密砂石樁在吹填砂地基處理中的應(yīng)用探究

摘要：吹填砂地基通常含水量高、壓縮性強(qiáng)和抗剪強(qiáng)度低。因此，在工程建設(shè)前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行地基處理。為了研究密砂石樁在處理吹填砂地基的適用性，本文以某新建道路的吹填砂路基工程為例，在總結(jié)已有密砂石樁應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況進(jìn)行梳理，初步擬定了密砂石樁的規(guī)格及間距，并開展地基處理試驗(yàn)段，在完成處理后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)，以驗(yàn)證密砂石樁地基處理的合理性。現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)及沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)密砂石樁處理后形成的復(fù)合地基能夠承載120 kPa以上的荷載，并且其工后沉降量顯著減小。因此，本文采用的密砂石樁處理吹填砂地基取得了效果顯著，可為類似項(xiàng)目提供了有益參考。

關(guān)鍵詞：密砂石樁；吹填砂；荷載試驗(yàn)；地基加固

中圖分類號(hào)：TU473"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：2096-2118（2024）06-0074-04

Exploration of the Application of Dense Sand and Stone Piles

in the Treatment of Blowing Fill Sand Foundation

QIU Qiaorong

（Fujian Provincial Transportation Planning and Design Institute Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou Fujian 350004，China）

Abstract：Blowing fill sand foundation usually has high moisture content，high compressibility，and low shear strength.Therefore，foundation treatment should be carried out before engineering construction.In order to study the applicability of dense sand and gravel piles in treating blown sand foundations，this article takes the blown sand subgrade project of a newly built road as an example，based on the summary of existing experience in the application of dense sand and gravel piles，the specifications and spacing of dense sand and gravel piles were preliminarily formulated by sorting out the geological conditions on site，and a foundation treatment test section was carried out，after completion of the treatment，on-site load tests were conducted to verify the rationality of the dense sand and gravel pile foundation treatment.The results of on-site load tests and settlement monitoring indicate that the composite foundation formed after treatment with dense sand and gravel piles can bear loads of over 120 kPa，and its post construction settlement is significantly reduced.Therefore，the dense sand and the gravel pile used in this article has achieved significant results in treating the sand filled foundation，which can provide useful reference for similar projects.

Keywords：dense sand and gravel pile；blowing fill sand；load test；foundation reinforcement

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市邊界不斷拓展，沿海地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常遇到吹填砂路基，吹填土因其形成原因造成了土體力學(xué)性質(zhì)較差，一般需進(jìn)行地基處理后方可進(jìn)行建設(shè)。目前已有眾多學(xué)者對(duì)吹填砂地基的處理方式展開了一系列研究，邱長(zhǎng)林等[1]進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，較為實(shí)際地反映了土體固結(jié)后相關(guān)的變形特性等指標(biāo)。郭炳川[2]對(duì)新近吹填土的工藝及相關(guān)變形機(jī)理進(jìn)行了研究，得到了土體位移、應(yīng)力之間的相互關(guān)系。何洪濤等[3]對(duì)吹填超軟土的真空預(yù)壓技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了真空預(yù)壓技術(shù)在吹填超軟土的可行性。胡繼業(yè)等[4]采用理論與試驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)港區(qū)超軟吹填土層提出快速固結(jié)方案，并得到較為合理的處理參數(shù)。根據(jù)前面的研究，吹填砂地基有效的處理方法主要有：強(qiáng)夯、真空預(yù)壓、砂碎石樁等方案[5]，也可采用預(yù)壓、電滲法等進(jìn)行處理。目前針對(duì)吹填砂地基的加固處理已取得相關(guān)的研究成果，因吹填砂地基形成過(guò)程的復(fù)雜性及擬建項(xiàng)目功能要求的多樣性，致使實(shí)際處理過(guò)程中理論計(jì)算與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際存在一定的偏差。因此，有必要對(duì)此展開進(jìn)一步研究。

1 工程概況

1.1 研究區(qū)概況

本文以福建省漳州市擬建設(shè)的疏港大道一期工程海域段為研究背景，研究區(qū)疏港大道一期工程海域段位于吹填砂地基上，場(chǎng)地地貌單元屬于漫灘，初始地形較低，后期經(jīng)吹填砂后地形標(biāo)高與周邊場(chǎng)地標(biāo)高齊平。吹填砂地基的承載力及變形均無(wú)法滿足工程建設(shè)需要，需對(duì)吹填砂地基進(jìn)行處理。研究區(qū)的地層結(jié)構(gòu)主要為填砂地層，厚度較大，吹填砂具有含水率較高，壓縮性大，滲透性低、抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，同時(shí)在地震作用下易出現(xiàn)砂土液化等不良地質(zhì)問(wèn)題。

