挤密碎石桩在软基处理中的应用

高福英

(中铁二局 第一工程有限公司，贵阳 550007)

在公路、市政工程等工程的设计和施工过程中，软土地基处理常常采用堆载预压、换填、塑料排水板、CFG桩、挤密碎石桩等方法。

挤密碎石桩对砂性土和粉砂土以及可液化土等软土地基有良好的加固作用，主要是通过对软土地基的挤密、置换、竖向排水，加快地基土固结，形成稳定的复合地基，增强地基的承载能力。相对来说，挤密桩具有施工设备投入少，材料易于购买，施工工艺成熟可靠，进度快等优点，因此在软基的设计和施工中被广泛采用。本文主要介绍碎石桩的加固原理，并结合贵阳市城市快速路油小线第2合同段挤密碎石桩的施工，介绍振动挤密碎石桩的施工工艺及质量控制措施。

图1 碎石桩布置

1 工程概况

油小线为贵阳市市区油榨街至小碧的城市快速路。本工程位于油小线第2合同段K3+600—K3+740段，处理区域与主线相交成55°角的狭长区域，此地段三面环山，地下水充沛，为砂性软土地基。设计采用挤密碎石桩处理，碎石桩采用等边三角形梅花状桩位布置，根据该处地质特点，桩长根据地质情况变化现场作调整。该段地基处理总长约140 m，宽为20～25 m。处理的面积为3 356 m2，成桩直径为40 cm，总布桩量为3 876根。碎石桩布置如图1。

1.1 挤密碎石桩的加固原理

挤密碎石桩的加固作用主要源于振动沉管的挤密、桩孔排水降压、预振效应。

振动挤密碎石桩在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，使桩周围的土粒重新排列密实，孔隙比减小，密实度增大，这就是挤密作用。通过挤密作用，提高软土的强度和软土地基的承载力，消除液化的可能性。经调查表明，当砂土的密实度得到提高时，产生液化的可能性也在减少。

碎石桩成孔后，桩孔内填充碎石，用高强度碎石置换桩孔内原来的土体，并经过振动密实，桩孔内碎石柱体承载力明显比原孔位处的土体要高。

碎石桩加固砂土时，桩孔内填充碎石，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水通道，使桩间土产生的振动超孔隙水压力的水迅速地由碎石桩体排出，土中孔隙水压力亦随之减小，难以聚集提高，土体密实度得以提高，进而使软土地基承载力得到提高。

软土地基特别是砂土地基在振动沉管施工过程中，软土地基获得强烈的振动，其密实度得到提高，对于增强砂土抗液化能力是极为有利的。经试验证明，经过振动的软土地基，其抗液化能力相当于相对密度80%的未受过预振的砂样。

1.2 施工工艺

1.2.1 振动碎石桩施工工艺流程(如图2)

1.2.2 施工准备

1)场地准备。清理平整场地至碎石桩施工高程，清除施工区域内地上、地下及空中的一切障碍物(包含石块、树根、垃圾及杆线等)，低洼或水塘地段应先排水清淤后再回填黏性土(不得回填杂土)至施工高程处，整平后压实。

2)测量放样。测量地面整平后的高程，绘制桩位点状网格图。根据设计要求，组织技术人员测量放样，测量地面整平后的高程，并绘制桩位点状网格图，报监理审核。依据审批后的桩位图及路线中桩、控制布设桩位，桩间距1 m，平均桩长8 m，桩径0.4 m，采用梅花状布置，布桩时现场用钢卷尺定出每一根桩的桩位，用不易损坏的竹签插入土层标定位置(桩位误差不得超过5 cm，桩间误差不得超过10 cm)。

3)机械设备进场、安装调试。碎石桩采用DZ-60型碎石桩机，配套发电机功率为120 kW，小推车6个。每台桩机配备性能良好的能显示沉管钻进时电流变化的电流表，且必须经过检验钻机能正常运转。

4)材料进场。施工材料选用粒径20～50 mm规格碎石，含泥量不大于5%，并经检验合格。

1.2.3 施工工序

1)桩机就位。在桩机走行钢轨上标出桩位标记，移动桩机，使桩机对准打桩线;启动0.5 t卷扬机，按照下横梁标出的桩位标记移动导向架，使桩管对准打桩点，并将卷扬机离合刹紧;松动1.0 t卷扬机离合器，人工合拢活瓣桩尖，对准地面标定的桩位。

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2)启动桩锤电机使桩锤振动，桩管沿桩位下沉。

3)灌碎石。桩管沉到持力层后，根据桩深及试桩时确定的充盈系数制作料斗，按计算量将碎石灌入桩管内，如果桩管不能容纳全部碎石量，则在桩管振动一段时间后再补充灌入桩管内。

4)振动挤密。第一次把桩管提升80～100 cm，提升时桩尖自动打开，桩管内碎石流入孔内。

5)降落桩管，振动挤压20 s。

7)完成该桩灌注碎石量，桩管提至地面，停止振动，按设计数量从孔口补足填料。最后启动反插，孔口加压至前机架抬起，进入下一根桩的施工。

1.3 施工要点及质量控制

①正式施工前应进行试桩，试桩一般为7根左右。②施工过程中，严格按照桩长、桩径、桩间距、碎石灌入量、试桩所确定的提升高度及速度、挤压次数、留振时间、电机的工作电流等施工参数进行施工。③施工顺序从两侧向中心进行，相邻两根桩须间隔施工。④施工时，应保持起重设备平稳，导向架与地面垂直，垂直度、桩位、桩长、桩径的偏差均不得大于规定值。⑤启动拔管时，拔管前留振1 min，以后边振动边拔管，拔管速度应均匀且控制在1.2～1.5 m/min。⑥碎石灌入量应不少于理论计算量的90%。⑦成桩材料采用碎石，粒径为20～50 mm，含泥量不得大于5%。⑧施工过程中及时挖除桩管带出的泥土，孔口泥土不得掉入孔中。⑨施工过程中如发现土层有较大变化，投料量或沉桩速度异常等情况应立即停工，并报告监理工程师，研究问题原因及处理方案。⑩成桩后进行质量检测，确保碎石桩的施工质量符合设计要求。

2 加固效果检测

在成桩后对碎石桩进行检测，由检测数据可得碎石桩施工质量均满足设计要求，其桩长、桩径、密实程度均匀，通过单桩和复合地基承载力试验，各项指标均能达到设计和规范要求。其中复合地基承载力试验能体现碎石桩的加固效果。

复合地基承载力试验采用压板静力荷载试验，在施工区域内随机抽检了3个点。最大试验加载量为300 kN，由收集的试验数据绘制了荷载 Q与沉降s的Q—s关系曲线及s—lgt关系曲线。NF01～NF03累计沉降量分别为 11.64、12.01、10.28 mm，其中 NF02点试验曲线见图3。各检测点Q—s关系曲线圆滑平缓，无明显陡降段，s—lgt关系曲线呈平行规则排列，沉降量逐级微量增大且稳定，经综合分析，承载力特征值大于设计值，满足设计要求。

图 3 NF02 测点 Q—s、s—lgt试验曲线

3 结语

挤密碎石桩施工在软基处理中复合地基承载力提高效果明显，且其具有施工工艺便于掌握，施工设备投入相对较少，原材料易于取得，施工进度较快、相对其它软土地基处理的施工方法成本较低等优点。同时，根据其加固原理，挤密碎石桩在公路桥头减少跳车也能得到运用，尤其在砂性土、粉土等地层中消除其液化的效果明显。因此，采用挤密碎石桩处理软基是值得推广的一种施工方法。

［1］龚晓南.地基处理手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2000.

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