碎石樁堆載預(yù)壓處理公路軟基施工技術(shù)

張鳳祿

(貴州省遵義公路管理局)

1 引 言

預(yù)壓地基指當(dāng)?shù)鼗休d力或變形不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，道路施工前通過(guò)在地基表面施加荷載，使地基土壓密、沉降、固結(jié)，從而提高地基承載力和減少建筑物的工后沉降量的一種地基處理方法?？梢苑譃榧虞d預(yù)壓法和真空預(yù)壓法兩大類(lèi)。其中加載預(yù)壓法包含堆載預(yù)壓法、碎石樁堆載預(yù)壓法、袋裝砂井堆載預(yù)壓法、塑料排水板堆載預(yù)壓法等方法。

2 擠密碎石樁堆載預(yù)壓特點(diǎn)

碎石樁堆載預(yù)壓法稱(chēng)砂(樁)或砂井排水堆載預(yù)壓法，靠樁管上震動(dòng)器的激振力將樁管振動(dòng)下沉，其振動(dòng)力以波的形式向周?chē)馏w傳播，將土體振動(dòng)密實(shí)灌入碎石砂混合料，通過(guò)振動(dòng)樁管緩慢提升及反插成樁，設(shè)置碎石樁作為豎向排水通道，并在樁頂部設(shè)置碎石墊層作為水平排水通道，在透水墊層上部壓載以增加土中附加應(yīng)力，而土中附加應(yīng)力產(chǎn)生超靜水壓力，使土體中孔隙水較快地通過(guò)碎石樁及碎石墊層排出，以達(dá)到加速土體固結(jié)，提高地基土強(qiáng)度的目的。

碎石樁堆載預(yù)壓法的特點(diǎn)是通過(guò)加速飽和軟土的排水固結(jié)，使沉降及早完成和穩(wěn)定，從工程實(shí)踐效果來(lái)看，其沉降速度可加快2.0 ～2.5 倍，可大大提高地基的抗剪強(qiáng)度和承載力，防止地基土剪切滑動(dòng)破壞;該軟基處理的施工機(jī)具和方法簡(jiǎn)單，成樁砂石材料貴州山區(qū)可以就地取材，可縮短施工期同時(shí)還可有效地降低工程造價(jià)。因此該軟基處理技術(shù)可適用于透水性低的飽和軟弱粘性土的加固，較適用于大部分地區(qū)的道路、路堤等工程軟基處理，但是對(duì)泥炭等有機(jī)沉積地基則不適用。

值得注意的是對(duì)于碎石樁堆載預(yù)壓施工，存在著以下普遍性問(wèn)題:(1)碎石樁成孔方法易使樁周?chē)翑_動(dòng)，使透水性減弱(即涂抹作用)或難使孔壁直立。(2)碎石樁不連續(xù)或縮頸、斷頸、錯(cuò)位現(xiàn)象很難完全避免。(3)所用成樁設(shè)備相對(duì)笨重，在軟弱地基上進(jìn)行大面積施工需設(shè)置較厚的透水墊層。(4)從施工角度來(lái)考慮，碎石樁需要采用大截面，而從排水要求考慮則不需要較大截面砂井，因此兩者之間的矛盾則較易造成材料浪費(fèi)。

3 碎石樁布置施工

(1)碎石樁的直徑和間距。碎石樁堆載預(yù)壓施工中碎石樁直徑以及間距按置換率合理選取是設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵。從工程實(shí)踐效果來(lái)看，碎石樁的直徑和間距取細(xì)而密時(shí)固結(jié)效果較好，因此工程中宜采用直徑為300 ～500 mm 的碎石樁。同時(shí)碎石樁直徑和間距還需要結(jié)合粘性土層的固結(jié)特性和施工期限來(lái)綜合考慮，過(guò)大的碎石樁直徑并不經(jīng)濟(jì)，過(guò)小碎石樁直徑則為施工質(zhì)量控制帶來(lái)麻煩，容易造成灌砂率不足、縮頸以及碎石樁不連續(xù)等施工質(zhì)量問(wèn)題。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，間距可根據(jù)地基土的固結(jié)特性和預(yù)定時(shí)間內(nèi)所要求達(dá)到的固結(jié)度來(lái)確定;同時(shí)也可以根據(jù)井徑比(有效排水直徑與豎并直徑之比)n =de/dw=3 ～6 選用(其中，de為每個(gè)碎石樁的有效影響范圍的直徑;dw為碎石樁直徑)，常用且施工效果較好的井距為碎石樁直徑的3 ～5 倍，并且其間距不適宜小于1.0 m。

(2)碎石樁深度。碎石樁深度應(yīng)當(dāng)結(jié)合公路路基的穩(wěn)定性和變形的要求確定?？够€(wěn)定性控制的工程中，碎石樁深度至少應(yīng)超過(guò)最危險(xiǎn)滑動(dòng)面2 m。對(duì)以路基沉降控制的公路壓縮土層厚度不大時(shí)，碎石樁宜貫穿壓縮土層;對(duì)較厚的壓縮土層，碎石樁深度應(yīng)根據(jù)在限定的預(yù)壓時(shí)間內(nèi)應(yīng)消除的變形量確定，若施工設(shè)備條件達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，則可采用超載預(yù)壓等方法來(lái)滿(mǎn)足工程要求。碎石樁深度一般為10 ～20 m。

