碎石樁在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用

張 敏

(山西省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西太原 030006)

0 引言

在濕陷性黃土地基的一系列加固措施中，振沖碎石樁法是一種施工工藝簡單、加固效果較顯著的處理方法，其利用碎石樁體的碎石和樁周地基濕陷性黃土相結(jié)合形成復(fù)合地基，不但提高了原濕陷性黃土地基的承載能力，同時也減少了地基的下沉量，與粉噴樁、砂井等加固措施相比，具有施工簡便、進度快、造價低且行之有效的優(yōu)勢，是目前使用較好的一種加固濕陷性黃土地基的處理方法，工程上已得到廣泛應(yīng)用。

1 加固原理

碎石樁法是指使用沖擊或振動荷載將底部裝有活瓣式樁靴的樁管擠入需要處理的地層后，通過其在所需處理的地基內(nèi)部成孔，然后將碎石從樁管頂部的投料口處投入樁管內(nèi)，采用邊向上拔樁管邊擊實的工藝，使得樁孔內(nèi)部形成密實的碎石樁，并與樁周的土體一并構(gòu)成復(fù)合地基。

碎石樁的加固原理:

1)通過錘擊擠密，使得原地基土與樁體形成復(fù)合地基，提高了原地基的整體承載力;

2)通過使用碎石置換了原地基內(nèi)部的濕陷性黃土，通過相互間的排擠來減少地基的沉降和變形，同時間接提高了地基的承載能力，加固處理后的地基因作用其介質(zhì)密實度和抗剪性將大為提高，達到對濕陷性黃土地基進行處理的目的。

2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)鉆探揭露，地層自上而下劃分為:①雜填土，以建筑垃圾為主，稍密;②素填土，層厚1.5 m～3.2 m，黃褐，可塑，稍濕;③黃土狀土，層厚 5.0 m ～7.5 m，黃褐，可塑，濕，零星蝸牛殼，氧化鐵斑塊;④中砂，層厚0.8 m～1.2 m，灰黃，稍濕，密實，以石英長石為主，含云母、暗色礦物;⑤粉土，層厚0.5 m～1.0 m，黃灰，濕，中密，以粉粒為主，含云母，稍具韌性;⑥粉質(zhì)粘土，層厚1.8 m ～2.5 m，黃灰，可塑，濕，云母砂粒，氧化鐵條紋，底部 20 cm粉土;⑦中砂，層厚0.5 m ～1.2 m，灰黃，稍濕，密實，以石英長石為主，含云母暗色礦物。

本工程施工場地為嚴重濕陷性黃土地區(qū)，屬對建筑物水損害不利地段，為消除地上水和地下水對公路路基的影響，提高天然地基承載力，本次采用振沖碎石樁進行地基處理。

3 施工前準備

3.1 原材料

打樁所投碎石應(yīng)優(yōu)先采用石灰石或礫石采用顎式破碎機破碎而成，碎石應(yīng)潔凈、干燥、無風化，具有較高強度，其顆粒形狀應(yīng)具有棱角，并不得摻有軟質(zhì)巖和其他雜質(zhì)，要求其含泥量不大于5%。本次施工所采用的碎石為粒徑為1 cm～3 cm的天然級配石灰?guī)r碎石，最大粒徑不大于50 mm。

打樁機械設(shè)備采用的是履帶式振動沉樁機，自帶柴油錘，樁管底部配制活瓣式樁靴，樁管底部配有自制加大料斗，滿足單樁所需碎石量。

3.2 施工設(shè)計

1)碎石樁長度為6 m～12 m，設(shè)計樁徑為0.5 m，樁間距為1.4 m，打樁平面上呈梅花形布置(布置區(qū)域邊界與建筑物基礎(chǔ)輪廓線平行);

2)加固寬度應(yīng)達到坡腳外2 m(不少于1排樁);

3)單樁承載力要求不小于300 kPa，復(fù)合地基承載力要求不小于150 kPa。

3.3 試樁

為了保證濕陷性黃土地基處理的質(zhì)量，同時應(yīng)對施工機械設(shè)備調(diào)整保證其施工參數(shù)達到最佳，碎石樁在進行大面積施工前必須先進行試樁施工。試樁施工時，應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的地形、地質(zhì)等情況，選擇具有代表性的路段，在路基范圍外進行碎石樁的試樁施工。

