碎石樁施工技術(shù)在軟土地區(qū)公路項目中的應(yīng)用研究

摘 要：公路工程項目施工中，路基處理是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是在軟土路基施工中，施工質(zhì)量因素較為復(fù)雜，必須要采用合適的施工工藝技術(shù)進行處理。碎石樁施工技術(shù)應(yīng)用能夠起到良好的加固效果，在當(dāng)前公路工程項目施工中具有較為廣泛的應(yīng)用。本文以某公路工程項目為例，結(jié)合軟土路基施工南天，說明碎石樁施工工藝應(yīng)用流程，分析碎石樁復(fù)合路基的影響因素及現(xiàn)場監(jiān)測方案，明確施工質(zhì)量控制關(guān)鍵措施，以此為同類工程項目施工技術(shù)應(yīng)用提供參考，為提升公路工程項目建設(shè)質(zhì)量起到應(yīng)有促進作用。

關(guān)鍵詞：公路工程 軟土路基 碎石樁施工技術(shù)

碎石樁施工技術(shù)是指在各類軟土地基處理中，以碎石或卵石為主要材料制作成復(fù)合地基加固樁，以有效提升地基承載力性能，控制沉降的施工技術(shù)。依據(jù)軟土路基成分差異，碎石樁施工技術(shù)的加固機理也有所不同，例如在松散砂土類型的軟土路基中，碎石樁施工技術(shù)主要是通過擠密作用和排水作用兩種途徑實現(xiàn)加固；而在黏性土為主的軟土路基中，主要是通過置換作用實現(xiàn)加固，但就整體上而言，碎石樁施工技術(shù)在軟土路基加固中都能夠起到良好應(yīng)用成效，具有良好的應(yīng)用價值。

1 工程概況及處理難點

1.1 項目概況

某公路工程項目，設(shè)計標準寬度為40m，設(shè)計速度60km/h，施工區(qū)域部分路段場地整體呈西北高、東南低特征，巖土層包括素填土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、殘積性黏土、全風(fēng)化花崗巖、砂土狀強風(fēng)化花崗巖等，土層多且呈交錯分布狀。同時地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)顯示，軟基地層含水量相對較高，有砂層以夾雜形式存在，且液化性較為顯著。綜合考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征及軟土路基處理技術(shù)優(yōu)勢，擬采用碎石樁施工技術(shù)濟寧處理，以確保路基結(jié)構(gòu)性能達到設(shè)計規(guī)范要求，為后續(xù)路面施工和道路安全穩(wěn)定運行奠定堅實基礎(chǔ)。

1.2 軟土路基施工難點

公路工程項目施工中，軟土路基是較為常見的地基形式，相對其他土質(zhì)而言，具有強度低、整體黏聚力小、壓縮性高等特征，結(jié)合部分項目勘查，含水率通常在30%～70%之間，滲透系數(shù)在5～10mm之間，且在施工過程中會產(chǎn)生較多淤泥，對正常施工產(chǎn)生較大影響[1]。理論研究顯示，軟土路基完成目標固結(jié)效果，需要5～10年之間，甚至在荷載作用下，使得主固結(jié)完成沉降后再次出現(xiàn)固結(jié)沉降問題。針對具體項目而言，路基施工最難以處理的沉降問題，如前期施工階段沒有做好有效的路基處理，會在行車荷載作用下出現(xiàn)明顯的沉降現(xiàn)象，以此不僅導(dǎo)致軟路路基變形嚴重，甚至?xí)诓痪鶆虺两底饔孟鲁霈F(xiàn)路面完整性破壞問題。同時在軟土路基施工中，如沒有采取有效處理措施，會由于路基整體抗剪強度不足，在外部壓力作用下出現(xiàn)路基結(jié)構(gòu)剪切破壞問題，使得路基穩(wěn)定性無法滿足道路安全運行要求。

