夯扩挤密碎石桩在软土路基处理中的应用

阚保国

(唐山远大实业集团有限公司)

0 引言

我国北方，靠近沿海地区存在大量软土，如何保证软土路基施工质量，保证施工后不沉降，是个关键问题。夯扩挤密碎石桩是在挤密砂桩施工法原理的基础上发展起来的一项地基处理技术，多用于加固路堤、桥头、原料堆场、堤防码头、油罐、厂房基础及中低层楼房基础等，处理后的复合地基承载力比原天然地基承载力提高50% ～100%以上，已成为软弱地基加固处理的有效方法之一。本文结合沿海高速公路施工实际经验就对夯扩挤密碎石桩处理软土地基的机理、施工控制、选用夯扩挤密碎石桩应注意的问题以及夯扩挤密碎石桩施工质量检验等问题进行论述。

1 夯扩挤密碎石桩加固软土路基作用机理

夯扩挤密碎石桩利用重锤冲击成孔，在成桩过程中会对桩体周围土颗粒产生挤、振、压的作用力，将地基中等于桩体本身的土体向桩周围的土层挤压，使桩端及桩身周围土体得到第一次挤密，使得桩体周围的土颗粒孔隙比减小密度增加;当成孔至设计标高后，在孔中分层填入碎石，再提升重锤到一定高度，自由下落，夯击碎石到桩周的软土基础中，使桩端及周围的土体得到第二次挤密，同时地基中的水渗透到碎石桩体中，这样使加固后的地基固结沉降减少，防止砂土或软土在地震等其他动荷载作用下发生液化。另外，夯扩挤密碎石桩密实度较高，增大了加固后的复合地基承载力并提高了地基的抗剪强度。

2 夯扩挤密碎石桩的设计

2.1 桩长设计

夯扩挤密碎石桩桩长一般按照地基的设计要求和地质条件确定，主要取决于需要加固土层的厚度，以满足地基的强度和变形为控制要求。

在可液化土层中，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;按稳定性控制的，桩长不应少于最危险滑动面以下2m;按变形控制的工程，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;当软弱土层厚度小于15m或在该深度以内遇有较硬土层时，应将桩端置于较硬土层中。

2.2 桩间距设计

桩间距S可按下式计算

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，且大于等于1m，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，并不得小于0.5倍桩径。

2.3 材料选用及投石量计算

填料宜用粒径20～50mm的未风化的干净砾石或轧制碎石，含泥量不大于10%。

每米桩长投石量q的计算为

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。

3 夯扩挤密碎石桩的一般施工工艺流程

3.1 试桩

为了确保夯扩挤密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，通过试桩可以对土质、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。

3.2 施工方法

(1)夯扩挤密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0.5m，留振30s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，拔管前留振1min，以后边振动边拔管，拔管速度应保持均匀每拔1m留振1min。

(6)根据单桩设计碎石用量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。

3.3 施工技术操作要点

(1)桩管提升和反插速度必须均匀，反插深度由浅到深，每根桩在保证桩长和碎石灌入量的前提下，总反插次数一般Ф377桩管不少于12次，Ф426桩管不少于9次。

(2)施工过程中应及时挖除管带出的泥土，防止孔口泥土掉入孔中形成断桩。

(3)施工过程中如发现土层有较大变化，投料量或沉管速度异常应立即停工，并报告驻地监理。若遇到孤石或局部硬土层致使沉管困难或无法沉管时，要量出沉管深度移至旁边再打，量出沉管深度，如此反复确定土中局部硬土层的范围。如范围较小，则在原桩位灌注碎石，碎石量仍按设计碎石用量，必要时在周边补桩以加固土基;范围较大时，应报设计单位进行设计变更。

(4)施工中应及时进行沉降观测和稳定性观测，并及时整理。施工结束后，应及时整平场地测量标高，整理好施工记录并及时归档，检测前最好用振动压路机进行振压数遍，以增强处理效果。

4 夯扩挤密碎石桩施工质量控制

(1)控制加料振密过程中的密实电流及留振时间。在制桩时不能把振动器刚接触填料的瞬间电流值作为密实电流，只有振动器在固定深度上振动一定时间留振时间而电流稳定在某一数值时，这一稳定电流才能代表填料的密实程度，要求稳定电流值超过密实电流值，该段桩体制作才算完成。为了保证桩体质量，施工时上下连续，在单位深度范围内，碎石填充总量应符合设计规范要求，密实电流控制在50A上，留振时间为10～20s。

(2)所用碎石填料含泥量不大于5%，强度坚硬，无风化，其最大粒径不大于50mm。

(3)桩位允许偏差。成孔中心于设计孔位中心偏差不大100mm，桩体直径偏差小于50mm，孔深为±200mm。

(4)不得有短桩或漏桩。

5 地基处理效果检验

为了检验加固效果，应经具有资质部门对工程采用静载试验进行检侧，其检侧桩号根据施工情况及《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)有关技术要求选定。试验按照国家标准GB5007-2002《建筑地基基础设计规范》中有关试验要点进行，各试验点的极限承载力均应满足设计要求。根据《建筑地基技术规范》JGJ79-2002附录中条规定，确定工程复合地基承载力特征值大于设计要求。

6 总结

实践证明夯扩挤密碎石桩是加固处理软弱地基土的一种行之有效的方法，文中在介绍夯扩挤密碎石桩处理软土地基机理的基础上，进一步论述了夯扩挤密碎石桩设计步骤及施工工艺要点，另外结合工程经验论述了夯扩挤密碎石桩施工控制以及选用夯扩挤密碎石桩应注意的问题，最后分析了夯扩挤密碎石桩施工质量检验。随着实践认识的不断深入发展，对于软土路基处理的方法将越来越丰富，对夯扩挤密碎石桩处理软土路基的效果将会逐渐提高。

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