廣西荔玉高速公路振沖碎石樁施工工藝分析

付浪

文章以廣西荔玉高速公路工程為例，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目軟土地基情況的分析，提出應(yīng)用振沖碎石樁進(jìn)行軟基處理的方案，并結(jié)合實(shí)際施工情況，闡明了振沖碎石樁在城市道路軟基處理中可大大提高處理后地基土的承載力和有效加固深度，具有提高地基承載力、減少不均勻沉降等應(yīng)用效果。

振沖碎石樁;軟基處理;檢測(cè);施工工藝

U415.6-A-03-007-4

0?引言

軟土是一種在工程中常見(jiàn)的土，其主要分為兩類(lèi)，即淤泥及淤泥質(zhì)土。軟土具有孔隙比大、含水率高、壓縮性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而其常常不具備較好的承載力，且沉降過(guò)大，在軟土上直接修建的路基極易失穩(wěn)造成工程事故，因而需要對(duì)其進(jìn)行處理。近年來(lái)，碎石樁作為簡(jiǎn)便快捷的一種地基處理工藝，廣泛地應(yīng)用于軟土路基的處理中。本文從碎石樁處理軟土地基這一角度出發(fā)，介紹振沖碎石樁技術(shù)在公路軟土地基上的應(yīng)用實(shí)例，詳細(xì)闡述其機(jī)理、工藝等。

1?項(xiàng)目概況及分析

廣西荔玉高速公路起點(diǎn)位于荔浦縣北側(cè)，終點(diǎn)位于玉林市福綿區(qū)新橋鎮(zhèn)，主線(xiàn)全長(zhǎng)261.612 km，按雙向四車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)。全線(xiàn)共設(shè)橋梁223座，隧道14座，20處互通式立交，5對(duì)服務(wù)區(qū)。全線(xiàn)建設(shè)8條連接線(xiàn)共62.5 km。橋隧比為18.4%。

根據(jù)勘鉆探資料揭露，擬建道路路基土自上而下主要地層分別為：人工填土層①、淤泥②1、細(xì)砂②2、砂混淤泥②3、粉質(zhì)黏土③、礫砂、卵石④與以及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑤等層。各土層力學(xué)指標(biāo)如下頁(yè)表1所示。

根據(jù)表1可知：（1）項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)①層為典型的填土層，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)較低;（2）②1層及②3層為軟土層，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)比填土層指標(biāo)更低，地基承載力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到公路車(chē)輛荷載及路基堆填荷載的要求;（3）②2層為細(xì)砂層，根據(jù)地勘初判，較深處具有一定液化趨勢(shì)，且②3層內(nèi)淤泥有夾砂，液化趨勢(shì)更加明顯;（4）③層粉質(zhì)黏土相對(duì)而言是力學(xué)性質(zhì)最佳的土層，其深度及厚度適中，抗剪指標(biāo)較強(qiáng)，同時(shí)具備較高的地基承載力，可以作為持力層利用。

通過(guò)以上工程地質(zhì)性質(zhì)判斷，表層填土、軟土層及砂層均不可作為直接持力層用于公路路基。本場(chǎng)地軟土含水率較高且排水通道較差，為消除這一不利影響，決定采用碎石樁對(duì)本施工區(qū)軟土地基進(jìn)行處理?？紤]到砂土具備一定液化趨勢(shì)，為在處理軟基的同時(shí)也能消除液化影響，擬定施工成孔工藝為振沖法。

2?振沖碎石樁加固機(jī)理

2.1?碎石樁加固軟土的機(jī)理

軟土顆粒間具備較強(qiáng)的連接能力，屬于非松散土體。軟土的這一特征決定了其顆粒間的水分子無(wú)法形成流動(dòng)狀態(tài)，不易從土體中排出而形成固結(jié)狀態(tài)。當(dāng)在軟土中置入碎石樁后，軟土?xí)捎跀D壓干擾，使得土體內(nèi)出現(xiàn)超孔隙水壓力，降低土體強(qiáng)度。而當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，由于軟土的觸變性，碎石樁的松散排水特性將極大地發(fā)揮作用，加速觸變軟土的排水，固結(jié)加快，使土中有效應(yīng)力增加，土體的承載能力顯著改善和提高。

2.2?振沖工藝加固砂土的機(jī)理

根據(jù)表1可知，大部分砂土均被上層淤泥及下層淤泥包裹隔斷，切斷了排水條件，因而其飽和度極高。而采用振沖工藝施工后，飽和砂土中的土顆粒將被震動(dòng)重新排列，其密實(shí)度也大大提高，迫使土中水向外溢出。碎石樁本身即為松散土體，是天然的優(yōu)良排水通道，砂土中擠出的水通過(guò)碎石樁本體向地面壓迫排出，使砂土進(jìn)一步密實(shí)，形成較高的強(qiáng)度。

