碎石樁地基處理在城市道路中的應(yīng)用

摘要：在城市道路軟土地基處理中，碎石樁是一種比較常用的處理方式，應(yīng)用效果好，可以顯著提升地基的承載力，延長城市道路的使用壽命。基于此，文章對(duì)城市道路碎石樁處理軟基的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：城市道路；碎石樁；處理軟基；設(shè)計(jì)方法；工程地質(zhì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U415 文章編號(hào)：1009-2374（2015）24-0090-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.044

1 案例介紹

天馬路位于長沙市湘江西岸，是大學(xué)城新發(fā)展區(qū)東邊部分，隸屬岳麓區(qū)。片區(qū)內(nèi)主干網(wǎng)：阜埠河路、瀟湘南路、靳江路等均已建成通車，區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地中南大學(xué)、麓楓和苑等都已施工完成。天馬路西接麻園路，東至瀟湘大道，是區(qū)域內(nèi)東西向的重要通道，交通地位十分顯著。它的建成對(duì)完善區(qū)域交通，加速片區(qū)的建設(shè)有十分重要的作用。此次設(shè)計(jì)西起麻園路，往東止于瀟湘大道，全長約691.158m，根據(jù)長沙市規(guī)劃局下發(fā)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)，規(guī)劃路幅紅線寬度26m。

2 工程地質(zhì)情況

通過對(duì)路段地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，此路段沒有出現(xiàn)斷裂的情況，路段中的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較簡單，具有良好的區(qū)域穩(wěn)定性。在本段城市道路中，軟弱土層主要為填筑土、淤泥、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂，其中填筑土的總厚度為0.70～5.10m，結(jié)構(gòu)疏松；淤泥主要在池塘和水溝底部分布，厚度為0.80～3.60m，呈流塑狀；粉質(zhì)黏土厚度為0.6～8.7m，承載力小，力學(xué)性質(zhì)差，含水量大；細(xì)砂厚度為0.90～7.00m，承載力較小，呈松散狀，這些路基都不能作為持力層，施工路段的整體的地質(zhì)環(huán)境雖然復(fù)雜，但是施工路段具有良好的區(qū)域穩(wěn)定性，因此在使用碎石樁、超載預(yù)壓+豎向排水或者注漿的方法對(duì)不良地基進(jìn)行加固后可以用來建設(shè)城市道路。

3 城市道路軟土路基的處理設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方案

在對(duì)施工路基進(jìn)行勘察后，整個(gè)施工路段都分布有軟土，分布深度在6.3～13.2m，綜合考慮后考慮采用碎石樁來對(duì)軟土進(jìn)行處理。碎石樁之間的設(shè)計(jì)距離為1.4m，設(shè)計(jì)樁基直徑為0.5m。對(duì)于施工中遇到的淤泥層，需要先將淤泥清除干凈以后才可以進(jìn)行打樁。碎石樁處理范圍為：K0+000～K0+675.58段。地基處理圖如圖1所示：

圖1 碎石樁地基處理圖

3.2 計(jì)算碎石樁復(fù)合地基的沉降

碎石樁復(fù)合地基的沉降主要是使用復(fù)合模量法來進(jìn)行計(jì)算的，將碎石樁和樁間土組成的復(fù)合土體看作具有復(fù)合壓縮模量的土，然后使用分層總和的方法來對(duì)復(fù)合圖層的沉降進(jìn)行計(jì)算，那么就有：

在上述公式中，復(fù)合土層的分層數(shù)量為n，第i層附加應(yīng)力的平均增量為，單位為kPa，第i層土的厚度為，單位為m，第i層土的復(fù)合壓縮模量為，單位為kPa，第i層樁體壓縮模量為，單位為kPa。

3.3 計(jì)算碎石樁復(fù)合地基的穩(wěn)定性

復(fù)合地基穩(wěn)定性主要使用圓弧滑動(dòng)面法進(jìn)行計(jì)算的，滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度主要由以下兩個(gè)部分構(gòu)成：

=

在公式中，z處深度的平均應(yīng)力為P，單位為kPa，砂樁應(yīng)力集中系數(shù)為，樁體重量為，計(jì)算深度為z，單位為m。樁中內(nèi)摩擦角為，單位為°。水平面和剪切滑動(dòng)面的夾角為，單位為°，樁間土的天然黏聚力為，單位為kPa。

