軟土地基振動(dòng)沉管碎石樁處理效果分析

關(guān)鍵詞：軟土地基；振動(dòng)沉管碎石樁；單樁復(fù)合地基承載力；沉降中圖分類號(hào)：U416.03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.03.015文章編號(hào)：1673-4874（2025）03-0053-03

0 引言

在公路建設(shè)途經(jīng)軟土地段，由于軟土地基承載力差，如處理不當(dāng)，易在工后造成道路結(jié)構(gòu)破壞。常用的處理方法較多，其中振動(dòng)沉管碎石樁對(duì)較大厚度軟土地基的處理效果較好[1。振動(dòng)沉管碎石樁是利用施工設(shè)備在軟土地基中成孔后擠進(jìn)碎石，形成大直徑的密實(shí)樁體，擠密樁周土體，加快排水固結(jié)[2-3]，提高軟土地基的承載能力。本文以工程實(shí)例為研究背景，采用振動(dòng)沉管碎石樁處理軟基后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)碎石樁施工質(zhì)量和地基承載力，并進(jìn)行沉降觀測(cè)分析路基的穩(wěn)定性，綜合確定軟土地基碎石樁處理效果。

工程概況

某公路工程按照雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)行車速度為 100km/h ，路基設(shè)計(jì)寬度為 26m 該項(xiàng)目途經(jīng)多條河流，沿線設(shè)計(jì)有多座大橋、涵洞，部分路段分布有軟土地基。公路沿線高低起伏大，最大高程為 ，相對(duì)高差為 55～260m ，地表自然坡度為 25^°～ 55^° ，山體植被發(fā)育。 K51+540～K51+820 段為軟土地基，地基土自上而下分別為：（1）淤泥質(zhì)土，呈黑褐色，軟塑狀態(tài)，主要成分為黏性土，包含少量砂礫，層厚為5.6～13.7m ：（2）粉質(zhì)黏土，呈黃褐色，軟塑-可塑狀態(tài)，內(nèi)部含有砂礫，層厚為 ；（3）全風(fēng)化花崗巖，呈灰褐色，已風(fēng)化破碎為砂土狀，巖質(zhì)較軟，穩(wěn)定性差，層厚為 0.8～3.6m ；（4）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，呈灰褐色，裂隙極發(fā)育，已風(fēng)化為半巖半土狀，層厚為 ；（5）中風(fēng)化花崗巖，呈青灰色，裂隙較發(fā)育，呈塊狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，層厚為 13.6～9.8m. 。地基上部淤泥質(zhì)土為軟土，含水量高，承載能力差，由于厚度較大，該項(xiàng)目擬采用振動(dòng)沉管碎石樁進(jìn)行加固處理。

2軟土地基振動(dòng)沉管碎石樁處治方案

項(xiàng)目軟土地基采用振動(dòng)沉管碎石樁，設(shè)計(jì)樁徑為

0.5m ，樁間距為1.2m，按照等邊三角形布置，最大樁長(zhǎng)為18m。地基上部路基填方高度為 12m ，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定地基承載力應(yīng) ≥150kPa 。碎石樁頂部鋪設(shè)50cm厚砂礫墊層，鋪設(shè)一層土工格柵，以改善地基頂部受力狀況，防止產(chǎn)生應(yīng)力集中。振動(dòng)沉管碎石樁采用沉管振動(dòng)樁機(jī)施工，按照先外后內(nèi)的施工順序使用，隔樁隔排施工，以降低施工過程中對(duì)軟土地層的擾動(dòng)。振動(dòng)沉管碎石樁處理斷面圖如圖1所示。

3軟土地基碎石樁處理效果分析

3.1動(dòng)力觸探試驗(yàn)

為檢測(cè)碎石樁密實(shí)度和樁長(zhǎng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，采用動(dòng)力觸探開展現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)[4-5]。試驗(yàn)采用Ⅱ型重力觸探檢測(cè)單樁密實(shí)度，選用動(dòng)力觸探儀，貫入前調(diào)整探桿數(shù)值，確定錘擊速率，貫入過程中記錄5擊下沉量，實(shí)測(cè)樁長(zhǎng)扣除不密實(shí)部分長(zhǎng)度即得到實(shí)測(cè)樁長(zhǎng)[。當(dāng)連續(xù)三次下沉量 lt;10cm ，可判定為密實(shí)度合格，實(shí)測(cè)樁長(zhǎng)不短于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)可認(rèn)定碎石樁長(zhǎng)度合格?，F(xiàn)場(chǎng)共抽檢60個(gè)樁點(diǎn)，部分記錄碎石樁下沉量記錄如表1所示。

根據(jù)表1試驗(yàn)結(jié)果可知，大部分碎石樁密實(shí)度和樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求，只有少數(shù)樁體施工質(zhì)量不合格?，F(xiàn)場(chǎng)選取的60個(gè)碎石樁中有3個(gè)不合格，合格率為 95% ，可認(rèn)定總體施工質(zhì)量合格。

3.2碎石樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)

3.2.1單樁承載力檢測(cè)

單樁承載力采用靜載試驗(yàn)檢測(cè)，荷載板直徑為0.5m ，與樁徑相同，采用堆積荷載，千斤頂選100噸級(jí)，利用百分表檢測(cè)碎石樁的沉降量，加載荷載利用油壓表測(cè)定。靜載試驗(yàn)布置如圖2所示。

靜載試驗(yàn)共分九級(jí)加載，一級(jí)加載荷載為40kPa，以后每級(jí)加載提升 20kPa ，最大加載荷載為 200kPa ，在達(dá)到終止要求后停止加載。卸載分五級(jí)，每級(jí)遞減40 kPa 在加載和卸載過程中做好沉降量記錄。本文取 19-2^? 、27-6^? 樁作為研究對(duì)象，整理靜載試驗(yàn)結(jié)果繪制 Q-s 曲線如圖3所示。

