沉管碎石樁施工技術探討

閻 巖

(遼寧省交通建設管理有限責任公司 沈陽市 110000)

1 工程概況

丹東大東港疏港高速公路項目起點位于遼寧省東港市北側十字街鎮(zhèn)龍?zhí)洞?，通過東港樞紐互通式立交與鶴大高速公路(丹東至大連段)相連接，項目將丹東港并入遼寧省高速公路網(wǎng)，路線全長17.143km，于2015年8月開工建設。項目地處水田區(qū)、灘涂區(qū)和圍海造田區(qū)，廣泛分布淤泥，淤泥層厚度達3～10m，軟土層具有含水量高、壓縮性高、固結時間長等特點，全線的軟基處理長度達16.376km。軟基處理主要采用七種方式，分別為強夯、強夯置換、沉管碎石樁、振沖碎石樁、預應力管樁、水泥濕噴樁和高壓旋噴樁。

碎石樁根據(jù)施工工藝的區(qū)分，主要有沉管碎石樁和振沖碎石樁兩種，路堤填土較低的橋涵路段及一般路段可以采用沉管碎石樁處理，相比較而言，沉管法施工更加保護環(huán)境，節(jié)約造價。本工程全線共設沉管碎石樁145540根，合計1220737m，施工共分段落85個，段落總長度5103m。

表1 部分沉管碎石樁路段軟土主要物理力學指標

2 沉管碎石樁的適用條件和材料選取

沉管碎石樁更適用于非飽和黏土、松散砂土、粉土、雜填土和素填土，本項目沉管碎石樁多設計于路基填高5m以內(nèi)，且土質(zhì)狀況較好的路基段落。

本工程沉管碎石樁的材料采取就地取材的辦法選取，且所選粒料滿足一定的級配需求。用于一般軟土地基加固處理的碎石樁，其粒料的最大粒徑不大于50mm；用于抗剪強度小于20kPa的軟土段落，粒料的最大粒徑不大于100mm，粒徑為50～100mm的粒料含量應占總粒料的50%～60%。各種級配粒料的含泥量都不應大于5%。

3 沉管碎石樁的主要作用

提高地基的承載力、減小變形、提高排水性能、增加土體抗液化性是沉管碎石樁作為軟土路基加固的主要目的。沉管碎石樁對于加固路基、抗液化性能的機理主要有以下這三個方面：

(1)碎石樁的擠密作用

無論是沉管碎石樁或是振沖碎石樁，其在成樁的過程中，樁管會對周邊砂層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，通過從中間向外圍打樁或從一邊推向另一邊打樁等施工流程，可以將一部分液化嚴重的土體(淤泥)擠出土層，并將碎石擠向樁管周圍的地基，達到降低地基孔隙率，提高密實度的效果。

在馬鈴薯生長后期，由于根系吸收能力降低，滿足不了植株生長的需要，因此可配合使用葉面肥來彌補不足。具體做法是：在收獲前15天左右，每畝用0.3%的磷酸二氫鉀50～70千克，均勻噴灑在植株的上、中、下部的葉片。

(2)碎石樁的排水降壓作用

使用碎石樁對地基進行加固處理時，樁孔內(nèi)部填充的碎石粒料，可以在路基中形成滲透性較好的豎向排水降壓通道，可以有效降低超孔隙水壓力，防止土體液化的產(chǎn)生，加快路基的排水固結。

(3)碎石樁的基礎預震效應

在沉管碎石樁施工時，管壁產(chǎn)生強烈的振動，使填充料和基礎土地在受到擠密作用的同時，獲得強烈的預振，一定程度提高了基礎的抗液化能力，同時也可以起到墊層的作用，可將施加的荷載擴散，使應力分布更趨于均勻，從而提高了路基的承載力，降低了沉降量。

4 沉管碎石樁的施工與檢測

4.1 施工技術探討

沉管碎石樁的施工流程，可采取從一邊推移至另一邊的方式，也可以采取從中間向外施工的方式，這樣做更利于擠出液化程度較高的路基土，提高路基承載能力。不應該從工區(qū)外側向內(nèi)側施工，這樣做會導致液化土向工區(qū)中間推移，造成中間樁體施工難度增加，也不利于抗載能力提升。對于一些土質(zhì)較差、抗剪強度較低的粘性土路段，為了減少碎石樁施工對土體的擾動，也可以采取間隔跳打的方式。在臨近有建筑物的工區(qū)施工時，應背離建筑物方向進行制樁。各種流程如圖1所示：

沉管碎石樁的施工順序應為：平整場地→布設樁位→樁機就位→開啟振動器→沉管→按設計用量裝料→振動拔管、反插及留振→施工至地面→下一樁位。

沉管碎石樁采用梅花式方式布置，樁的縱、橫間距相等，分別采用1.2m、1.5m和1.8m。

樁位布置如圖2所示。

圖2 樁位布置示意圖

沉管碎石樁的施工工序可以分為一次拔管法、逐級拔管法和重復壓拔管法等。對于軟土環(huán)境較差的路段，建議使用逐級拔管法和重復壓拔管，可以有效地提高碎石樁的檢測合格率。