根據(jù)疏港大道一期海域段路線總體設(shè)計(jì)方案，雙向六車道設(shè)計(jì)，路幅寬度34.0 m，兩側(cè)均設(shè)置2.0 m寬人行道。根據(jù)路基結(jié)構(gòu)計(jì)算，地基處理后持力層厚度需達(dá)到可承載120 kPa。根據(jù)項(xiàng)目前期的地質(zhì)成果資料，其上部主要為吹填砂，往下依次為淤泥、淤泥質(zhì)土，場(chǎng)地地下水位位于地表以下3 m，吹填砂最大厚度8.6 m，淤泥（混砂）層最大厚度3.2 m，底部為淤泥質(zhì)土，研究路段的路基典型地質(zhì)剖面如圖1所示。

通過(guò)對(duì)各類地基處理方案進(jìn)行比選，同時(shí)結(jié)合區(qū)域內(nèi)主要施工技術(shù)，經(jīng)綜合比選后決定采用密砂石樁來(lái)處理研究區(qū)地基。密砂石樁可利用該區(qū)域內(nèi)其他項(xiàng)目開采的片石和塊石，從而在綜合造價(jià)上具備優(yōu)勢(shì)。

1.2 密砂石樁地基加固機(jī)理分析

吹填砂地基處理原理主要是通過(guò)加速吹填砂的固結(jié)，控制吹填砂地基的工后沉降。本研究擬采用的密砂石樁是一種散粒體材料樁，其加固機(jī)理主要是通過(guò)振動(dòng)壓入級(jí)配較均勻的中砂、塊石和卵石等堅(jiān)硬穩(wěn)定的材料，對(duì)吹填砂地層進(jìn)行擠密后形成復(fù)合地基。地基處理后被改良土體和密砂石樁的增強(qiáng)體組成人工復(fù)合地基，協(xié)同承擔(dān)道路傳遞的路面荷載，各個(gè)加固單元體處理后的地基應(yīng)力狀態(tài)如圖2所示。

密砂石樁實(shí)施時(shí)在機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)下，預(yù)沉管至規(guī)定的處理深度，往沉管中灌入密砂石，多次循環(huán)后可形成具備一定深度和直徑的密砂石樁。密砂石樁通過(guò)對(duì)周圍土體的擠密和置換獲得處理效果，原土的孔隙比減小，強(qiáng)度增大，承載力提高。同時(shí)，密砂石樁透水性較強(qiáng)，在吹填砂及淤泥土層內(nèi)形成良好的豎向排水通道，有利于原土內(nèi)的孔隙水通過(guò)密砂石樁和頂部的砂石褥墊層排除。

2 擠密砂石樁方案設(shè)計(jì)

2.1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

為得到較為準(zhǔn)確的場(chǎng)地內(nèi)土層物理力學(xué)參數(shù)，在場(chǎng)地內(nèi)布置了若干地質(zhì)鉆孔，根據(jù)研究區(qū)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，地層內(nèi)土層的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表1。

由表1可知，吹填砂地層的初始含水率均gt;100%，孔隙比均在3.0以上，土層采用十字板剪切試驗(yàn)時(shí)，抗剪強(qiáng)度很低。

2.2 密砂石樁擠密方案

為滿足道路路基的使用要求，需要地表以下10 m范圍內(nèi)地基處理后的吹填砂地基承載力≥120 kPa，研究區(qū)根據(jù)道路功能需求，在總結(jié)地區(qū)內(nèi)已有吹填土地基處理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)密砂石樁方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。因道路新建時(shí)產(chǎn)生的附加荷載一般會(huì)向外擴(kuò)散傳遞，地基處理范圍一般應(yīng)超出道路邊界線以外5 m，同時(shí)考慮到外圍密砂石樁的處理效果欠佳，向外拓展一定寬度的處理范圍可保證密砂石樁地基處理的可靠性，典型處理剖面如圖3所示。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79—2012，散粒體材料處理軟弱地基后形成的復(fù)合地基承載力計(jì)算公式：

fspk=［1+m（n-1）］fsk（1）

式（1）中：fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa；m為面積置換率； n為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比。密砂石樁根據(jù)計(jì)算得到的置換率，可采用三角形平面布置，也可以采用正方形以及矩形平面布置。

根據(jù)表1中的巖土參數(shù)，按照地區(qū)類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，樁土應(yīng)力比取值2.0，根據(jù)式（1）計(jì)算地基置換率密砂石樁擬按照三角形布置，樁中心距為1.6 m，成孔直徑0.5 m。為達(dá)到較好的處理效果，研究區(qū)場(chǎng)地吹填砂地基的處理深度按照穿透淤泥以下≥0.5 m進(jìn)行控制，樁頂設(shè)中粗砂加筋墊層（厚0.5 cm，夾單層雙向土工格柵）。為確定密砂石樁對(duì)該場(chǎng)地的適應(yīng)性，在進(jìn)行大規(guī)模處理前，需對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)其效果進(jìn)行檢測(cè)，然后再進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)，以確保道路路基下持力層的穩(wěn)定性。

3 效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)

3.1 加固后土體檢測(cè)數(shù)據(jù)