2 碎石樁施工工藝應(yīng)用流程

2.1 碎石樁加固方案

本工程項目施工中，部分路段屬于典型的軟土路基，尤其是淤泥質(zhì)土相對較厚，承載力明顯不足，為避免在后續(xù)運營期間出現(xiàn)較大的工后沉降問題，擬采用碎石樁施工技術(shù)進行處理。在制定施工方案前，需先進行復(fù)合地基承載力計算，承載力主要來自于成型固結(jié)后的碎石樁及樁間土兩部分，因此需要分別計算，再依據(jù)相應(yīng)原則進行疊加，即可得出復(fù)合地基承載力。依據(jù)相關(guān)規(guī)范中給出的計算公式，結(jié)合本工程項目相關(guān)數(shù)據(jù)，確定處理后的復(fù)合路基承載力需達到130kPa，樁土應(yīng)力比為3.0。結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，碎石樁加固方案設(shè)計為：整體呈梅花形布置，直徑設(shè)計為0.5m，間距設(shè)計為1.5m。橫向處理范圍需延伸至路基邊坡坡腳1.0m處，樁端持力層進入碎石土在1.0m以上。樁體回填作業(yè)中所選用的礫石或碎石材料，粒徑介于20～50mm之間，含泥量不得超過5.0%。

2.2 施工準備

公路路基碎石樁施工技術(shù)作業(yè)中，現(xiàn)場施工條件通常較為復(fù)雜，在作業(yè)前必須要做好相關(guān)方面的處理和準備[2]。首先是將施工區(qū)域內(nèi)的雜物清理干凈，并進行20～30cm厚度的清表處理。如地表本身承載力較低，無法滿足施工機械入場和作業(yè)要求，需先鋪設(shè)合適厚度的碎石或砂礫墊層。依照相關(guān)規(guī)范和設(shè)計圖紙要求，使用全站儀對碎石樁施工范圍和間距進行測量放線，使用石灰做好樁位標記，標記點誤差不得超過2cm。測量放線完成24h后，才能進行正式施工，同時做好定位標記保護，避免出現(xiàn)樁位偏移而影響施工質(zhì)量。

2.3 成樁順序

碎石樁施工有兩種順序形式，分別為排樁法（圖1左）和時針順序法（圖1右）。前者是從一端軸線開始至另一端尾部結(jié)束，不容易出現(xiàn)漏樁現(xiàn)象，但樁體較密時難以精準控制傾斜度，通常是采用隔行挑打或隔樁跳打方式進行作業(yè)。后者在施工中能實現(xiàn)對“擠土”現(xiàn)象的有效控制，但容易出現(xiàn)漏樁現(xiàn)象。在具體施工中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況選擇合適的成樁順序。

2.4 錘擊成孔

錘擊成孔是樁體施工的前置流程，同時對施工質(zhì)量也有顯著影響。在現(xiàn)場準備完成后，將沉管樁機移動至標記位置，將沉管垂直度調(diào)整至1.5%誤差范圍內(nèi)，且沉管中心與樁位中心線偏差需調(diào)整至2cm以內(nèi)。錘擊時先利用錘身及沉管自重，使沉管緩慢下沉1～2m，以重力不足以抵御沉管底部及四周阻力為止。之后再以2～3m/min速度進行錘擊，直至達到設(shè)定深度。

2.5 石料投放

單個樁體作業(yè)完成后，將沉管孔口部位清理干凈，避免有雜物混入回填料中。所選用的回填料主要以未風(fēng)化的礫石或碎石為主，且盡量就近采集或采購原材料。材料相關(guān)參數(shù)需符合設(shè)計要求，由監(jiān)理部門驗收合格后再進行回填作業(yè)。石料填充量計算公式為：

其中：V為單樁回填料；D為碎石樁直徑；L為碎石樁長度；C為充盈系數(shù)，通常情形下取值為1.25。

在施工作業(yè)中，需根據(jù)每個樁體設(shè)計參數(shù)，做好相應(yīng)計算，并采用分層方式填充，但最后一次填充作業(yè)，需將填充量全部加完。

2.6 反插及加壓成樁

在碎石樁施工作業(yè)中，受軟土路基性質(zhì)變化及技術(shù)應(yīng)用能力影響，較為容易出現(xiàn)縮徑、斷樁等問題，對施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此必須要合理控制拔管速度，并結(jié)合反插方式作業(yè)，確保沉管內(nèi)的回填石料能夠全部振出[3]。在成樁施工作業(yè)前，可以先利用試驗方式確定不同沉管反插次數(shù)對應(yīng)的碎石樁成樁密度，并以最優(yōu)化成樁效果，對沉管反插次數(shù)進行優(yōu)化。以本工程項目為例，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，將沉管反插次數(shù)控制在8次為宜。

