振沖碎石樁在軟土復(fù)合地基中的應(yīng)用新探

張略

（四川省場道工程有限公司，成都610000）

1 引言

碎石樁處理的主要目的是提高地基的承載力，通過對原地基土的置換和擠密對地基進行加固，減少地基的后期壓縮和沉降，提高地基土抗震動液化能力和地基的整體穩(wěn)定性。對于砂土、粉砂土和黏性土地基，碎石樁的主要作用是置換。一般情況下，適于采用振沖碎石樁處理的土壤包括松散砂土、松散粉砂土、粉砂質(zhì)黏土、素填土、雜填土和不排水抗剪強度不低于20kPa的黏性土。尤其是砂土地基，由于振沖擠密效果好，易成孔，能有效消除粉體振動和砂土液化，提高地基承載力，減少沉降，特別適于采用振沖碎石樁進行處理。

2 振沖碎石樁技術(shù)

碎石樁是指通過振動或沖擊荷載在軟土地基中成孔，然后，在孔中灌入碎石并擠密形成大直徑碎石樁的加固基礎(chǔ)，適用于擠密松散的砂質(zhì)土、素填土和雜填土地基。加固的主要原理是通過碎石樁對原地基土進行置換和擠密。

振沖碎石樁加固軟弱地基是用振沖器在軟弱地基中成孔，將碎石分批填入孔中，形成密實的樁體，實現(xiàn)對原地基土的置換，使碎石體在原地基土中起到加筋的作用，碎石樁與樁間土體共同作用形成復(fù)合地基，共同承擔(dān)外部荷載。振沖碎石樁復(fù)合地基中樁的剛度大于樁周圍的土壤，在承受外部荷載時，碎石樁體和樁周圍土體的變形模量不同，使地基應(yīng)力向碎石樁集中，由碎石樁體本身承受大部分荷載，樁間土體的應(yīng)力相應(yīng)減小，通過這種方式，達到提高復(fù)合地基承載力和減少沉降的目的。同時，振沖碎石樁施工過程中，需要利用振沖器對碎石進行振密，可以有效增加樁體內(nèi)的碎石密度，提高周圍軟土層強度，最終達到增強軟土地基承載力和較好的排水效果【1】。

3 分析碎石樁復(fù)合地基承載力機理

通過對比復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)的力學(xué)性能，可以發(fā)現(xiàn)二者之間存在著明顯的差異。排水條件差、飽和松散、強力振動是砂土液化的必要條件，地基表面震動力是砂土液化的主要原因。振沖碎石樁具有有效改善砂土地基飽和松散、黏性較差、排水性差和增加密實度的作用。

3.1 振沖振密

眾所周知，液體不飽和地基的特點是水分含量較大，其土壤處于塑性狀態(tài)的流體中，所以，它的承載力不能滿足基礎(chǔ)使用的實際需要。振沖碎石樁在振動作用下提高了非飽和地基的密實性，減少其空隙率和加速其前期沉降。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)砂的密度達到一定比例時，它能抵抗相應(yīng)級別的地震烈度。

3.2 排水減壓

孔隙水若不能及時排出，砂質(zhì)土將難以壓實，其接觸面減少，呈漂浮狀態(tài)，固體顆粒之間的嵌入不僅會被削弱，而且連接性能下降，甚至?xí)ミB接性。當(dāng)超孔隙水壓力大于覆土壓力時，孔隙水壓力增大，砂土地基變得飽和疏松，振沖碎石樁振動時能通過樁體內(nèi)碎石形成排水通道排除過大的孔隙水壓力，直至快速消散，能有效消除砂土地基的液化，從而提高地基承載力和穩(wěn)定性。

3.3 預(yù)振效應(yīng)

經(jīng)振沖碎石樁處理后的砂土地基，其抗震液化效果大大提高。以試驗數(shù)據(jù)和實際工程實例結(jié)果為直接依據(jù)，受過預(yù)振作用影響的砂土，可最大限度地消除地基在投入使用過程中的液化可能性，其抗液化能力可達到普通防震型地基的4～7倍。要造成經(jīng)過預(yù)振的砂土發(fā)生液化，所需施加的應(yīng)力要比施加在未經(jīng)預(yù)振的砂土引起液化所需應(yīng)力值提高40%以上。