在使用以上公式進(jìn)行計(jì)算后，使用碎石樁來對(duì)地基進(jìn)行處理，地基的穩(wěn)定性和沉降量均達(dá)到了規(guī)范要求。

4 碎石樁復(fù)合地基的施工

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

4.1.1 在對(duì)軟土路基進(jìn)行處理前，首先要將路基表面的雜填土、垃圾、草皮等清理干凈，抽干水溝中的水，并將水溝填平。按照工程的實(shí)際情況以及設(shè)計(jì)的具體要求，選擇施工方案和設(shè)備，并根據(jù)布樁圖開展布樁工作。

4.1.2 為了將碎石樁的參數(shù)確定出來，需要根據(jù)工程情況，在達(dá)到要的情況下進(jìn)行工藝性試樁，對(duì)制樁的深度和時(shí)間、制孔、清孔、電流變化情況、碎石量壓入數(shù)量等進(jìn)行記錄。每個(gè)作業(yè)點(diǎn)施工前必須先打不少于5根的工藝試驗(yàn)樁，以檢驗(yàn)機(jī)具性能及施工工藝中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。

4.1.3 施工設(shè)備。工程主要使用振動(dòng)樁機(jī)來進(jìn)行成孔，需要根據(jù)工程的施工要求以及碎石樁的長度和直徑來選擇機(jī)械設(shè)備。本工程使用DZ60振動(dòng)樁機(jī)來進(jìn)行

施工。

4.1.4 碎石樁使用質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石為主，要求碎石的直徑控制在30～70mm，可以適當(dāng)在卵石材料中加入砂子，要求含泥量控制在10%以內(nèi)。不允許使用軟質(zhì)巖石料或強(qiáng)風(fēng)化巖石。

4.1.5 使用質(zhì)地良好的砂礫和碎石作為墊層材料，要求碎石的最大直徑在30mm以內(nèi)，碎石材料中不能有垃圾、植物殘?bào)w等材料。

4.2 碎石樁施工技術(shù)

4.2.1 測線定位。要求作業(yè)人員根據(jù)樁位的設(shè)計(jì)情況，根據(jù)軸線控制點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行逐個(gè)施放，并將標(biāo)記工作做好。

4.2.2 調(diào)整樁套管。在將樁套管逐漸下到距離地面10cm左右時(shí)，將樁管夾緊，然后對(duì)樁機(jī)進(jìn)行微調(diào)，使樁尖和樁位正對(duì)，使樁管沉入到土中0.6～1.0m，分別從樁的正面和側(cè)面來對(duì)樁的垂直度進(jìn)行調(diào)整，在樁身垂直度誤差在0.5%以內(nèi)時(shí)，進(jìn)行振動(dòng)。

4.2.3 下沉樁套管并進(jìn)行接管。在將樁套管布置到位后，打開振動(dòng)錘，然后使套管慢慢地振入到土中，在第一部分套管和地面的距離為0.82～1.0m時(shí)，開始接樁施工。完成接樁作業(yè)后，再重新進(jìn)行振樁。

4.2.4 灌入碎石。碎石樁進(jìn)入到設(shè)計(jì)的高程時(shí)，要終止振孔。適當(dāng)提升樁管的高度，此時(shí)樁尖會(huì)打開，保存在樁管中的碎石會(huì)從樁中流出。

4.2.5 振密。當(dāng)樁中的碎石料從樁口流出時(shí)，要將其振搗密實(shí)。一邊提升、一邊振動(dòng)，樁管的提升速度保持在6～8cm/min。

4.3 路基的排水施工

在施工的過程中，要注意將路基四周的地表水清除干凈。在進(jìn)行排水施工時(shí)，需要對(duì)排水路線進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并對(duì)沿線的排水設(shè)備進(jìn)行利用。在施工過程中，當(dāng)?shù)叵滤畬?duì)路基的穩(wěn)定性造成影響時(shí)，需要及時(shí)對(duì)水進(jìn)行疏導(dǎo)。

4.4 碎石樁施工注意事項(xiàng)