2.7 成樁質(zhì)量檢測

碎石樁成樁質(zhì)量檢測合格后，才能進行后續(xù)施工，因此在成樁30d后，應(yīng)依據(jù)《公路軟土路基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細則》等規(guī)范要求，隨機抽取合適數(shù)量的碎石樁進行檢測。質(zhì)量檢測通常是采用靜力載荷試驗方式，檢測樁體最大試驗荷載、承載力特征值、沉降等數(shù)據(jù)，以此精準評估成樁質(zhì)量。本工程項目施工中，隨機抽取8根碎石樁進行檢測，結(jié)果顯示承載力平均值為135kPa，大于設(shè)計值要求，施工質(zhì)量控制較好。

3 碎石樁復(fù)合路基的影響因素及質(zhì)量控制措施

3.1 碎石樁復(fù)合地基的影響因素

碎石樁施工技術(shù)在公路工程軟土路基處理中，能夠達到良好應(yīng)用效果，但是在施工中依然會受多方面因素影響而出現(xiàn)成樁質(zhì)量不佳，復(fù)合地質(zhì)承載力不達標等問題。同時在綠色施工理念指引下，還需要考慮施工成本和環(huán)境影響等方面限制，因此必須要綜合分析碎石樁復(fù)合地基影響因素[4]。這些影響因素主要集中于顆粒運動、碎石轉(zhuǎn)動、力鏈分布、裂隙分布等方面，導(dǎo)致復(fù)合地基抗剪強度與設(shè)計要求產(chǎn)生偏差。相關(guān)研究顯示，樁徑對復(fù)合地基的豎向承載力、沉降和地基強度都有顯著影響，進而影響到復(fù)合地基整體穩(wěn)定性，在施工經(jīng)驗和相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，樁排數(shù)隊碎石樁復(fù)合地基也有顯著影響，通常情形下，樁排數(shù)越多，軟土路基穩(wěn)定性也就越高。在樁排數(shù)、樁徑等條件相同情形下，樁長差異會對碎石樁復(fù)合地基整體穩(wěn)定性有顯著影響。這些因素對碎石樁復(fù)合地基各種參數(shù)的具體影響不同，作用路徑也存在較大差異，尤其是理論層面的研究也較為滯后，因此在具體工程項目建設(shè)中，需要利用計算或模型驗證方式進行優(yōu)化，并做好現(xiàn)場監(jiān)測，及時評估參數(shù)偏差，以此確保施工安全和施工質(zhì)量都能夠得以有效保障。

3.2 現(xiàn)場監(jiān)測方案

本工程項目施工中，為準確評估施工過程偏差，保障道路運營階段沉降效果達到安全要求，同時做好施工間歇及回填速率空間，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和技術(shù)要求制定現(xiàn)場監(jiān)測方案。監(jiān)測內(nèi)容主要包括：（1）地表沉降量監(jiān)測，所需設(shè)備為沉降罐和水準儀，布置在樁頂上部合適位置。（2）孔隙水壓力監(jiān)測，主要是利用孔隙水壓計和讀數(shù)儀進行檢測，布置在各層淤泥土合適深度。（3）土體水平變形監(jiān)測，利用測斜管和測斜儀進行監(jiān)測，布置于樁體兩側(cè)合適部位，并確保相互間距合理。

3.3 監(jiān)測結(jié)果

本工程項目施工中，通過布置合適監(jiān)測設(shè)備，采集加載過程中地表沉降、孔隙水壓力及土體水平變形等數(shù)據(jù)，并利用計算機軟件導(dǎo)出斷面加載過程中的沉降變化曲線，實現(xiàn)對施工質(zhì)量的精準監(jiān)測。以其中某典型斷面為例，根據(jù)變化曲線可以看出，在加載起始階段，地表沉降量變化相對較為緩慢，但整體呈快速增加態(tài)勢，直至趨于穩(wěn)定。同時沉降變化會略滯后于荷載變化，其原因主要在于地基沉降會受到孔隙水壓力消散作用影響，而在加載完成后，地表還會持續(xù)發(fā)生沉降，直至最終達到穩(wěn)定狀態(tài)[5]。從孔隙水變化特征可以看出，加載前期壓力會迅速增加，在某一時間節(jié)點達到峰值后會緩慢減小，直至降低至0。這是由于碎石樁填筑前期土層整體排水性較差，孔隙水壓力會緩慢消散，直至土層形成穩(wěn)定的排水系統(tǒng)。在整體施工中，地基側(cè)向變形規(guī)律都能夠基本保持一致，無明顯異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，這說明施工過程中對樁體垂直度和錘擊速度控制相對較好。最終采用重型動力觸探方式檢測碎石樁承載力，平均值約為135kPa，超出設(shè)計要求，證實本工程項目中所采取的碎石樁加固施工技術(shù)能夠達到預(yù)期效果。

