实际的有效应力、抗剪强度都在一定程度上有所增加，在短时间之内促使地基沉降固结的速度加快没减少了工后沉降，并加固了地基的稳定。

　　三、碎石桩施工

　　1、碎石桩施工机械

　　施工采用包括振动机和振动套管在内的振动式打桩机，首先要做好施工的准备工作，比如场地的平整、挖出边沟、铺设垫层、将振冲式打桩机一如施工场地。

　　其次是做好施工放样工作，确保桩位的定出准确，在套管位置的移动中要确保套管准确定位。当套管沉入土中之后，如果遇到坚硬的土层，要开动振动电机，通过振动力将套管压入到土质中，直到设计的高度之后再向套管内灌注碎石。套管的端部是活瓣式桩靴，当套管下沉的时候，伙伴就会严密闭合在一起，这样就能够形成一个圆锥形的桩尖。当把套管进行提升上来时，套管内的碎石在重力的作用之下会自动的排除，慢慢充满桩孔，与此同时套管不断地振动并下沉一部分，这样不停地反复，一直到套管被提出孔外，碎石则全部布满桩管之内。

　　2、碎石桩施工工艺

　　碎石桩成形的过程之中要严格的控制碎石桩施工时的桩长、桩间距、桩径、碎石灌入量等;碎石应保持级配的良好，要符合设计要求，并且在施工时为了保证碎石桩的质量，应该从两侧向中间进行施工;在施工之中还要严格的控制桩的垂直度，以防止桩身发生倾斜或者错位。

　　施工的过程中要严格的控制工艺流程，认真的实施并检验各工程技术过程以及环节，来保证施工质量，避免因人为因素而导致工程质量降低后果的出现。

　　此外，碎石桩处理粘粒含量超过20%的软土层的效果不是很明显，因此对该类土体的加固主要表现在碎石对软土的置换作用，而挤密作用不是很明显，建议改换其它桩型进行加固。

　　3、碎石桩的施工参数

　　施工采用型号为DZ60的打桩机，其激振力为503kN,碎石采用天然级配，其理论加料量为0.2立方米每米，充盈系数取1.5，改桩体总加料量为2.4立方米。在成孔之后要留振10s到20s才能够拔管，砂土层中的土颗粒通过留振的振动能量进行重新排列，使得土的孔隙体积减小，密实度增加，从而提高了土的抗液化能力，此外还能够使桩尖充分打开来保证下料的通畅。不过拔管的速度要不出一个合理的范围，不能够太快，0.8m/min到1.2m/min为宜。

　　4、质量控制的要点

　　处理互层软土路基时，对于粘性土和砂性土地基可以再施工过程之中使用不同的施工参数进行施工，在粘性土层之中，可以适当缩短留振的时间，是速度稍微的加快。在汝郴高速的相关工段内，在粘性土层，留振时间应在15s到20s之内，将速度提升到1.2m/min。在桩身上部和粉砂层打桩的过程中增加了留振的时间以及反插的次数。其留振的时间可以控制在20s以上，要严格确保提升的速度小于或者等于0.8m/min。

　　此外，碎石桩施工时要特别注意碎石桩的垂直度以及碎石的添加量，碎石桩不但能够加速软土地基排水固结的速度还能够使软土地基在施工后沉降量得到有效地控制，从而使复合地基承载力大为的提高。此外，关于碎石桩土坡稳定性的方面，碎石桩的桩长对抗滑能力有着较为显著地影响，当桩长增加时，碎石桩的抗滑能力也会随之显著地提高。桩间距对抗滑能力也有着很大影响，因此需根据桩径来优化确定，来确保发挥桩和土共同作用。不同桩径的碎石桩，其抗滑的能力也各不相同，一般随之桩径的加大，其抗滑的能力也随之提高。

　　5、施工人为因素对挤密效果的影响

　　因人工因素导致桩长不够，使桩间土软土粘粒间水压力无法释放，而达不到挤密和密实的效果;还有碎石填量不够，致使桩径减小，是的存在对桩间土的挤密作用降低;洗孔不够干净，使碎石桩的含泥量大，孔隙被堵塞，桩间土孔隙水压力的释放受到阻碍，影响了桩体的密实度;此外还要回填碾压不充分所导致的桩间土振动密实量不够。

　　以上人为因素必将减小碎石桩对软土路基的加固效果。

　　四、结语：

　　采用振动碎石桩进行软土路基加固，该方法是高速公路软土路基处理的常用的方法，这种方法能够有效地消除路基的液化，来提高软土路基的承载力。相信在以后的工程实践中，该方法将会得到进一步的发展和应用。

　　参考文献：

　　[1]宋玉君.朱凯舟.碎石桩处理软土路基的效果及影响因素分析[J].探矿工程.2006.

　　[2]吴小将.李志高.软土路基碎石桩加固的土坡稳定性颗粒流模拟[J].工业建筑.2008.

　　[3]于亚军.碎石桩在软土地基中的应用与研究[J].公路工程及运输.2008.

　　[4]卫东.碎石桩处理互层软土路基的实践与分析[J].山西建筑.2009.

　　[2]刘学民,张国华.干振碎石桩加固软土地基的应用与分析[J].江苏煤炭,2003.

　　[3]宋中元.沉管碎石桩处理新杂填土地基研究[J].安徽建筑.2000.