砂砾石挤密桩处理软基的机理与施工技术

□华 莎（郑州大学水利与环境学院）

一、前言

挤密碎石桩在地基加固处理中已得到广泛应用，特别在素填土、杂填土、粘性土、砂土、湿陷性黄土等地基处理中，可以使地基的承载力增加，沉降量减少，防止地震液化的发生，同时也可增大软弱粘性土的整体稳定性，因此受到建设单位和工程设计人员的青睐。由于碎石造价较高，本文结合工程实例介绍用砂砾石代替碎石处理某工程软基的可能性和可行性。

二、砂砾石桩的承载机理

挤密砂砾石桩加固软土地基主要是将夯锤的夯击能量，通过砂砾石向孔底及四周传递，将孔底及桩周土挤密，同时有一些砂砾石挤入桩周的软土形成砂砾石桩，同时桩周也形成一个与砂砾石胶结的挤密带，砂砾石桩与桩间地基土形成复合地基，共同承担上部荷载。由此可见，砂砾石桩加固地基的机理主要有：

（一）挤密振密作用

在成桩过程中桩管对周围土层产生很大的横向挤压力，桩管体积的土挤向桩管周围的土层，使周围的土层密实度增大。

（二）排水降压作用

砂砾石桩加固软土时，桩孔内充填了具有较好反滤性的砂砾石，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水通道，可有效消散和防止超孔隙水压力的增高，加快地基土的排水固结。

（三）预震效应

砂砾石桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动，使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈预震，增强了砂土、粉土抗液化能力。

（四）置换作用

密实的砂砾石桩在软弱的粉粘土中取代了同体积的软弱土，即置换作用，形成了“复合地基”，使承载力提高，地基沉降量减小。

三、工程应用

（一）工程概况

某水闸工程软土地基，主要为软塑状（局部流塑状）亚粘土夹亚砂土。以浅棕红色、棕褐色、褐黄色亚粘土及亚砂土为主，埋深9～9.7m，天然含水量20%～34.7%，液性指数超过或接近1.0，孔隙比为0.51～0.98，多接近1.0，工程性质较差，岩土资料表明，天然地基不宜作为持力层。

（二）地基处理方案的比选

1.预压固结。预压固结法适用于该工程，但需要大量砂石或者填土向路基施加荷载，且要设置排水系统，工程量大，造价高，工期长。

2.换土。须将地下4m左右的土全部挖出，再换填强度大、压缩性小的土。工程量大，工期长，费用高。

3.水泥搅拌桩。水泥搅拌桩具有价格低廉，对地基无扰动，施工过程无振动，对相邻建筑物无不利影响，施工工期短等优点，因而广泛应用于处理软土地基、粉土和含水量较高而承载力又≯120kPa的粘土地基，以及饱和黄土地基。

4.挤密砂砾石桩。通过采用自然级配砂砾石桩进行地基处理，使其形成竖向排水通道，具有良好的排水性能，起到加速软土地基排水固结的作用，同时降低了工程造价。

经分析认为，以上4种处理方法均适用于该地基处理，但前两种方法工期较长；水泥搅拌桩适用于该工程的地基处理，但造价偏高。因此，该工程最终采用了挤密砂砾石桩地基处理方案。

（三）加固方案的设计

挤密砂砾石桩的设计，主要包括砂砾石桩加固范围、布桩形式、桩长、桩径、桩间距、材料要求及复合地基承载力等，挤密砂砾石桩复合地基的加固宽度，一般为基础宽度的1.2倍。桩长主要取决于需要加固土层的厚度，满足地基强度和变形控制要求。根据地勘资料，本工程设计桩长为6.0m左右。桩的直径一般采用300～800mm，应根据地基土情况和成桩设备等因素确定，对饱和粘性土地基宜选用较大直径，根据当地软弱地基加固经验，并考虑经济等方面因素，桩径采用 500mm。桩距一般应通过试验确定，根据经验并结合当地的工程实践，该工程的桩距取为1300mm。

四、施工工艺和复合地基承载力的确定

（一）施工工艺

挤密砂砾石桩成桩工艺如下：第一步平整场地。清除草皮及表土，上部铺150～500mm砂砾石找平层，为施工放样做好准备。第二步，施工放样。根据处理范围绘出布桩图，并用白石灰做出明显标记。第三步，桩管垂直就位，在桩位上放置一车石子以防止卡料，将桩尖置于砾石上，校正桩管垂直度，沉管至设计深度；第四步，向桩管内投放砂砾石，填满桩管，然后开启振动锤，在拔管前先留振半分钟，然后边振边拔管，拔管速度要适中。拔管过程中一般每拔起3m反插1m，如此反复直至将桩管中砾石打完，沉管至二道门处；从二道门处填料，填满后继续边振动边拔管，经过数次反插，完成一根桩施工。施工过程中孔口泥土不得掉入孔中，并准确记录成桩深度及每次碎石灌入量；第五步，重复进行第三、第四步工序，完成所有桩的施工，并做好施工记录；第六步，施工完毕后，整平场地，测量高程，整理施工记录。施工过程中应保证石料的连续性，若遇不下料时，略微拔高桩管，待下料后再反插，不得反插太深。

（二）复合地基检测

在桩基工程竣工30d后，依据JGJ79-2002规范，利用超重型动力触探试验对桩体的连续性和密实程度进行了检测，结果表明，碎石桩桩体连续性和密实性较好。根据抽取的10组复合地基静载试验，经过处理后的复合地基其沉降量、回弹量、弹性和塑性变形以及复合地基承载力均满足设计要求。

五、结语

采用砂砾石桩处理软土地基可以达到设计要求。砂砾石桩处理软基的效果在很大程度上受施工工艺的影响，为确保碎石桩的承载力，应合理、科学地选择施工工艺。

[1]刘玉卓.公路工程软基处理[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]鞠建英.特种结构地基基础工程手册[M].北京：建筑工业出版社，2000.