分析圖3試樁 Q-S 曲線可知，隨加載荷載的增加沉降量隨之增加，在達(dá)到最大加載量時(shí)樁體未發(fā)生破壞，且曲線也沒有出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。加載前期沉降量緩慢增加，隨加載荷載的增加累計(jì)沉降量不斷增加，在卸載后沉降量有小幅回彈。加載至最大荷載時(shí)， 19-2^??27-6^? 樁沉降量分別為58.6mm和60.3mm，卸載后沉降量分別為48.2mm和49. 4mm ，回彈率分別為 17.7% 和18. 1% .回彈均較小。由于兩個(gè)試樁均未出現(xiàn)破壞，因此單樁承載力取極限承載力值135KN，特征值為 67.51×11 ，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2單樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)

單樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)也采用靜載試驗(yàn)，最大加載為360kPa，分八級(jí)加載，一級(jí)加載荷載為 80kPa ，以后每級(jí)加載遞增40 kPa 。卸載每級(jí)遞減80 kPa ，加載和卸載過程中做好沉降量記錄。本文取 19-2^??27-6^? 樁作為研究對(duì)象，整理靜載試驗(yàn)結(jié)果繪制 Q-s 曲線如圖4所示。

分析圖4試樁 Q-S 曲線可知，隨加載荷載的增加沉降量隨之增加，在達(dá)到最大荷載時(shí)沒有出現(xiàn)極限破壞。卸載后 19-2^?，27-6^? 樁沉降量分別回彈 4.2mm 和5.8mm ，回彈率為 12.2% 和15. 6% ，回彈較小。本文取S/D=0.015 時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載，分別對(duì)應(yīng) 332kPa 和318kPa ，測(cè)得單樁復(fù)合地基承載力分別為 166kPa 和159 kPa ，高于設(shè)計(jì)要求的 150kPa ，說明采用振動(dòng)沉管碎石樁處理后地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)與分析

路基現(xiàn)場(chǎng)沉降觀測(cè)采用沉降板，分別布置在路基中心和路肩部分，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。每隔100m布設(shè)一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，布設(shè)在穩(wěn)固的巖石表面或采用水泥砂漿制作，按照二等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)開展沉降觀測(cè)。本文選取沉降量較大的 1lt;51+640 斷面作為研究對(duì)象，路基填方高度為12m ，在施工過程中開展沉降觀測(cè)，觀測(cè)自填方施工開始，總天數(shù)為308 d 整理數(shù)據(jù)繪制沉降變化曲線如圖5所示，沉降速率變化曲線如圖6所示。

分析圖5沉降曲線得出：在路基填筑施工階段路基中心和路肩位置沉降量增幅明顯，完工后沉降量增幅較小，且路基中心沉降略高于路肩位置。觀測(cè)前109d是路基填筑施工階段，沉降量增幅明顯，填筑完成時(shí)，路基中心和路肩位置累計(jì)沉降量分別為72.3mm和65. 4mm 109～162d為施工間歇期，路基沉降量增加較小，第

162d路基中心和路肩位置累計(jì)沉降量分別達(dá)到78.1mm和69. 9mm ，相比109d僅增加了 5.8mm 和 4.5mm 0162～204 d為路面施工階段，路基沉降略有增加，相比第162d路基中心和路肩位置分別增加了 11.3mm 和13.6mm，增幅不大。完工后路基沉降量增幅較小，在231d后已基本達(dá)到穩(wěn)定，觀測(cè)完成即第308d路基中心和路肩的累計(jì)沉降量分別為92.8mm和86.9mm，路基整體沉降不大，說明采用振動(dòng)沉管碎石樁加固后軟土地基承載力明顯提升，道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

分析圖6斷面沉降速率變化曲線得出：路基施工階段沉降增速較大，間歇期沉降速率較小，路面施工期間沉降速率相對(duì)較高，完工后沉降速率逐漸下降。路基填筑施工109d路基中心和路肩位置平均沉降速率分別為0.66mm/d和0.60mm/d，間歇期分別為0.11mm/d和0.09mm/d 路面施工期間為 0.27mm/d 和0 .32mm/d 工后路基沉降速率逐漸下降穩(wěn)定。在路基填筑和路面施工階段受施工擾動(dòng)時(shí)路基沉降速率較大，施工間歇期和完工后較小，說明軟基處理后地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用振動(dòng)沉管碎石樁處理軟基效果好。

4結(jié)語(yǔ)

本文以軟土地基處治案例為研究背景，分析現(xiàn)場(chǎng)情況制定振動(dòng)沉管碎石樁處理方案，并在施工過程中開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和沉降觀測(cè)，分析碎石樁施工質(zhì)量和地基處治效果，得出以下結(jié)論：

（1）分析動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果，得出大多數(shù)碎石樁密實(shí)度和樁長(zhǎng)滿足設(shè)計(jì)要求，僅有 5% 左右不合格，總體施工質(zhì)量合格。

（2）靜載試驗(yàn)中試樁未出現(xiàn)破壞，卸載后回彈率較小，因此單樁承載力取試樁極限承載力值，滿足設(shè)計(jì)要求；復(fù)合地基承載力特征值為 166kPa ，高于設(shè)計(jì)要求150kPa ，說明采用碎石樁處理后地基承載力得到明顯提升。

（③）路基填筑施工階段沉降增幅最大，沉降速率也最高，施工間歇期沉降量增幅和沉降速率均較小，路面施工階段略有增加，完工后逐漸下降并穩(wěn)定，說明軟基采用振動(dòng)沉管碎石樁處理后穩(wěn)定性良好，達(dá)到了預(yù)期效果。 ⑦

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