3?振沖碎石樁設(shè)計(jì)及施工參數(shù)分析

（1）布樁型式：本次設(shè)計(jì)處理路基寬度為26 m，考慮處理范圍兩側(cè)各延拓1 m[1]，總處理寬度達(dá)到了28 m，屬于較大寬度的處理斷面。為確保處理均勻，因而采用梅花型布樁型式（見(jiàn)圖1～2）。

（2）振沖器選擇：一般來(lái)講，功率越高的振沖器成樁后的加固影響范圍越大[2]?？紤]到施工經(jīng)濟(jì)性，可采用功率較大的振沖器配合較大的樁間距進(jìn)行施工，此方法樁數(shù)較少，造價(jià)較低。但綜合考慮復(fù)合地基的沉降及承載力要求，通過(guò)與設(shè)計(jì)單位反復(fù)核對(duì)驗(yàn)算，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的條件下，優(yōu)化為采用30 kW的振沖器進(jìn)行施工，樁徑為0.5 m，樁間距為1.2 m，樁長(zhǎng)深入粉質(zhì)黏土層≥1 m。通過(guò)驗(yàn)算，承載力與沉降均能滿(mǎn)足道路使用要求，總體造價(jià)適中。

（3）樁體材料配比：施工現(xiàn)場(chǎng)還有較多的含泥量較小的碎石及角礫巖碎塊等，其粒徑為30～70 mm?？紤]到本地軟土流動(dòng)性較強(qiáng)，粒徑較小的顆粒不宜形成較高的樁體強(qiáng)度，同時(shí)由于粒徑較為接近，震動(dòng)也難以確保其密實(shí)度的控制，故外購(gòu)較多大粒徑碎石，用于調(diào)節(jié)粒料級(jí)配。經(jīng)試驗(yàn)段試驗(yàn)，成樁強(qiáng)度較高，樁體密實(shí)度較好。后對(duì)顆粒分析判定，擬采用配比為大顆粒（>70 mm）：中顆粒（30～70 mm）：小顆粒（<30 mm）=1：3：1。

4?施工重難點(diǎn)工藝分析

常規(guī)振沖碎石樁的施工工序?yàn)樵炜住蹇住盍稀鹈?。而在本次施工過(guò)程中，在以上每個(gè)環(huán)節(jié)中均出現(xiàn)了一些施工難點(diǎn)，本節(jié)即針對(duì)相關(guān)難點(diǎn)給出分析及實(shí)際解決方案。圖3為本項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)情況。

4.1?成孔工藝

（1）首先認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求的樁徑及間距，選取合適的振沖器，并要求測(cè)量班組按照平面圖要求，標(biāo)注出每根振沖碎石樁的中心點(diǎn)位，用顯著的標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)清楚。

（2）核對(duì)現(xiàn)場(chǎng)布置，設(shè)計(jì)好振沖器的移動(dòng)路線(xiàn)與電源的位置，并合理布置水管，便于后續(xù)施工的連續(xù)性。

（3）利用起吊機(jī)，將振沖器勻速穩(wěn)定地吊運(yùn)至設(shè)計(jì)孔位，振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位，待振沖器端部距離地面0.5 m時(shí)，開(kāi)啟水泵進(jìn)行試運(yùn)行。

（4）水量與水壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，正式開(kāi)啟振沖器，并做好相關(guān)安全準(zhǔn)備，確保振沖過(guò)程中的穩(wěn)定安全。

（5）振沖器正式入土，隨著入土深度的變化，可逐步調(diào)節(jié)振沖器的轉(zhuǎn)速，確保進(jìn)尺穩(wěn)定及成孔的垂直度。

（6）若成孔過(guò)程中遇到硬質(zhì)土層，正常工藝無(wú)法成孔，則需要來(lái)回提升振沖器反復(fù)振孔或沿孔壁擴(kuò)大成孔，確保成孔完整性，多余部分可后續(xù)填料時(shí)加料填充。

（7）當(dāng)振沖器成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，可提取振沖器完成成孔工藝。整個(gè)成孔過(guò)程應(yīng)注意記錄電流電壓等數(shù)據(jù)，用于后續(xù)分析土層性質(zhì)及成樁性質(zhì)。

4.2?清孔工藝

成孔完成后，應(yīng)將振沖器提至孔口，再重新振沖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，如此反復(fù)3～5次，確?？咨砀蓛?。同時(shí)待孔口處漿液稠度降低至雜質(zhì)較少時(shí)，可清洗孔底沉渣，確保成孔后泥漿量較小[3]。