4 振沖碎石樁在軟土復(fù)合地基中的應(yīng)用

4.1 振沖碎石樁設(shè)計要點

影響碎石樁密實性的主要因素有碎石樁的置換率、地基土中粉土顆粒的含量、粉土埋深、原地基的密實度、場地土的均勻性和施工過程中的振動力。因此，在勘察設(shè)計階段，需要充分關(guān)注這些參數(shù)對地表地形、地貌和植被的影響，調(diào)查排水情況，還需要找出組成分布范圍內(nèi)地基土的土壤條件，地基土的均勻性，黏性土的不排水抗剪強度指標(biāo)，沙子、淤泥的天然孔隙比、相對密度、標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)，地基土的承載力等。在碎石樁的設(shè)計中，主要確定處理范圍、平面布置、樁間距設(shè)計計算、樁長設(shè)計、樁徑設(shè)計、樁內(nèi)填充材料及承載力、單樁承載力設(shè)計值和復(fù)合地基承載力特征值、墊層設(shè)計等因素。具體按以下步驟進行：

1）確定處理范圍。振沖碎石樁的處理范圍應(yīng)根據(jù)建（構(gòu)）筑物的重要性和現(xiàn)場條件確定，用于多層及高層建筑時，地基外緣宜設(shè)置1～2排樁。需消除地基液化時，擴展寬度的外緣不應(yīng)小于1/2液化土層的厚度。

2）確定平面布置。碎石的平面布置根據(jù)不同地層的分布情況，可采用三角形或四邊形布置。淤泥、砂土等地層采用等邊三角形布置，黏性土層采用三角形或四邊形布置。

3）確定樁間距。受處理區(qū)域內(nèi)地基土勘察數(shù)據(jù)局限性的影響，樁間距往往先確定一個估計值，對于粉砂基礎(chǔ)，應(yīng)不大于4.5倍直徑的碎石樁，對于黏性土，應(yīng)不大于3倍直徑的碎石樁。具體實施時，需要根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果確定，最好能夠在設(shè)計階段進行現(xiàn)場試樁后確定碎石樁的間距，

4）確定樁長。當(dāng)軟土地基厚度不大時，應(yīng)按軟土地基厚度確定；當(dāng)相對較硬的地層埋置深度較大時，應(yīng)按處理區(qū)域內(nèi)建（構(gòu)）筑物地基的變形允許值進行確定；對于按穩(wěn)定性控制的工程，樁長應(yīng)不小于最危險滑動面的深度；在可液化地基土中，則按照抗震處理深度進行確定。

5）確定樁徑。樁的直徑一般根據(jù)地基情況和成樁設(shè)備等因素來進行確定。

4.2 測量放線

根據(jù)設(shè)計圖紙完成所需地基處理范圍內(nèi)的樁點位布局，點位布設(shè)時應(yīng)按照設(shè)計樁位布置原則進行，繪制的布樁圖提交主管單位和設(shè)計審查通過后，方可在現(xiàn)場測量放樣，進行樁位布設(shè)。

放樣前，先清除地基表面耕植土和雜物后，將地基表面平整至設(shè)計標(biāo)高，然后根據(jù)統(tǒng)一的現(xiàn)場施工坐標(biāo)系，將施工范圍標(biāo)示出來，再根據(jù)審查批準(zhǔn)的布樁圖，按縱向、橫向或斜向放出每排樁位的兩個端點并做好標(biāo)記，記錄過程中測量的高程數(shù)據(jù)。現(xiàn)場使用經(jīng)緯儀或全站儀配合鋼尺來準(zhǔn)確標(biāo)定每排兩個端點之間的其他樁位，在每個樁位處釘立木（竹）樁并設(shè)置醒目的標(biāo)志。為了避免漏樁和錯位，樁位的標(biāo)記應(yīng)清晰并保持固定，放樣后應(yīng)進行檢查和復(fù)核，樁位平面間距允許偏差為±150mm。

4.3 振沖碎石樁施工工藝醒目

1）樁位定位放樣后，使吊車就位，振沖器對準(zhǔn)樁位中心，然后通電、通水，并檢查電壓、水壓和振沖器空載電流值是否正常。

2）打入帶樁尖的護壁套筒后，啟動水泵、開啟振沖器以1～2m/min的速度緩緩下沉，在下沉過程中控制好振沖器的額定電流。

3）成孔到設(shè)計深度后，向上提升振沖器至孔口，再快速下沉到孔底，重復(fù)2～3次。

4）完成振沖成孔后，將振沖器停在樁底以上約50cm處，進行清孔。

5）待孔內(nèi)循環(huán)泥漿稠度降低后，稍停數(shù)秒，然后向孔內(nèi)投石料，開始時不宜過多，防止堵塞孔口或堵塞返水，將振沖器下沉至孔內(nèi)進行振密，待密實電流和留振時間達到要求后，向上拔筒，重復(fù)投料、振密、拔筒的過程直至成樁，關(guān)閉振沖器和水泵，移位至下一樁位。

5 結(jié)語

振沖碎石樁由于受局部地質(zhì)不確定性的影響，需要采用多種方法、多采點樣綜合檢測，以分析地基承載力是否達到設(shè)計要求，驗證設(shè)計方案是否合理可靠。