振沖碎石樁復(fù)合飽和土路基承載力分析與應(yīng)用

毛志新 中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004

隨著土木工程建設(shè)的迅速發(fā)展，碎石樁復(fù)合地基技術(shù)在軟土地基處理中得到了廣泛應(yīng)用，但由于地質(zhì)條件以及碎石樁復(fù)合地基本身問(wèn)題的復(fù)雜性，目前對(duì)碎石樁復(fù)合地基的認(rèn)識(shí)仍處于不斷探討與研究之中。從振動(dòng)碎石樁復(fù)合飽和土路基承載力理論分析方面入手，對(duì)碎石樁復(fù)合地基的承載機(jī)理及其優(yōu)化設(shè)計(jì)理論進(jìn)行研究。

1 碎石樁路基加固效能

振沖碎石樁法處理軟土路基，主要是置換出部分軟土，代以強(qiáng)度、剛度都遠(yuǎn)比軟土高的碎石并制成樁柱狀，與樁間軟土一起構(gòu)成復(fù)合路基，以改善原軟土路基的工程性能、減小路基的沉降與不均勻沉降、增大路基的承載力與穩(wěn)定性。為使傳遞于復(fù)合路基上的荷載比較均勻，便于排水加速表土的固結(jié)，以及改善基礎(chǔ)的接觸條件，一般都在復(fù)合路基上鋪設(shè)一層厚為200-500mm 的碎石墊層。

振沖碎石樁復(fù)合地基具有如下幾點(diǎn)工程特性:承載能力顯著提高、沉降量顯著減小、抗剪性能和排水效果提高。碎石樁不需鋼筋、水泥和木材，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉;與砂井和其它排水固結(jié)法相比，碎石樁不需預(yù)壓，加固周期短。該工法具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，且施工工藝及械材日臻成熟，具有較好的發(fā)展前景。

2 碎石樁復(fù)合路基承載力機(jī)理

復(fù)合地基中樁體與基礎(chǔ)通過(guò)墊層(碎石或砂石墊層)來(lái)過(guò)渡，此點(diǎn)表明了復(fù)合地基于樁基在受力性質(zhì)上具有顯著差異。砂性土以及少粘性土要產(chǎn)生液化必須具備三個(gè)條件，即疏松飽和、排水不及時(shí)和強(qiáng)烈的振動(dòng)。而振沖碎石樁正是直接改善前兩個(gè)飽和疏松少粘性土本身的不利因素，這主要是通過(guò)振密、排水減壓以及預(yù)振效應(yīng)所獲得的結(jié)果。

(1)振沖振密。由于砂土振沖密實(shí)，其孔隙大為減小，從而減少沉降，提高砂土的強(qiáng)度和砂基的承載力，消除液化的可能性。當(dāng)?shù)卣鹆叶确謩e為7、8 和9 度時(shí)，只要砂土的密實(shí)度分別達(dá)到或超過(guò)55%、70%和80%，即不產(chǎn)生液化。

(2)排水減壓作用。飽和松砂在振動(dòng)作用下，趨向密實(shí)。由于孔隙中的水來(lái)不及排出，砂土難以密實(shí)，致使砂土骨架松弛軟化，粒間應(yīng)力隨著不斷地振動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌紫端畨毫?，?dāng)超孔隙水壓力達(dá)上覆土壓力時(shí)，即產(chǎn)生液化。而密實(shí)的砂土無(wú)振縮趨勢(shì)，故不產(chǎn)生液化。即使是飽和松砂土，因其中含有排水暢通的碎石樁，使樁間土產(chǎn)生的振動(dòng)超孔隙水壓力的水迅速地由碎石樁體排出，土中孔隙水壓力亦隨之減小，難以聚集提高，從而消除或減小液化的可能性。

(3)預(yù)振效應(yīng)。預(yù)振過(guò)的砂土，雖其振后的密實(shí)度僅為54%，而其抗地震液化的能力卻相當(dāng)于密實(shí)度為80%的未經(jīng)預(yù)振的砂土抗地震液化的能力。大興現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)合試驗(yàn)、測(cè)定表明采用振沖碎石樁處理過(guò)的砂基，其振動(dòng)孔隙水壓力較未處理的砂基降低2/3 左右，該復(fù)合地基已具有良好的抗8 度地震液化的能力。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程簡(jiǎn)介

某城區(qū)綜合交通樞紐工程位于規(guī)劃中的先導(dǎo)區(qū)現(xiàn)代服務(wù)業(yè)核心區(qū)域，是一個(gè)集公路客運(yùn)、軌道交通、城市公交、社會(huì)車輛交通等多方式的綜合交通樞紐?？偨ㄖ娣e約31.5 萬(wàn)m2，按兩個(gè)項(xiàng)目批準(zhǔn)建設(shè)，分別為客運(yùn)站場(chǎng)部分和商業(yè)配套部分。客運(yùn)站場(chǎng)部分包括換乘大樓、車輛備班樓等，總建筑面積約14.7 萬(wàn)m2(未包括已建公交停保樓面積約6萬(wàn)m2)。商業(yè)部分包括酒店、寫字樓、購(gòu)物中心及公寓等，總建筑面積約16.8 萬(wàn)m2。

3.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察和野外地質(zhì)調(diào)查，沿線于溶丘、山丘之間的水塘、沖溝等低洼地帶分布有軟土，多淤積成因，富含有機(jī)質(zhì)，厚約1.2-3.0米，局部地區(qū)有大于3 米呈垂直帶狀間斷分布，對(duì)線路有一定影響。在一些開闊的谷地、洼地及山前平原，稻田土多為淤泥質(zhì)粘土，屬軟土，厚度1.0-2.0m 米左右。由于有機(jī)質(zhì)及腐殖質(zhì)的存在，使土粒之間的膠結(jié)作用很弱，形成有機(jī)質(zhì)集合體和其他土粒的松散沉積物。

3.3 碎石樁處理措施

對(duì)于一般路基，在清除淤泥后0～80cm 范圍內(nèi)換填碎石或砂礫，其余回填土，對(duì)于浸水路堤，清除淤泥后全部換填為水穩(wěn)性好的碎石或砂礫等材料，對(duì)于深度大于3.0 米的軟基，采取打入碎石樁，樁頂鋪設(shè)砂礫墊層，覆蓋土工布的方式進(jìn)行復(fù)合地基處理。軟土振動(dòng)碎石樁尺寸如如1 至圖4 所示:

圖1 粒料樁斷面布置圖

圖2 粒料樁平面布置圖

采用粒料樁加固地基形成復(fù)合地基，采用振動(dòng)沉樁法施工，樁體間距根據(jù)樁體直徑、地基以上設(shè)計(jì)荷載、軟土自身特點(diǎn)確定，樁距采用梅花型布置，根據(jù)地基土質(zhì)情況和成樁設(shè)備確定砂石間距和直徑(一般采用50cm)。

4 結(jié)論

本文根據(jù)項(xiàng)目工程需要，對(duì)所涉及的軟土復(fù)合地基進(jìn)行處理。通過(guò)分析碎石樁軟土路基加固效能及復(fù)合路基承載力機(jī)理的分析，從而制定振動(dòng)碎石樁加固復(fù)合地基處理方案。

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