振沖碎石樁法在高液限軟粘土地基處理中的應(yīng)用

任永結(jié) 李國(guó)寶

(1.天津市勘察院，天津 300191； 2.天津市博川巖土工程有限公司，天津 300385)

振沖碎石樁法在高液限軟粘土地基處理中的應(yīng)用

任永結(jié)1李國(guó)寶2

(1.天津市勘察院，天津 300191； 2.天津市博川巖土工程有限公司，天津 300385)

結(jié)合振沖碎石樁法在高液限軟粘土地基處理中的應(yīng)用方法，介紹了振沖碎石樁法在不同地質(zhì)下的加固原理，討論了振沖碎石樁法在高液限軟粘土地基處理中的施工技術(shù)，并明確了監(jiān)測(cè)加固措施，以確保高液限軟粘土地基的加固質(zhì)量。

振沖碎石樁法，高液限，軟粘土，地基處理

在實(shí)際施工過(guò)程中，真空預(yù)壓法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軟土地基的處理中，因?yàn)槠渚哂泄こ淘靸r(jià)低、加載速度快以及與堆載預(yù)壓法結(jié)合形成的真空聯(lián)合等特點(diǎn)，從原理上來(lái)說(shuō)，不管是堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓，還是真空聯(lián)合堆載預(yù)壓其實(shí)都是排水固結(jié)法。雖然這種方法具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但是還是存在一定不足，當(dāng)砂土中粘粒含量比較大的時(shí)候，一般表現(xiàn)為塑性指數(shù)大、高液限等，排水固結(jié)法僅僅只能處理游離水，此時(shí)就表現(xiàn)的比較明顯。如果此時(shí)采用一般的排水固結(jié)法來(lái)處理高液限軟粘土地基，就很難達(dá)到工藝要求，這種現(xiàn)象已經(jīng)在實(shí)際施工中表現(xiàn)出來(lái)，因此，采用振沖碎石樁法，可以形成復(fù)合地基，從而提高高液限軟粘土地基在加固過(guò)程中出現(xiàn)的問題。

1 振沖碎石樁法的基本概述

1)加固工藝。運(yùn)用振沖法在地基中設(shè)置碎石樁進(jìn)行加固的方法稱為振沖碎石樁法。這種方法可以用于處理抗剪強(qiáng)度大于20 kPa且不排水的粘土、砂土、黃土及人工填土。這種加固工藝是利用振沖器高壓水流加上高頻振動(dòng)，把振沖器邊振動(dòng)邊沖到土中預(yù)定的深度，經(jīng)過(guò)清孔，然后把碎石從地面向孔內(nèi)逐步分段填入，在振沖器的作用下，每一段填料都可以密實(shí)的填充入孔，最后將振沖器加大振動(dòng)，重復(fù)進(jìn)行填料和振實(shí)，在基地中就會(huì)形成碎石樁樁體。振沖碎石樁法的技術(shù)特點(diǎn)：a.利用振沖器在尖端發(fā)出高壓水來(lái)沖擊軟土層；b.利用振沖器旋轉(zhuǎn)偏心塊來(lái)對(duì)土層添加水平振動(dòng)力，使其在振動(dòng)、自重以及水沖的共同作用之下，合理的沉降到需要加固的位置，然后進(jìn)行分層加入碎石料，分別使用振沖器進(jìn)行振實(shí)，直到基底，以便于可以在基底由碎石形成碎石樁柱，并且可以與地基嚙合。振沖碎石樁法比較適合于砂性土和粘性土，但是在這兩種土質(zhì)中存在不同的加固原理。

2)粘性土的加固原理。第一，排水作用。飽和的粘性土由于具有滲透性比較差、粘粒含量比較高、抗剪強(qiáng)度相對(duì)比較低等特點(diǎn)，因此存在的約束能力也是有限的。由于選擇了滲透性好以及反濾性好的碎石樁柱，還合理的設(shè)置了碎石墊層，從而縮短了土地固結(jié)排水的路徑，相對(duì)的提高了固結(jié)速度，也在一定程度上提高了樁柱的約束力和土地的強(qiáng)度，以此增加了復(fù)合地基承載力。第二，降低沉降作用。碎石樁柱的剛度一般都比樁間土的剛度大，因此在荷載的作用下，保證土地協(xié)調(diào)變形，地基中應(yīng)力應(yīng)該合理的向樁身集中，以便于合理的減少樁柱間承受力，從而提高復(fù)合地基的承載力，使得沉降量有所下降。第三，置換作用。飽和的粘性土粘粒含量比較大，粘粒之間的結(jié)合力較強(qiáng)，所以滲透水無(wú)法從土體排出，通過(guò)外力的作用擠向四周的土體向周圍土體加力，就會(huì)使土體發(fā)生側(cè)移，地表出現(xiàn)隆起的現(xiàn)象，所以，飽和粘性土地基加固碎石樁不是通過(guò)擠樁土而實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)剛度大的樁體來(lái)置換樁體周圍部分的軟土共同分擔(dān)上部的載荷來(lái)實(shí)現(xiàn)加固。

3)砂土類加固原理。由于砂土類以松散砂土為主要結(jié)構(gòu)，顆粒不穩(wěn)定、孔隙比較大。在振動(dòng)和靜力共同作用下，土粒穩(wěn)定的移至固定位置，促使孔隙減少，主要的加固效果有：a.形成強(qiáng)度相對(duì)比較高的碎石樁，從而提高地基的承載力與強(qiáng)度；b.促使松散地基形成擠密小于臨界孔隙比，避免出現(xiàn)砂土因?yàn)檎饎?dòng)而液化；c.土質(zhì)加固之后盡可能的減少地基沉降量；d.保證加固之后地基可以形成均勻狀態(tài)。