4.3?填料方法

在試驗(yàn)段內(nèi)試樁時(shí)，成孔過(guò)程中，孔道如被坍塌的軟土堵塞，來(lái)回清孔會(huì)極大地浪費(fèi)人力物力，還影響成樁的質(zhì)量。為了在正式施工中避免此現(xiàn)象的發(fā)生，第二試驗(yàn)段試樁采用了間隔填料方法，即每次振沖都將振沖器保留在孔道內(nèi)，僅提升20 cm后再次進(jìn)行調(diào)料作業(yè)，連續(xù)不斷地反復(fù)“填料-密實(shí)-填料”這一過(guò)程，能有效確保填料不被軟土影響，提高作業(yè)效率[4]。

4.4?樁頂處理

由于振沖動(dòng)力的限制，試樁階段發(fā)現(xiàn)樁頂成樁的密實(shí)度較小，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。因而在正式施工時(shí)，調(diào)整施工面高于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，待整體施工完成后，挖除掉這部分超高段，確保樁整體密實(shí)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。超高的高度應(yīng)根據(jù)起始段試樁確定，施工片區(qū)中每個(gè)片區(qū)的試樁應(yīng)≥100 m2。

4.5?成樁順序

根據(jù)表1的地勘資料，施工地段砂土夾在兩層軟土之間，考慮到其擠密程度存在天然上限，故為了便于路基中心段施工，擬采用由路基兩側(cè)向路基中心進(jìn)行的施工方法，確保中心碎石樁能順利下樁，且不會(huì)由于砂土密實(shí)而導(dǎo)致造孔失敗。同時(shí)，由于本場(chǎng)地軟土抗剪強(qiáng)度極低，為避免振沖過(guò)程擾動(dòng)樁間土使其強(qiáng)度進(jìn)一步降低，采用跳樁工法進(jìn)行施工，確保30 kW振沖器的影響范圍不會(huì)干擾到隔樁的樁間土。

4.6?施工環(huán)境控制

試驗(yàn)段部分成孔時(shí)發(fā)現(xiàn)，本場(chǎng)地軟土流動(dòng)性較大，具備“尋找最弱路徑”的特性，即在施工中，有部分孔道軟土向上涌出，壓力較大部位甚至形成噴漿狀態(tài)。此現(xiàn)象消失后，原軟土層體積減小，地表逐漸塌陷，肉眼可見(jiàn)表面逐漸出現(xiàn)裂縫。為控制此現(xiàn)象發(fā)生，采用在處理斷面兩側(cè)施工隔斷泥漿墻時(shí)運(yùn)用的工藝，即采用三軸攪拌樁，利用本地軟土結(jié)合泥漿，在路基斷面兩端形成封閉泥漿墻，確保側(cè)向軟土壓力被泥漿墻承擔(dān)，成孔時(shí)軟土壓力可及時(shí)釋放，極大地緩解了此現(xiàn)象。后續(xù)正式施工時(shí)，再無(wú)地面裂縫產(chǎn)生。

5?結(jié)語(yǔ)

（1）本次施工完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)施工后的振沖碎石樁復(fù)合地基進(jìn)行了相關(guān)的檢測(cè)，主要檢測(cè)內(nèi)容包括平板靜載試驗(yàn)及CPT靜力觸探試驗(yàn)[5]。試驗(yàn)結(jié)果證明，振沖碎石樁加固復(fù)雜軟弱土地基，能夠極大地提高地基承載力，并有效減少地基沉降，確保工程安全，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）本次施工中出現(xiàn)了較多非常見(jiàn)的施工現(xiàn)象，如路基中心成樁困難、成孔噴漿等。對(duì)于以上現(xiàn)象，通過(guò)理論分析及試驗(yàn)段的工藝調(diào)整，及時(shí)反饋修正了施工工藝中的不當(dāng)之處，確保了施工的正常進(jìn)行。

（3）本文中的工程實(shí)例對(duì)類(lèi)似工程有一定的指導(dǎo)意義。然而本文還有許多不足之處，如對(duì)“地下水對(duì)樁體的腐蝕性、不同海相軟土對(duì)碎石樁體設(shè)計(jì)參數(shù)的影響性”等方面都沒(méi)有進(jìn)行具體分析。筆者也將在日后的工作學(xué)習(xí)中，繼續(xù)深入研究有關(guān)振沖碎石樁的相關(guān)問(wèn)題。

[1]JGJ79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

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[3]張德華，陳祖煜，熊思政.國(guó)外松軟地基的振沖加固技術(shù)[J].水利水電技術(shù)，1997（2）：56-64.

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[5]黃小軍.振動(dòng)碎石樁復(fù)合地基承載力與沉降計(jì)算研究[D]長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.