挤密碎石桩在处理软体地基应用中的经济评价

杨勃，陈艳茹

(陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000)

1 工程概况

陕西渭南火车站房配套工程，占地面积共计120×104m2，位于河岸二级阶梯地上，建筑场地表面高低不平，地势较低处有沼泽湖泊和垃圾填埋坑。建筑结构类型为六层框架结构，抗震等级为八度设防，工程重要性等级型为二类，场地等级为二类，地基等级为二级。场地地质勘察见表1。

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2 挤密碎石桩处理地基的经济评价

2.1 处理方案

根据工程地质条件，第一、二、三层土不宜作为持力层，第四层为持力层。地基处理可有五种做法。

2.1.1 深层搅拌法

深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种新方法，它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂(浆液状或粉体状)强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理－化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

2.1.2 预压结合砂垫层

真空预压是使加固区域内的土体形成负压，使边界的孔压降低，土体中的原来孔压便与这些边界的孔压形成一定的压力差并且发生不稳定渗流，随着时间的增长，土体中的孔压逐渐降低，降低的孔压转变为土体的有效应力，真空度越高，沿深度衰减越小，则增加的有效应力越大，加固效果越好。换砂垫层法是地基处理的一种方法，通常用来置换地基承载力较小的局部软弱地基，以提高浅基础下地基的承载力，从而满足强度和变形的要求。两者结合起来加固效果更好。

2.1.3 石灰桩

生石灰与粉煤灰等掺合料拌和均匀，在孔内分层形成竖向增强体，并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。

2.1.4 换土垫层

此方法的优点是施工简单。若以第四层土为持力层，换土深度达4.5 m。该方案存在以下问题:土方量大，堆料场地无法解决，外运费用又高;场地地下水水位浅，施工时需要降水;周围已有的建筑物较近，开挖时需支护边坡。

2.1.5 碎石挤密复合地基

碎石桩法兼有置换、挤密、排水固结和抗震等作用，且施工简单，速度快，效率高，节约投资［1］。难点是本工程为软硬不均匀地基，持力层承载力由80～120 kPa，土质不同，西部为素填土，东部为粉质粘土。

2.2 优化方案论证分析

项目工程优化设计就是运用近代数学方法和工具来研究、讨论该项目的规划、设计、评价和管理决策功能等问题。把要研究的事物用概率统计、运筹模拟等方法，经分析进而用最优化方法，求得最优结果，以便得到技术先进可靠、经济合理、施工方便及历时短的最佳方案［3］。

一般来说，对于项目工程，必须有不同的比较方案;而不同的方案中，工期长短、造价高低、技术可靠等方面各有其优缺点。同时还包括若干不确定的因素，这些相互矛盾的综合因素中作出合理的方案比较，经实践用优化矩阵法可以有规律地判断确定。方案目标设aij是对各评价项目的评价因子的评价值，那么各评价项目i的全体评价值为:。各地基加固方法评价结果由表2可知，挤密碎石桩法得分最高。表中数据按笔者测定的数据换算所得。

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经过比选论证，本工程采用挤密碎石桩方案处理地基。

3 挤密碎石桩的设计

3.1 桩长设计

桩长主要取决于需要加固土层的厚度。按照地基的设计要求和地质条件确定，满足地基的强度和变形控制要求。

(1)在可液化土层中，碎石桩长应按抗震要求处理的深度来确定，一般应穿透可液化层。

(2)按稳定性控制的，工程碎石桩长不应少于最危险滑动面以下2 m。

(3)按变形控制的工程，碎石桩长度应满足使复合地基的沉降量不超过对构筑物地基容许沉降量的要求。

(4)软弱土层厚度小于15 m或在该深度以内遇有较硬土层时，将桩端置于较硬土层中。

3.2 桩间距设计

桩间距S可按下式计算(桩位按等边三角形布置):

式中:S为桩间距;Ae为单桩加固面积;m为面积置换率。在设计桩间距时，桩距不宜小于桩径的2倍，且大于1 m，也不得大于桩径的4倍;桩中心至基础边缘的距离宜等于桩径，不得小于0.5倍桩径平方值。为了进行试验对比，该工程桩间距按1.10 m、1.30 m分别进行设计。

3.3 材料

填料宜用粒径20～50 mm的未风化的干净砾石或轧制碎石，含泥量不大于10%。该工程采用砂石场的碎石作为填料，含泥量为3.5%。

3.4 每米桩长投石量q的计算

式中:q为每米桩长投石量(m3/m);d为桩直径(m);k为挤密系数，一般取值为1.2～1.3。

4 挤密碎石法施工

4.1 试桩

为了确保碎石桩大面积施工质量，调整各种机械参数，每台桩机开工之前都要进行试桩，通过试桩可以对不同土质在形成复合地基之后的地基承载力、施工工艺、施工队伍素质进行验证。并对成桩时间、压入碎石量、振动锤电机的电流、成桩深度等进行验证。每台桩机试桩数一般为9～16根。

4.2 施工方法

(1)碎石桩施工顺序从四周开始向中心进行，相邻两根桩必须跳跃间打。

(2)清理平整场地，桩机就位，校正桩管垂直度应小于1.5%;校正桩管长度及投料口位置，符合设计桩长;设置二次投料口，并在桩位处铺设少量碎石。

(3)用振动成桩机将桩管边振动边沉入土层直至设计深度。桩管每下沉0.5 m，留振30 s直至穿透液化层并达到设计深度。

(4)稍提升桩管使桩尖打开，停止振动，用标定的小推车人工推料向桩管内灌入石子，直至灌满为止。

(5)启动拔管前留振1 min，以后边振边拔管，拔管速度应保持均匀每拔1 m留振1 min。

(6)根据单桩设计碎石用量(设计桩长度×0.224 m3)确定第一次投料的长度，进行数次反插直至管内碎石全部投出。

(7)提升桩管，采用空中二次投料口加料，直至灌满桩管，通过数次反插，至管内碎石全部投出，反插深度小于桩管长度一半。

(8)提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料直至地表。启动反插并及时进行孔口补料至设计碎石用量投完为止，孔口加压至前机架抬起，移架至另一桩位。

挤密碎石桩的科学性，也可以从定量优化的角度说明了本工程采用挤密碎石桩加固的经济合理性。

5 结束语

本文采用优化矩阵法分析了挤密碎石桩作为处理软土基础的设计和施工应用中的可行性和经济性。分析结果证明挤密碎石桩作为软土基础处理手段具有较广泛用途，特别是处理大面积疏松的回填土、砂层、粉土层以及淤泥质土层等地基时具有施工简便、工期短、效果好、投资少等优点。

［1］华南理工大学．地基与基础［M］．北京:中国建筑工业出版社，1995

［2］GB 50007－2002建筑地基基础设计规范［S］

［3］畅良臣．优化原理在软土地基处理方案比选中的应用［J］．山西交通科技，2001(6):29－30