淺析振沖碎石樁在深厚素填土地基中的適用性

韓博，李小明

(1.信息產業(yè)部電子綜合勘察研究院，陜西 西安 710054； 2.寶雞市勘察測繪院，陜西 寶雞 721000)

1 引 言

1937年，德國人發(fā)明了振動水沖法(簡稱振沖法)用來擠密砂土地基，直接形成擠密的砂土地基。20世紀50年代末，振沖法開始用來加固黏性土地基，并形成碎石樁[1]。振沖法適用于處理松散素填土地基，對于黏性土主要起到置換作用，對砂土和粉土除置換作用外還有振實擠密的作用。對于飽和黏性土，碎石樁單樁承載力主要取決于樁周土的側限壓力，由于軟黏土抗剪強度低，且在成樁過程土中樁周土體產生的超孔隙水壓力不能迅速消散，天然結構受到擾動將導致其抗剪強度進一步降低，造成樁周土對碎石樁產生的側限壓力較小，碎石樁的單樁承載力較低，如置換率不高，其提高承載力的幅度較小，很難獲得可靠的處理效果[2]。筆者以寶雞地區(qū)某一深厚素填土場地為例，用實際檢測結果分析該類場地中振沖法處理的不可行性，為今后該類工程的經驗總結提供可靠數據，避免工程事故的發(fā)生。

2 工程概況

場地位于隴東黃土高原南部邊緣地帶，屬溝嶺相間的殘塬溝壑梁峁相間復雜的地貌類型，經人工回填，將原本的沖溝回填至現(xiàn)有標高，回填土厚度 6.5 m～15.7 m。擬建的單層建筑物長 72.5 m，寬 24.5 m，高度 14 m，鋼筋砼排架結構，擬采用獨立基礎，基礎埋置深度 2.0 m，基底平均壓力(相應于作用的標準組合)為 180 kPa。該場地的工程地質條件典型剖面中上部地層如圖1所示，其下為穩(wěn)定分布的中更新統(tǒng)黃土層。由剖面圖可知，基礎持力層主要為素填土層，依據勘察結果，該層呈褐黃色，土質不均，結構松散，主要由粉土組成，偶含碎石、局部含磚瓦碎塊，潮濕-飽和，均勻性差，不能直接作為基礎持力層。

圖1場地典型地質剖面中上部地層

3 地基設計及要求

為增強淺部填土工程性能，滿足上部結構對地基強度和變形的要求，該工程設計采用振沖碎(砂)石樁復合地基。設計碎(砂)石樁樁長不小于 13 m，樁徑 400 mm，樁距 1.0 m，共布樁 3 697根，呈等邊三角形布置，樁體采用 1∶1砂石拌合而成，樁頂鋪設 400 mm褥墊層。處理后樁間土平均擠密系數不小于0.80，復合地基承載力特征值fspk=200 kPa，單樁承載力特征值Ra=360 kN，樁端持力層為②老黃土層。

4 施工概況及檢測結果

依據設計，施工單位先進行試樁施工，試樁共分兩部分區(qū)域進行，每區(qū)280根樁，樁長以樁端持力層②老黃土層為基準，最終施工樁長為 9 m～12.5 m，樁徑 400 mm，樁距分 0.9 m及 1.0 m兩種，呈等邊三角形布置，填料又分為純碎石和砂石 1∶1兩種，共施工試樁560根。

施工后，間隔14天進行了地基檢測試驗。其中包括：樁體圓錐動力觸探試驗(N63.5)24根；樁間土擠密效果檢測探井7個，取樁間土密實度試樣54組；樁間土靜力觸探試驗24孔，原地基土靜力觸探試驗4孔；單樁靜載荷試驗4處；復合地基靜載荷試驗4處。

檢測結果顯示：①樁體N63.5試驗表明：樁距 0.9 m的錘擊數稍小，變異性低；樁距 1.0 m的錘擊數稍大，變異性略高。純碎石擊數離散性大，變異性高；砂石擊數離散性小，變異性低。砂石樁處于稍密狀態(tài)?？v向均勻性稍差，樁體間差異較小，橫向均勻性較好。相比較而言，樁距 0.9 m，填料碎石的片區(qū)均勻性要稍好一些。②樁間土密實度試驗表明：樁間土擠密系數在0.85～0.93之間，平均擠密系數0.90，滿足設計要求，樁間距采用 0.9 m與 1.0 m對樁間土擠密效果影響不顯著。③樁間土靜力觸探試驗表明：樁間土單孔平均錐尖阻力qc值在 0.741 MPa～3.268 MPa之間，整體平均錐尖阻力qc值 1.627 MPa，變異系數0.398，變異性高，說明樁間土很不均勻，一定程度上體現(xiàn)了素填土本身的性質。④單樁靜載荷試驗表明：試驗點的Q-s曲線均屬陡變型，在設計加載量范圍內已經破壞，即極限承載力已經出現(xiàn)，單樁豎向極限抗壓承載力可取 40 kN，兩處典型曲線如圖2、圖3所示。⑤復合地基靜載荷試驗靜載荷試驗表明：在 250 kPa(樁距 1.0 m)或 300 kPa(樁距 0.9 m)壓力下沉降量為 67.419 mm～64.462 mm，沉降量大，分級沉降量不均勻(隨荷載增大，增量增加顯著)，P-s曲線為光滑曲線。承載力特征值分別可取 100 kPa(樁距 1.0 m)、125 kPa(樁距 0.9 m)，兩處典型曲線如圖4所示。

圖2單樁(樁1)載荷試驗Q-s、s-lgt、s-lgQ曲線

圖3 單樁(樁2)載荷試驗Q-s、s-lgt、s-lgQ曲線

圖4 復合地基載荷試驗P-s曲線

綜上所述，該素填土地基經處理后，其承載力及變形仍不能滿足設計要求。

5 結 語

振沖碎石樁作用機理，主要是樁體和樁間土構成復合地基，以提高地基承載力，并降低壓縮性。碎石樁的承載力和沉降量在很大程度上取決于周圍土體對碎石樁的約束作用，如果周圍土體過于軟弱，對碎石樁的約束作用就差。本例中，深厚的素填土本身欠固結，工程性能差，能提供的側限壓力過小，同時，下部地層接近或處于地下水中，部分土體已經飽和，在成樁過程中經擾動后，土體抗剪強度進一步降低。試樁結果表明，此法在該類場地不適用。行業(yè)規(guī)范本身對工程起到了指導作用，但在實際工作中，我們仍需因地制宜地選擇合理可行的地基處理方案或基礎方案，這樣既保證了工程安全，又能減少不必要的經濟損失。