為檢驗(yàn)密砂石樁對(duì)吹填砂地基處理的效果，對(duì)處理后的地基進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。土層內(nèi)孔隙水消散需要一定的時(shí)間，密砂石樁的現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)一般應(yīng)控制在地基處理完成的一段時(shí)間后。根據(jù)前述，場(chǎng)地地基處理深度范圍內(nèi)分布的原土主要為砂（混有淤泥）、淤泥（混砂）和淤泥質(zhì)土3類。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，處理后的場(chǎng)地內(nèi)物理力學(xué)參數(shù)見表2。

由表2可知，經(jīng)過(guò)地基處理后，土層的物理力學(xué)性質(zhì)明顯提高，地基處理深度范圍內(nèi)土體的含水率、孔隙比等參數(shù)明顯變小，密度及剪切強(qiáng)度指標(biāo)呈現(xiàn)明顯增加，從而有效改善了地層物理力學(xué)指標(biāo)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多組荷載試驗(yàn)，所形成的復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為136.7 kPagt;120 kPa，可滿足新建道路的承載力要求。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ 79—2012[6]，由式（1）可知，處理后的地基承載力主要與置換率、處理后樁間土承載力及樁土應(yīng)力比有關(guān)，密砂石樁的樁長(zhǎng)對(duì)地基承載力的影響不大。但地基處理深度加大后，可提高道路附加荷載影響范圍內(nèi)地層的壓縮模量等參數(shù)，減小道路運(yùn)營(yíng)后的工后沉降，對(duì)于工后沉降要求較嚴(yán)格的路段應(yīng)適當(dāng)加大密砂石樁的處理深度。

3.2 處理后沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

沉降指標(biāo)作為道路運(yùn)營(yíng)的主要控制數(shù)據(jù)，在施工期間應(yīng)加強(qiáng)對(duì)處理的復(fù)合地基的變形觀測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)可布置在密砂石樁樁體以及樁間土上，以此來(lái)檢驗(yàn)復(fù)合地基中密砂石樁增強(qiáng)體和樁間土的工作狀況。研究區(qū)典型斷面共布置7組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每組監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置2對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖4所示，從左至右編號(hào)依次為1，2，3……。

沉降監(jiān)測(cè)周期按照每周一次，經(jīng)過(guò)處理后70 d的監(jiān)測(cè)，得到了大量該路段的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖5。

由圖5可知，在橫向第4組監(jiān)測(cè)點(diǎn)（道路中心線）位置沉降量最大，為136.3 mm，忽略邊坡外側(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，道路范圍內(nèi)沉降量最小的點(diǎn)位位于坡腳區(qū)，為23.7 mm。出現(xiàn)這種情況的主要原因是道路中線處有效受荷面積最大，有效附加應(yīng)力大，邊坡坡腳區(qū)遠(yuǎn)離道路中線，有效附加應(yīng)力小，沉降量逐漸變小。同時(shí)，隨著施工結(jié)束后一段時(shí)間，地基的沉降變化幅度變小，在施工完成后50 d路基沉降基本趨于穩(wěn)定，表明道路建成后不會(huì)繼續(xù)產(chǎn)生較大的沉降，道路工后沉降較小。

3.3 吹填砂地基處理后參數(shù)提高原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，密砂石樁對(duì)吹填砂地基的處理效果較佳，通過(guò)對(duì)治理后的地基相關(guān)數(shù)據(jù)分析，歸納總結(jié)處理后的吹填砂地基承載力提高原因見表3。

由表3可知，吹填砂地基經(jīng)密砂石樁處理后，密砂石樁與吹填砂形成的復(fù)合地基物理力學(xué)參數(shù)顯著提高，密砂石樁對(duì)吹填砂地基處理具有較強(qiáng)的適用性。

4 結(jié)論

1） 密砂石樁的施工引發(fā)了吹填砂地層中孔隙水壓力的集聚和消散，降低了吹填砂地層含水率，增加了樁間土密實(shí)度，從而提高了所形成的復(fù)合地基承載力。

2） 基于本文工程案例，復(fù)合地基沉降最大值出現(xiàn)在新建道路的附加應(yīng)力最大位置，靠?jī)蓚?cè)人行道位置逐步變小，在地基處理完成后，復(fù)合地基沉降變形趨勢(shì)在50 d后基本趨于穩(wěn)定，滿足道路工后沉降要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]邱長(zhǎng)林，牛飛，閆澍旺，等.吹填土真空固結(jié)變形特性的室內(nèi)試驗(yàn)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2014（6）：498-503.

[2]郭炳川.真空預(yù)壓加固新近吹填土新工藝及機(jī)理研究[D].天津：天津大學(xué)，2015.

[3]何洪濤，焦淑賢，何漢藝，等.真空預(yù)壓新技術(shù)加固吹填超軟土的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].水運(yùn)工程，2018（9）：265-272.

[4]胡繼業(yè)，余敏，張鵬飛，等.港區(qū)超軟吹填土層快速加固方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].水運(yùn)工程，2019（1）：163-166.

[5]矯傳剛，楊利，王炳鈞，等.基于強(qiáng)夯法的吹填砂路基處治研究[J].建筑施工，2021（12）：2579-2581.

[6]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ 79—2012[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

編輯：劉 巖