4)適用范圍。a.置換性飽和粘土地基，不以形變控制為主；b.擠密素填土、松散砂土以及雜填土等。

2 工程應(yīng)用

1)工程地質(zhì)條件。在處理某港口軟土地基的時(shí)候，地基表面有一層厚度為3 m左右的山皮石，深入到11.5 m之內(nèi)主要是高液限粘土為主，10 m之內(nèi)，摻雜著粉質(zhì)粘土和粉土。

2)施工參數(shù)。振沖碎石樁法的主要施工工序如下：第一，依據(jù)施工的實(shí)際需求和角點(diǎn)坐標(biāo)，合理選擇振沖加固邊線，然后遵守振沖碎石樁柱的具體位置，利用鋼尺確定出樁柱位置并且做好標(biāo)記，保證能夠準(zhǔn)確體現(xiàn)樁柱位置。第二，把振沖器移動(dòng)到合理的樁柱位置，保證振沖頭可以對(duì)準(zhǔn)定位標(biāo)志，然后啟動(dòng)振沖器，使其緩慢的沉降到土質(zhì)中，直到可以達(dá)到實(shí)際加固深度的0.3 m～0.5 m以上。對(duì)于上部墊層需要進(jìn)行很多次擴(kuò)孔，方便填料。對(duì)于下部墊層合理使用先護(hù)壁，后成孔的方式來(lái)進(jìn)行施工，即先把料進(jìn)行擠振，把填料合理擠到軟土周圍形成加固孔壁。第三，形成孔以后，為了避免出現(xiàn)振沖導(dǎo)致的泥漿濃度過(guò)大，從而影響沉降，形成孔以后，應(yīng)該把振沖器合理的停留1 min～2 min，進(jìn)行沖水清孔。第四，利用開山石渣進(jìn)行填料，把石料放入孔中，把振沖器放入孔底，使其達(dá)到設(shè)計(jì)高度的0.5 m之上，形成密實(shí)電流，并且確保停留時(shí)間，首先形成樁柱的頭硬層，然后進(jìn)行加密封頂。主要施工參數(shù)為：樁柱的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為11 m，留振時(shí)間為10 s，加密電流為80 A，加密長(zhǎng)度為50 cm，水壓為0.4 MPa～0.6 MPa，置換率為0.145，樁徑為1.3 m。

3)加固效果檢測(cè)。在施工完成之后，需要檢驗(yàn)加固效果。檢測(cè)樁間土的強(qiáng)度時(shí)采用十字板，檢測(cè)碎石樁柱的強(qiáng)度采用超重型動(dòng)力觸探，檢測(cè)復(fù)合地基的形變時(shí)候采用堆載法。加固之后樁間土強(qiáng)度還不是很高，主要就是由振沖碎石樁法在高液限軟土地基處理中的加固原理決定，振沖沒有產(chǎn)生明顯的加固作用，僅僅起到置換作用。除此之外，加固完成之后，檢測(cè)加固效果，使得軟土強(qiáng)度不能及時(shí)恢復(fù)，也是導(dǎo)致強(qiáng)度比較低的主要原因。在設(shè)計(jì)振沖樁的深度之內(nèi)，樁柱探擊數(shù)大于6擊，依據(jù)動(dòng)探進(jìn)行計(jì)算振沖承載力，振沖樁身動(dòng)探擊數(shù)均大于6擊/10 cm，充分考慮強(qiáng)度差異比較大以及回填料的不均勻性，在計(jì)算復(fù)合基地承載力的時(shí)候，一般承載力按照240 kPa、堆載荷載為51.3 kPa來(lái)進(jìn)行計(jì)算，在1 d之內(nèi)完成加載，面積可以達(dá)到6 m×20 m，在中軸線附近設(shè)置三個(gè)觀察點(diǎn)，測(cè)量平均沉降。加載初期沉降量比較快，后期逐漸趨于穩(wěn)定。在施工檢驗(yàn)點(diǎn)比較多，統(tǒng)計(jì)一些具有代表性的數(shù)據(jù)作為計(jì)算依據(jù)。根據(jù)實(shí)際要求，單樁復(fù)合基地承載力計(jì)算公式為：fspr=mfpr+(1-m)fsr。其中，fspr為復(fù)合基地承載力；fsr為樁間土承載力；fpr為樁體承載力；m為置換率。

3 結(jié)語(yǔ)

在高液限軟粘土地基處理中，一般的排水固結(jié)法不能達(dá)到預(yù)期效果，因此采用振沖碎石樁法，形成復(fù)合地基，就可以有效地起到加固作用。在不同地質(zhì)中，振沖碎石法的加固機(jī)理是不同的，在軟土中，加固原理是置換加固，在砂性土中，加固機(jī)理是振動(dòng)加密。振沖在樁間土的加固效果并不明顯，但是會(huì)形成復(fù)合地基，因此可以有效提高地基承載能力。

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Discussion on the application of compacting gravel pile method in high liquid limit soft clay foundation treatment

Ren Yongjie1Li Guobao2

(1.TianjinSurveyInstitute,Tianjin300191,China; 2.TianjinBochuanGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd,Tianjin300385,China)

Combining with the application of compacting grave pile method in high liquid limit soft clay foundation treatment, the paper introduces reinforcement principles of compacting gravel pile method in various geological conditions, discusses the construction technology of compacting gravel pile method in high liquid limit soft clay foundation treatment, and clearifies monitoring and reinforcement meaures, with a view to guarantee the reinforcement quality of high liquid limit soft clay foundation.

compacting gravel pile method, high liquid limit, soft clay, foundation treatment

2015-01-05

任永結(jié)(1981- )，男，工程師； 李國(guó)寶(1985- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)08-0088-02

TU442

A