砂礫石擠密樁處理軟基的機理與施工技術(shù)

□華 莎（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院）

一、前言

擠密碎石樁在地基加固處理中已得到廣泛應(yīng)用，特別在素填土、雜填土、粘性土、砂土、濕陷性黃土等地基處理中，可以使地基的承載力增加，沉降量減少，防止地震液化的發(fā)生，同時也可增大軟弱粘性土的整體穩(wěn)定性，因此受到建設(shè)單位和工程設(shè)計人員的青睞。由于碎石造價較高，本文結(jié)合工程實例介紹用砂礫石代替碎石處理某工程軟基的可能性和可行性。

二、砂礫石樁的承載機理

擠密砂礫石樁加固軟土地基主要是將夯錘的夯擊能量，通過砂礫石向孔底及四周傳遞，將孔底及樁周土擠密，同時有一些砂礫石擠入樁周的軟土形成砂礫石樁，同時樁周也形成一個與砂礫石膠結(jié)的擠密帶，砂礫石樁與樁間地基土形成復(fù)合地基，共同承擔(dān)上部荷載。由此可見，砂礫石樁加固地基的機理主要有：

（一）擠密振密作用

在成樁過程中樁管對周圍土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管體積的土擠向樁管周圍的土層，使周圍的土層密實度增大。

（二）排水降壓作用

砂礫石樁加固軟土?xí)r，樁孔內(nèi)充填了具有較好反濾性的砂礫石，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水通道，可有效消散和防止超孔隙水壓力的增高，加快地基土的排水固結(jié)。

（三）預(yù)震效應(yīng)

砂礫石樁在成孔及成樁時，振動錘的強烈振動，使填入料和地基土在擠密的同時獲得強烈預(yù)震，增強了砂土、粉土抗液化能力。

（四）置換作用

密實的砂礫石樁在軟弱的粉粘土中取代了同體積的軟弱土，即置換作用，形成了“復(fù)合地基”，使承載力提高，地基沉降量減小。

三、工程應(yīng)用

（一）工程概況

某水閘工程軟土地基，主要為軟塑狀（局部流塑狀）亞粘土夾亞砂土。以淺棕紅色、棕褐色、褐黃色亞粘土及亞砂土為主，埋深9～9.7m，天然含水量20%～34.7%，液性指數(shù)超過或接近1.0，孔隙比為0.51～0.98，多接近1.0，工程性質(zhì)較差，巖土資料表明，天然地基不宜作為持力層。

（二）地基處理方案的比選

1.預(yù)壓固結(jié)。預(yù)壓固結(jié)法適用于該工程，但需要大量砂石或者填土向路基施加荷載，且要設(shè)置排水系統(tǒng)，工程量大，造價高，工期長。

2.換土。須將地下4m左右的土全部挖出，再換填強度大、壓縮性小的土。工程量大，工期長，費用高。

3.水泥攪拌樁。水泥攪拌樁具有價格低廉，對地基無擾動，施工過程無振動，對相鄰建筑物無不利影響，施工工期短等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于處理軟土地基、粉土和含水量較高而承載力又≯120kPa的粘土地基，以及飽和黃土地基。

4.擠密砂礫石樁。通過采用自然級配砂礫石樁進(jìn)行地基處理，使其形成豎向排水通道，具有良好的排水性能，起到加速軟土地基排水固結(jié)的作用，同時降低了工程造價。

經(jīng)分析認(rèn)為，以上4種處理方法均適用于該地基處理，但前兩種方法工期較長；水泥攪拌樁適用于該工程的地基處理，但造價偏高。因此，該工程最終采用了擠密砂礫石樁地基處理方案。

（三）加固方案的設(shè)計

擠密砂礫石樁的設(shè)計，主要包括砂礫石樁加固范圍、布樁形式、樁長、樁徑、樁間距、材料要求及復(fù)合地基承載力等，擠密砂礫石樁復(fù)合地基的加固寬度，一般為基礎(chǔ)寬度的1.2倍。樁長主要取決于需要加固土層的厚度，滿足地基強度和變形控制要求。根據(jù)地勘資料，本工程設(shè)計樁長為6.0m左右。樁的直徑一般采用300～800mm，應(yīng)根據(jù)地基土情況和成樁設(shè)備等因素確定，對飽和粘性土地基宜選用較大直徑，根據(jù)當(dāng)?shù)剀浫醯鼗庸探?jīng)驗，并考慮經(jīng)濟等方面因素，樁徑采用 500mm。樁距一般應(yīng)通過試驗確定，根據(jù)經(jīng)驗并結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓こ虒嵺`，該工程的樁距取為1300mm。

四、施工工藝和復(fù)合地基承載力的確定

（一）施工工藝

擠密砂礫石樁成樁工藝如下：第一步平整場地。清除草皮及表土，上部鋪150～500mm砂礫石找平層，為施工放樣做好準(zhǔn)備。第二步，施工放樣。根據(jù)處理范圍繪出布樁圖，并用白石灰做出明顯標(biāo)記。第三步，樁管垂直就位，在樁位上放置一車石子以防止卡料，將樁尖置于礫石上，校正樁管垂直度，沉管至設(shè)計深度；第四步，向樁管內(nèi)投放砂礫石，填滿樁管，然后開啟振動錘，在拔管前先留振半分鐘，然后邊振邊拔管，拔管速度要適中。拔管過程中一般每拔起3m反插1m，如此反復(fù)直至將樁管中礫石打完，沉管至二道門處；從二道門處填料，填滿后繼續(xù)邊振動邊拔管，經(jīng)過數(shù)次反插，完成一根樁施工。施工過程中孔口泥土不得掉入孔中，并準(zhǔn)確記錄成樁深度及每次碎石灌入量；第五步，重復(fù)進(jìn)行第三、第四步工序，完成所有樁的施工，并做好施工記錄；第六步，施工完畢后，整平場地，測量高程，整理施工記錄。施工過程中應(yīng)保證石料的連續(xù)性，若遇不下料時，略微拔高樁管，待下料后再反插，不得反插太深。

（二）復(fù)合地基檢測

在樁基工程竣工30d后，依據(jù)JGJ79-2002規(guī)范，利用超重型動力觸探試驗對樁體的連續(xù)性和密實程度進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明，碎石樁樁體連續(xù)性和密實性較好。根據(jù)抽取的10組復(fù)合地基靜載試驗，經(jīng)過處理后的復(fù)合地基其沉降量、回彈量、彈性和塑性變形以及復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計要求。

五、結(jié)語

采用砂礫石樁處理軟土地基可以達(dá)到設(shè)計要求。砂礫石樁處理軟基的效果在很大程度上受施工工藝的影響，為確保碎石樁的承載力，應(yīng)合理、科學(xué)地選擇施工工藝。

[1]劉玉卓.公路工程軟基處理[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]鞠建英.特種結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)工程手冊[M].北京：建筑工業(yè)出版社，2000.