為了使碎石樁的成樁工藝規(guī)范化，同時保證碎石樁的地基擠密效果，試樁過程中需要對以下幾方面測試項目進行記錄和施工效果的比較，主要包括打樁順序、灌滿單樁所需碎石方量、單樁成樁時間、達到處理底層所需深度、拔管時的速率以及擠壓時機、次數(shù)和時間、試樁成樁質(zhì)量的檢測指標和檢測方法等。從而達到使樁體充分密實的各項施工參數(shù)，并將其作為后續(xù)大面積施工的控制參數(shù)和指標。

試樁數(shù)量一般宜為9根～16根，應(yīng)成3×3或4×4布置。施工過程中如不滿足施工質(zhì)量要求應(yīng)對施工設(shè)備進行更換或改裝，并改變施工工藝流程，進行不同施工工藝的試樁施工效果的對比，直到所有試樁的質(zhì)量滿足規(guī)范要求。

4 施工工藝及施工質(zhì)量控制

4.1 施工工藝

碎石樁的施工工藝為:原地表和邊坡清表→樁機就位→試樁→樁成孔→灌入碎石→樁基驗收。具體詳細的施工工藝流程如圖1所示。

1)首先應(yīng)施工放樣，放樣時，用白灰撒點的方法標記樁點位。對施工場地進行清理并整平。對于比較嚴重的軟弱地基，無法支撐打樁機的自重造成打樁機無法在其上就位施工時，可采取鋪設(shè)一定厚度的碎石墊層。打樁機就位后，應(yīng)先校正樁管的垂直度保證其不大于1.5%，樁管長度應(yīng)滿足設(shè)計樁長的要求。同時，應(yīng)做好施工場地內(nèi)的防排水措施;

圖1 碎石樁施工工藝流程

2)打樁順序采取橫移退打的方式，自外圍側(cè)向中間側(cè)進行。采用汽油錘將打樁機的樁管打入土層，錘擊速度宜控制在2 m/min～3 m/min，成孔達到設(shè)計標高時，停止錘擊;

3)立即往管內(nèi)灌入碎石，直至管內(nèi)灌滿為止，由于擴孔空間大于管內(nèi)空間，管頂料斗內(nèi)應(yīng)預(yù)留一部分碎石。樁身碎石灌入完畢后，采用靜止提拔，應(yīng)緩慢拔管，拔管速度宜為1.2 m/min～1.5 m/min。同時為提高碎石的密實性，每提升1 m應(yīng)錘擊反插一次。并重復(fù)進行多次反插，至管內(nèi)碎石全部投出;

4)當孔口碎石未填滿時應(yīng)進行孔口補料至地表，采用打樁機在孔口加壓，以保證孔口碎石的密實性，打樁機移機下位;

5)為提高地基處理的質(zhì)量和復(fù)合地基的整體性，碎石樁施工完畢后，應(yīng)在其頂部鋪設(shè)一定厚度的碎石或砂礫墊層。全部處理范圍均采用20 t振動壓路機重疊輪跡碾壓至少2遍。

4.2 施工應(yīng)注意問題

1)斷樁或縮頸。

成樁過程中當?shù)鼗鶅?nèi)部土壤的含水量較大時，打樁機汽油錘的強力振搗會造成土壤進一步液化，或是由于地基底部埋有建筑垃圾、生活垃圾等松散性物質(zhì)為代表的雜填土，都可能導(dǎo)致打樁機在拔管過程中造成碎石樁的斷樁或縮頸現(xiàn)象，影響地基處理效果和施工質(zhì)量。

因此，應(yīng)在施工前對施工路段每米深度進行含水量測試，對于含水量大于40%或無法取樣進行含水量測試部位，報總監(jiān)辦、管理處進行處理;對于含水量不大于40%的部位，在施工過程中應(yīng)降低鉆進和拔管速度，加強碎石投入量、提升速度和高度、振動力的控制，防止縮頸和斷樁的發(fā)生。

2)鉆孔偏斜。

鉆孔偏斜主要是因為鉆機安裝就位穩(wěn)定性差，地面松軟，作業(yè)時鉆機安裝不穩(wěn)或鉆桿彎曲所致，另外，應(yīng)保證地下無大的孤石存在。

3)樁孔未填滿。

打樁時當樁尖活瓣不能打開，常會造成樁長不夠或者灌石量不足的情況。施工時應(yīng)隨時檢查樁尖活瓣的能動性和靈活性。

4)承載力不足。

承載力不足的主要原因是設(shè)計的樁長施工后未能穿透淤積層，從而形成軟弱下臥層，造成處理后的地基承載力不足。施工前應(yīng)加強地質(zhì)鉆探，對淤積層的深度進行充分了解后，設(shè)計的樁長應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，結(jié)合淤積層厚度打樁，將樁基置于堅硬土層或巖層上。