4.4.1 道路沿線內(nèi)如有局部軟弱土，路基填筑前應(yīng)將其清除或部分換填，壓實(shí)基底后方可進(jìn)行填筑。對(duì)于水溝、水坑等小面積不良結(jié)構(gòu)，要對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行換填處理。在回填路基時(shí)，要使用穩(wěn)定性和透水性良好土質(zhì)作為回填材料。不允許使用腐殖土、淤泥、垃圾、膨脹土等對(duì)路基進(jìn)行回填。要求路基填料的最小強(qiáng)度應(yīng)滿足《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30-2004）的規(guī)定。在達(dá)不到規(guī)范中的相關(guān)要求后，要對(duì)路基填料進(jìn)行處理。不允許使用壓縮系數(shù)在0.5MPa-1的紅黏土對(duì)路基進(jìn)行填筑。對(duì)于超過1∶5的橫坡，要先將其挖成寬度在2m的臺(tái)階，然后再進(jìn)行回填施工。

4.4.2 要使用分層碾壓的方法來進(jìn)行碾壓施工。要保證虛鋪厚度和壓實(shí)厚度相匹配。碾壓過程中，要將含水量控制在最佳的范圍中。

4.4.3 嚴(yán)格按照現(xiàn)場的施工要求和地質(zhì)條件確定留震的時(shí)間、填料的數(shù)量、密室電流等施工參數(shù)，并將監(jiān)測工作做好。

4.4.4 要在施工現(xiàn)場布置排放泥水的系統(tǒng)，也可以使用運(yùn)輸車輛事先將泥漿運(yùn)輸?shù)教崆鞍才藕玫牡攸c(diǎn)來進(jìn)行存放。

4.4.5 由于碎石樁使用震動(dòng)沉管的方法進(jìn)行施工。在施工過程中，需要根據(jù)樁的擠密情況和沉管情況來對(duì)填料量、沉管的速度、沉管的提升幅度、電機(jī)的工作電流進(jìn)行控制。要確保樁尖結(jié)構(gòu)可以將碎石料順利擠壓出來。

4.4.6 對(duì)成樁的施工速度進(jìn)行控制，必要時(shí)應(yīng)采取防擠土措施。

4.4.7 完成擠密碎石樁的作業(yè)后，要挖出松散的土層，并將土層夯實(shí)。然后使用砂礫墊層和碎石進(jìn)行鋪設(shè)和碾壓。

5 檢測施工質(zhì)量

本工程在完成施工后，安排專門的質(zhì)量檢測部門來檢測碎石樁的施工質(zhì)量：

5.1 單樁荷載試驗(yàn)

本工程按照總樁數(shù)的0.3%抽檢樁基來進(jìn)行單樁荷載試驗(yàn)，要求各個(gè)施工點(diǎn)抽檢樁基數(shù)量在3根以上。要注意抽檢比例的均勻性。要求試驗(yàn)得到的單樁承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.2 檢測密實(shí)度

按照總成樁數(shù)量的5%抽檢樁基的密度，使用動(dòng)力觸探的方法檢測樁體的質(zhì)量，使用靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入、動(dòng)力觸探等方法檢測樁間土的質(zhì)量，選擇等邊三角形的中心作為樁間土的質(zhì)量檢測點(diǎn)。

5.3 檢測復(fù)合地基的承載力

按照相關(guān)要求，對(duì)地基進(jìn)行抗壓荷載試驗(yàn)，要求試驗(yàn)樁的數(shù)量在總樁數(shù)量0.3%以上，并且各個(gè)施工點(diǎn)要檢測三根以上。要注意抽取比例的均勻性，要求試驗(yàn)得到復(fù)合地基的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行靜載試驗(yàn)后，地基的承載力達(dá)到了150kPa，相較于原有地基的承載力復(fù)合地基的承載力顯著提高，達(dá)到了施工設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

通過對(duì)施工結(jié)果進(jìn)行檢測證明，樁體的密度已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，在對(duì)地基進(jìn)行處理后復(fù)合地基的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。樁體施工至今，一直沒有出現(xiàn)傾斜和沉降的情況，研究證明此工程使用碎石樁對(duì)地基進(jìn)行處理是合理的。

參考文獻(xiàn)

[1] 龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[2] 白冰，肖宏彬.軟土工程若干理論與應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[3] 牛志榮，李宏.復(fù)合地基處理及其工程實(shí)例[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2000.

作者簡介：黃尚楓（1981-），男，浙江紹興人，長沙市岳麓區(qū)工務(wù)局工程師，研究方向：鐵路、公路、市政道路設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）