(3)碎石樁的布置和范圍。碎石樁布置可以采用等邊三角形和梅花形排列;布置范圍應(yīng)當(dāng)比路基軟基處理范圍稍大，這主要是考慮到軟基以外的一定范圍內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生由于荷載而引起的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，擴(kuò)大的范圍可由軟基輪廓線(xiàn)向外增大約2 ～4 m。

(4)砂碎石墊層。對(duì)于碎石樁堆載預(yù)壓處理軟基應(yīng)當(dāng)在碎石樁頂面鋪設(shè)排水砂石墊層，以連通各個(gè)碎石樁頂面并形成通暢的排水面，將水排到場(chǎng)地以外。砂墊層通常作成反向過(guò)濾式，根據(jù)工程實(shí)踐，其厚度可以選取0.5 ～1.0 m;水下施工時(shí)，砂墊層厚度—般為1 m 左右。為節(jié)省砂碎石，也可采用連通砂井的縱橫砂碎石盲溝代替整片砂石墊層，砂石盲溝的高度一般為0.5 ～1.0 m，砂溝的寬度取砂井直徑的2 倍。

4 碎石樁堆載預(yù)壓施工技術(shù)

4.1 施工要點(diǎn)

樁機(jī)對(duì)位樁位偏差值應(yīng)小30 mm，樁管垂直度偏差應(yīng)小于或等于1.5%，在成樁過(guò)程中，邊振動(dòng)邊下沉樁管，達(dá)到設(shè)計(jì)深度或硬層時(shí)，還需持荷振動(dòng)一定的時(shí)間，深度位置的留振時(shí)間至少10 ～20 s，樁管拔出速度適宜控制在1 ～2.0 m/min，采用分批連續(xù)加料法自上而下逐段制樁，每提升1 m 反插30 cm，每次填料后進(jìn)行反插復(fù)打，嚴(yán)格要求做到“少吃多餐”原則。

碎石樁的灌砂率應(yīng)當(dāng)結(jié)合樁孔的體積和砂的密度通過(guò)試驗(yàn)室振實(shí)計(jì)算和試樁確定，實(shí)際灌砂量不得小于計(jì)算值的95%。當(dāng)樁管內(nèi)進(jìn)泥水應(yīng)當(dāng)先在樁管內(nèi)裝入2 ～3 斗砂將活門(mén)壓住，堵塞縫隙。另外，在施工中采用激振法沉樁管，管內(nèi)沙子通過(guò)緩慢提升振動(dòng)和反插達(dá)到密實(shí)。

4.2 施工質(zhì)量控制

在采取砂井堆載預(yù)壓施工中，使布設(shè)的樁位、樁距及平面布樁形式符合設(shè)計(jì)文件，樁間距、排距在允許偏差范圍內(nèi)，檢測(cè)地面平整后的孔位標(biāo)高，并作記錄。

用于擠密碎石樁的碎石應(yīng)是潔凈的自然級(jí)配碎石，并具有足夠的強(qiáng)度和耐磨耗性，粒徑宜為20 ～50 mm，含泥量不超過(guò)10%，對(duì)進(jìn)場(chǎng)碎石材料隨時(shí)進(jìn)行抽樣檢測(cè)，含泥量及粒徑級(jí)配必須滿(mǎn)足要求，保證成樁質(zhì)量。材料細(xì)骨料過(guò)多、粉塵含量高或級(jí)配不連續(xù)的碎石材料對(duì)樁體密實(shí)度影響較大。堆放碎石場(chǎng)必須規(guī)范。做好碎石樁相關(guān)試驗(yàn)，如碎石篩分(檢驗(yàn)碎石粒徑級(jí)配是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求)、含泥量、堆積密度及振實(shí)密度等數(shù)據(jù)。

為指導(dǎo)擠密碎石樁施工，了解成樁各類(lèi)施工技術(shù)參數(shù)(包括樁孔間距、成孔末電流、振密電流、留振時(shí)間、填料量、振密段長(zhǎng)度、每延米碎石量、提管速度等)，鑒別各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)對(duì)施工的指導(dǎo)性，通過(guò)試樁可提出完善和充實(shí)的意見(jiàn)。

成樁過(guò)程檢查項(xiàng)目有樁距±15 cm，樁徑不小于設(shè)計(jì)，樁長(zhǎng)不小于設(shè)計(jì)，豎直度1.5%，灌碎石量不小于設(shè)計(jì)和試樁測(cè)定量。

用標(biāo)準(zhǔn)貫入度試驗(yàn)測(cè)定樁體及樁間土的密實(shí)度，樁體密實(shí)度按規(guī)范要求抽5%，用重Ⅱ型動(dòng)力觸探測(cè)試貫入量10 cm 時(shí)，擊數(shù)不小于5 次。

堆載預(yù)壓施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，包括邊樁水平位移觀(guān)測(cè)，主要用于判斷地基的穩(wěn)定性，決定安全的加荷速率，要求樁位移速率控制在3 ～5 mm/d;地面沉降觀(guān)測(cè)主要控制地面沉降速度，要求最大沉降速率不超過(guò)10 mm/d;孔隙水壓力觀(guān)測(cè)主要是用于計(jì)算土體固結(jié)度、強(qiáng)度及強(qiáng)度增長(zhǎng);分析地基的穩(wěn)定控制堆載速率，防止堆載過(guò)多、過(guò)快而導(dǎo)致地基破壞。

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