碎石樁加固城市道路軟基應用研究

吳建明

摘要：介紹了當前比較常見的城市道路軟土地基處理的方法，結合實際工程案例，闡述了碎石樁加固城市軟基設計、施工工藝以及工程質(zhì)量檢測。檢測結果表明，碎石樁加固城市軟基有若非常好的效果。僅供相關技術人員參考。

關鍵詞：城市道路軟土基礎碎石樁

1工程概述

某道路全長5380m，軟弱地基段長3260m，道路寬度22m，路基填土高度在1～1.5m之間。區(qū)域地貌為鹽場、養(yǎng)蝦池；地質(zhì)概況為沖積、海積相的淤泥質(zhì)粘土，下伏基巖為白堊系王氏組玄武巖。淺層土分布情況主要物理力學指標見表1。

表1內(nèi)基巖指全風化玄武巖，揭露厚度在1.2～2.4m之間；其下為強一中風化玄武巖，地基承載力f_ak=500kPa。

2軟土地基處治的基本方法

軟土地基的處治主要是為了解決地基承載力或穩(wěn)定性問題，減小沉降和水平位移。處治方案應根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)、水文、施工機具、材料及環(huán)境等條件進行經(jīng)濟、技術比較，依據(jù)先簡后繁、就地取材的原則確定。當單一的處治方案無法滿足穩(wěn)定與沉降的要求時，就得考慮多種措施組合應用。軟土地基處治的方法有以下幾種。

2.1處治淺層處治常用的方法有：生石灰等淺層拌和、表層換填、拋石排淤等。

2.2料樁采用碎石，砂礫、廢渣、砂等散粒材料做樁料，對地基土起置換或擠密作用。粒料樁與樁間土形成復合地基。主要有：碎石樁、砂樁、渣土樁等。

碎石樁是利用一個產(chǎn)生水平向振動的管狀設備，以高壓水流邊振邊沖，在軟弱粘性土地基中成孔，在孔內(nèi)分批填入碎石加以振密制樁，與周圍粘性土形成復合地基。這種加固技術與排水固結法相比，加固期短，可以采用快速連續(xù)加載方法施工路堤，對縮短工期十分有利。

2.3灌入固化是指用專用機械將軟土地基的局部范圍內(nèi)的軟土柱體用加固材料改良、加固而形成，與樁間軟土形成復合地基。加固劑可采用水泥、生石灰、粉煤灰等固化劑。主要有：粉噴樁、高壓旋噴樁等。

粉噴樁主要是以水泥、石灰等材料作固化劑的主劑，利用深層攪拌機械將原位軟土進行強制攪拌，經(jīng)過物理化學作用生產(chǎn)一種特殊的具有較高強度、較好變形特性和水穩(wěn)性的混合柱狀體。它對提高軟土地基承載力，減小地基的沉降量有明顯效果。粉噴樁對地基土層的含水量有一定的要求，施工機械設備復雜，粉塵污染大，并且需要有較長的固結時間，對工期極為不利。

2.4排水固結是通過采用工程措施降低地下水位、減小土層含水量，加速地基的固結過程，以滿足路堤穩(wěn)定性和工后沉降的要求。主要的措施有：加載預壓、超載預壓、真空預壓、砂井、真空降水和電滲排水。

2.5加筋路堤是指采用強度高、變形較小、老化慢的土工合成材料等抗拉柔性材料作加筋材料的路堤。加筋材料應盡可能設置在路堤底部。常用方法有：加筋土法、錨固法、樹根法、低強度混凝土樁復合地基、鋼筋混凝土樁復合地基。

2.6強夯法是利用重錘高落距產(chǎn)生的夯擊能，在地基中產(chǎn)生沖擊波。土體被沖切，產(chǎn)生結構破壞，形成夯坑，并對周圍土體進行動力擠壓，從而提高地基承載力。強夯法不適用于城市道路的施工，因為道路周邊建筑物密集、地下管線復雜，重錘產(chǎn)生的沖擊波將會帶來不利的影響。