3.4 施工質(zhì)量控制措施

碎石樁施工技術(shù)在公路工程軟土路基處理中具有良好應(yīng)用效果，但施工質(zhì)量除受施工工藝和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征影響外，還受人為操作等方面因素影響，因此在施工過程中必須要制定完善的施工質(zhì)量控制措施，確保施工人員能夠嚴格依照規(guī)范要求進行作業(yè)。

在施工作業(yè)過程中，為確保碎石能夠保持充分，需注意合理控制樁管拉拔速度，避免速度過快而導(dǎo)致成樁連續(xù)性。在施工作業(yè)前，可采取現(xiàn)場試驗方式獲取相關(guān)參數(shù)，確定最為合適的速度[6]。在套管打入土層前，可先投放適量碎石，在套管達到設(shè)計深度后，再進行重復(fù)錘擊，以有效提升樁底部位擠密效果，尤其是在軟弱性黏土為主的軟土路基中，如沒有采取上述處理措施，極為容易出現(xiàn)土體未完全擠密而在樁底部位產(chǎn)生夾泥斷樁現(xiàn)象。

在施工作業(yè)過程中，要注意單段沉樁長度的合理控制，如成樁過長會導(dǎo)致碎石無法正常排出而影響成樁效果。在出現(xiàn)這種情形時，可以采用增加套管拉拔高度，或是增加風(fēng)壓方式進行處理，以確保施工質(zhì)量得以有效控制。同時針對孔隙水壓較大或外部風(fēng)管中存在有殘余風(fēng)壓而導(dǎo)致的泥沙倒流現(xiàn)象，同樣可以采用增加風(fēng)壓方式進行處理。在成樁過程中還需要合理控制末端水量和碎石灌入量，避免樁徑與設(shè)計偏差較大而影響施工質(zhì)量。

在重復(fù)錘擊或壓管作業(yè)環(huán)節(jié)，需檢查現(xiàn)有裝置，采用試驗方式確定上拔和下壓高度。在樁管上拔至特定高度時，及時測定填料的實時排出率，并利用實際壓入比做好相關(guān)參數(shù)控制。在整體施工完成后，依照相關(guān)規(guī)范要求定期做好檢測，并根據(jù)數(shù)據(jù)記錄評估施工質(zhì)量是否達到設(shè)計要求。

4 結(jié)語

公路工程軟土路基施工中，碎石樁施工技術(shù)應(yīng)用，需要考慮軟土路基在地質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，依據(jù)加固機理選擇合適的技術(shù)類型，并完善施工方案。在施工作業(yè)前做好現(xiàn)場清理和技術(shù)交底，確保施工人員能夠嚴格依照規(guī)范要求做好錘擊及成樁等作業(yè)，做好施工監(jiān)測并隨時調(diào)整施工方式，準確分析復(fù)合地基的沉降變化趨勢，確保施工質(zhì)量得以有效控制，為路面施工奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]陳建明. 振沖碎石樁在公路軟弱地基加固處理中的應(yīng)用和效果評價 [J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向，2024，22（24）：4-6.

[2]尹懂懂. 新時期公路施工中軟土路基的施工技術(shù)處理研究 [J]. 價值工程，2024，43 （33）： 92-95.

[3]李濤. 軟土地區(qū)公路碎石樁施工技術(shù)研究 [J]. 交通世界，2024（33）： 78-80.

[4]何超楓，李博，秦維秉，等. 碎石樁加固軟土地基條形基礎(chǔ)的承載力 [J]. 華北地震科學(xué)，2024，42（03）： 42-49.

[5]董慶賀，陳熙. 碎石樁在市政道路軟土地基處理中的應(yīng)用研究 [J]. 工程技術(shù)研究，2024，9（10）： 119-121.

[6]路子騰. 碎石樁施工技術(shù)在公路工程軟基加固中的應(yīng)用研究 [J]. 交通世界，2024（11）：68-70+73.