施工過程中應(yīng)尤其注意以下幾個方面:

1)施工過程中應(yīng)記錄打樁順序、灌滿單樁所需碎石方量、單樁成樁時間、達到處理底層所需深度、拔管時的速率以及擠壓時機、次數(shù)和時間，其中灌滿單樁所需碎石方量應(yīng)由現(xiàn)場試樁確定，設(shè)計方量估算時可按樁孔容積乘以一定的充盈系數(shù)來確定，充盈系數(shù)可取1.2～1.5。如施工過程中地面出現(xiàn)隆起或下沉現(xiàn)象，則填料數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以調(diào)整;

2)機組就位檢查樁位樁管直徑范圍內(nèi)的地面土質(zhì)，如遇到較大的硬塊，由人工清理后再沉管成樁。如因下部地層不均勻引起的樁管跑偏，應(yīng)提出樁管，查明原因，向孔內(nèi)填入較大硬物導(dǎo)順樁管，確保樁位準確及樁管垂直后再沉管成樁;

3)樁管的提升和反插的速度必須嚴格控制均勻性，反插應(yīng)按照由深到淺進行;

4)施工時當打樁進入困難或打樁機架多次頂起時，可認為已穿透濕陷性黃土層達到硬土層或堅硬巖層;

5)對于施工過程中樁管帶出的泥土應(yīng)及時挖除，應(yīng)保證泥土不得掉入孔內(nèi)摻入碎石中。

4.3 施工質(zhì)量檢驗

1)施工過程中應(yīng)加強對碎石樁施工質(zhì)量的把關(guān)和監(jiān)控，如樁距、樁位偏差、樁管垂直度、灌入碎石量、拔管速率、反插等，施工質(zhì)量檢查項目如表1所示。

表1 碎石樁質(zhì)量檢查項目

2)對單樁碎石的灌入量進行檢查，灌入量要求不小于0.224 m3/m。

3)碎石樁施工后應(yīng)隔一段時間后方可進行成樁質(zhì)量檢驗，對于濕陷性黃土、粉土、砂土和雜填土地基，一般不宜少于7 d。

4)施工前對樁間土進行標準貫入試驗，確定土層的承載力，檢驗頻率不少于總樁數(shù)的2%。

5)樁身碎石的密實度檢驗采用重型動力觸探法，對于上述樁間土的標準貫入試驗擊數(shù)達不到要求的點的周圍采用動力觸探檢測2根～3根樁。

6)復(fù)合地基承載力檢驗的數(shù)量不少于碎石樁總樁數(shù)的0.3%且不少于3點，單樁承載力檢驗數(shù)量不少于總樁數(shù)的2%。

5 結(jié)語

采用置換碎石樁對于處理濕陷性黃土地基，可消除地基土飽水的液化，提高地基的整體承載力，加固效果非常顯著，是一種行之有效的濕陷性黃土地區(qū)地基處理方法，建議在類似工程中進行推廣應(yīng)用。碎石樁的施工受多方面因素的影響，施工前應(yīng)從各方面做好充分的準備，盡可能避免意外情況的發(fā)生，這樣才能保證濕陷性黃土地基的處理質(zhì)量。

［1］張艷美，張鴻儒，張旭東，等.碎石樁復(fù)合地基抗液化判別方法研究現(xiàn)狀與分析［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報，2004，14(8)：29-30.

［2］邱 鈺，劉松玉，黃 衛(wèi).沉管干振碎石樁對土層振動效應(yīng)試驗研究［J］.中國公路學(xué)報，2001，14(4)：41-42.

［3］劉松玉，方 磊，胡學(xué)輝.干振碎石樁加固液化地基試驗研究［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2000，8(4)：65-66.

［4］朱曉曦.振動擠密碎石樁處理可液化粉土地基試驗研究［J］.巖土工程師，1998，10(3)：17-18.

［5］王保田.強夯碎石樁的發(fā)展及成樁機理分析［J］.河海大學(xué) 學(xué)報(自然科學(xué)版)，1999，27(6)：59.