2.7其他方法主要有反壓護坡道、輕質(zhì)路堤。

3強夯大樁徑碎石樁設計

3.1強夯置換地基的加固原理強夯置換地基的加固原理是強夯加密、碎石樁和大直徑排水井綜合作用

的結果。在分層土中，碎石樁與樁間土形成的強擠密現(xiàn)象，碎石樁體同時也是地基的排水通道，有利于飽和土地基的排水固結。按國內(nèi)成熟經(jīng)驗，淤泥質(zhì)粘土的強夯置換按單樁荷載試驗的承載力除以單樁加固面積為加固后的地基承載力，不考慮樁間土的承載力。因此，碎石樁的強夯質(zhì)量是保證地基加固效果之本。

3.2強夯置換后的承載力要求

3.2.1道路設計荷載：城-A級。

3.2.2強夯置換處理后的復合地基容許承載力達到200kPa。

3.3置換深度要求強夯大樁徑碎石樁穿透淤泥層，至基巖，樁長約4.8～6.7m。

3.4試樁參數(shù)選擇①夯擊能選擇：強夯置換法施工過程中，采用單夯及滿夯兩種夯擊形式。根據(jù)地基土的性質(zhì)，確定單夯能量為3000kN.m，落距15m，錘重200kN，夯錘直徑2.0m；滿夯能量為1500kN.m。②強夯樁間距確定：強夯樁間距為4m；采用正三角形布置。③填料及夯擊方式：填料采用5～20cm間斷級配碎石。當夯坑深1.5～2.0m時，填入碎石，采取逐點連續(xù)夯擊法?？刂谱詈髢蓳羝骄怀亮坎淮笥?0cm，同時滿足累計夯沉量大于設計墩長1.5倍。強夯采用隔點夯擊。④墊層厚度：強夯墊層厚度確定為1.3-1.5m，墊層碎石標準同樁填料。

3.5加固范圍橫向加固范圍為路基兩側坡腳處。

4強夯置換施工工藝順序

鋪設墊層1.3～1.5m厚碎石→點夯→滿夯→清除路基表面淤泥→壓路機振動碾壓→鋪設粗砂層厚15cm→鋪設土工格柵一層→路基回填土分層碾壓。

5強夯置換檢測

經(jīng)強夯處理的地基，其強度是隨著時間增長而逐步恢復和提高的，工程檢測根據(jù)《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ7922002)，強夯置換處理后的地基承載力檢測取在施工結束后28d；檢測工作量取強夯碎石樁總點數(shù)的1％。

5.1檢測目的與任務①利用現(xiàn)場載荷試驗檢測強夯置換后地基處理效果，評價強夯后地基承載力特征值是否滿足設計要求。②利用面波的頻散特性推算強夯置換樁的著底情況。③利用地震影像法探測置換樁橫向發(fā)育情況，并判定其相對密實度。④利用室內(nèi)土工試驗與地質(zhì)勘察報告對比物理特性指標以判定其擠密與排水效果。

5.2檢測結論①各試驗點壓板地基承載力極限值為400kPa；壓板地基承載力特征值均為200kPa。②各測試點碎石樁底界面埋深介于5.1～6.7m，碎石樁體下無軟弱層，深度達到設計持力層。③各剖面處樁體橫向發(fā)育較均勻，直徑約為2.4m。

6結束語

6.1采用強夯置換法進行地基處理后，地基承載性能明顯改善，e-p曲線的斜率減小，變形模量E₀值可取12.80MPa。

6.2采用強夯置換法處理軟弱地基，確保碎石樁體下無軟弱層，深度達到設計持力層。控制碎石樁深度的三個主要設計參數(shù)為夯擊次數(shù)、夯沉量、側向隆起均滿足設計要求。

6.3檢測報告顯示樁間土含水率標準值為44.35％，液性指數(shù)標準值為1.36，在勘察階段場地內(nèi)第二層淤泥質(zhì)粘土的含水率標準值為51.5％，液性指數(shù)標準值為1.775。由此可知。樁間土的工程力學性質(zhì)均有所好轉，擠密與排水效果均好。

6.4采用試驗段提供的數(shù)據(jù)對該路軟弱路基段進行強夯置換處理，從最終檢測結果來看，加固效果良好，說明采用碎石法處理軟弱地基是成功的。