根據(jù)現(xiàn)場施工總結可知，對于碎石樁樁長、樁徑的控制，應時刻注意施工段落的地質(zhì)變化情況；對于反插深度、振密段長度、留振時間和密實電流的把控，可以有效提升碎石樁的單樁密實度，確保樁體均勻，是提升沉管碎石樁總體施工質(zhì)量的重要措施。

在沉管碎石樁施工時，如果平均每根碎石樁的成樁時間過快，會導致樁體松散，承載能力得不到保障；如果反插不到位，會形成“蘿卜樁”，造成填料的分布不達標；施工中也應密切關注振密擠實的效果，防止發(fā)生“斷樁”、“瓶頸樁”等質(zhì)量事故；填料量在一定程度上決定了單樁的施工質(zhì)量，其多少直接影響樁體的直徑，應該在試驗樁總結的投料量的基礎上，保證每根碎石樁的碎石用量，并合理化填料的級配分布，避免出現(xiàn)因較大塊石的影響，而導致密實度的檢測指標不合格的情況發(fā)生。

4.2 成樁試驗

由于軟地路基的多變性和不確定性，在大規(guī)模施工沉管碎石樁之前，必須分段進行成樁試驗，一般試樁根數(shù)在5～10根左右。試樁施工時，應對場地的安全防護進行有效安排，避免出現(xiàn)安全事故；相關技術人員應對施工全過程進行跟蹤檢查，并仔細記錄樁管的沉入時間和深度，單樁投入碎石量及設備電流的變化等，從而確定樁體在施工狀態(tài)時的各項指標，作為控制沉管碎石樁施工的指導和依據(jù)。

一般在施工結束的30 d后，進行樁體密實度、樁長等各項指標的檢測。由于碎石樁的擠密作用，其密實性和抗載能力隨時間的提升而提升，且本項目工期要求較緊，為了滿足總體進度安排，對一些土質(zhì)狀況較良好的施工段落，在碎石樁(試樁)施工的7 d后，對其進行了密實性指標檢測，合格段落即可開始下一階段的施工；土質(zhì)狀況不良段落，在成樁試驗30 d后進行檢測，這樣使施工安排更加合理，大大縮短了軟土處理的施工工期。檢測結果平均值見表2。

表2 沉管碎石樁密實度檢測結果

檢測結束后應對施工情況進行全面總結，以獲取如樁管下沉速度、成孔時間、成孔速度、留振時間、達到密實度的電流值等各種滿足設計密實度的技術參數(shù)，為接下來的大規(guī)模施工奠定基礎。

5 沉管碎石樁的沉降觀測

為保障路基施工總體質(zhì)量，有效控制工后沉降，根據(jù)設計文件要求，在沉管碎石樁段落施工結束后，對該路段進行了沉降觀測。沉降觀測的裝置在軟土地基處理之后就開始著手埋設，在觀測到穩(wěn)定的初始值后，方可進行路堤填筑。

地表的沉降觀測裝置按照設計文件要求，根據(jù)軟土路基路段沉降穩(wěn)定觀測布置圖布置沉降板和位移樁，設置在道路中心和路堤兩側的位置。道路中心的沉降點應盡量避免和通信管道位置重疊，沉降板和位移邊樁的布設也可以根據(jù)實際地形及施工情況做適當調(diào)整，但要確保沉降板與水平位移觀測點布置在同一橫斷面上。

在之后的施工過程中，要不斷增加中間觀測點的長度，以確保路基填筑后仍能有效進行觀測，并且保障各沉降點的牢固性。

各施工段組建軟基處理沉降觀測小組，按照施工期每層觀測一次，臨時中斷施工期和間歇期3 d觀測一次，在路基段落填筑完成后7 d觀測一次的頻率要求，對該路基段落進行沉降、位移的觀測。觀測結果平均值見表3。

表3 沉管碎石樁處理路基沉降觀測值

每層路基填筑前，需在沉降觀測完成后進行，沉降觀測值滿足要求后，方可進行轉序施工。并按照沉降觀測結果進行沉降分析，形成分析報告，單獨建檔留存，指導今后施工。

在路基、路面施工期間對軟基沉降情況進行獨立監(jiān)測，監(jiān)測斷面數(shù)量應大于總斷面的30%，形成監(jiān)測記錄、沉降分析報告及施工建議。

6 結語

2017年11月，丹東大東港疏港高速公路項目正式交工通車，在之后的一年時間里，繼續(xù)對各軟基段落工后沉降情況進行實時觀測，并最終形成了該項目軟土路基沉降觀測總結報告。項目總體工后沉降達到了設計要求，其中沉管碎石樁的設計平均沉降量為317mm，實際平均沉降量為296mm，最小沉降量在K13+780斷面為47mm，最大沉降量在CK0+260斷面為616mm，為遼寧省今后軟土路基施工處理提供了實踐經(jīng)驗和依據(jù)。