振动挤密沉管碎石桩在浅海高等级公路中的应用

1 工程概况

唐山滨海大道是一条海上Ⅰ级公路，道路南侧为渤海。其中海域路段长9.2 km。路基采用两侧吹填管袋围堰，中间填堤心砂的形式。路基宽度49m，内外侧围堰宽6m，堤心砂顶宽37m。吹填管袋围堰砂作为永久工程成为海上高等级公路路基的主体。

海域路段主要为液化砂层及软土，软土为淤泥质高液限粘土，埋藏深度3.5～17.5m，灰～深灰色，含腐殖质及贝壳类碎片，呈软塑～流塑状，天然含水量较大，为高压缩性土，地基土容许承载力低，稳定性和适宜性较差。

地基的处理采用振动挤密沉管碎石桩法。由于路基结构的特殊性，先施打围堰内37m宽堤心砂范围内的碎石桩，然后再施打两侧围堰范围内的碎石桩。

2 主要技术参数

2.1 碎石桩施打方法布置

振动挤密沉管碎石桩桩径50 cm，按等边三角形布置，桩间距1.6m，排距1.38m。处理深度见表1。

表1 碎石处理深度 m

2.2 碎石要求

由于地基土较软，碎石桩碎石填料采用未风化、抗侵蚀的干净碎石硬质材料，要求碎石坚硬，压碎值＜32%，粒径 19～63mm，含泥量≯5%，内摩擦角≮38°，级配采用天然级配。

2.3 检测指标

一般路基基础处理完毕，工后沉降＜30 cm。路基稳定系数用快剪指标计算时，稳定安全系数要求≮1.1，采用有效固结应力法用快剪和固结快剪指标时，稳定安全系数要求≮1.2，复合地基承载力＞200 kPa。

3 碎石桩施工工艺

碎石桩施工工艺流程见图1。

图1 碎石桩施工工艺流程

3.1 施工准备

1）确定第一排起点桩位。围堰打碎石桩的襟边为1.6m，第一排碎石桩中心距外侧设为1.6m，为第一排碎石桩中心起点里程。

2）测量、轴线放样。测放出每排桩位控制点和每排桩里程并加以妥善保护，以便打桩时引测、控制、复核桩位。测放桩位、放线定位严格遵守GB 50026—2007《工程测量规范》中有关桩基施工的规定。复核场地轴线及控制点无误后，采用全站仪和钢卷尺，由专业测量人员测放桩位并做好标记，埋设桩尖，要求放样误差≤2 cm。定位与打桩间隔不超过24 h，施工过程中，要尤其注意防止破坏标识引起桩位不准并随时复核，对因挤土作用引起的桩位偏差，及时调整。

3）原材料试验。在原材料厂家选定后即进行取样试验，碎石进场后再次按上述质量检验批次进行抽检，保证碎石压碎值、含泥量等指标符合设计和规范质量标准。

4）堆料场布置。堆料场顺路基纵向每隔500m用山皮石填筑堆料平台，平台宽50m。采用5 t翻斗车倒运。

3.2 碎石桩试桩

在碎石桩工程开始的起点处选择5～7根拟打设的碎石桩作为试桩，以确定成桩参数，作为正式施工时的控制指标。试桩按正常桩施工，试桩位置一般为打桩流水起点的桩。

3.3 堤心碎石桩施工

1）场地平整。井点降水完毕后，对碎石桩施打区段用推土机进行整平、碾压，形成工作面。

2）放线定位。根据每根碎石桩的实际定位坐标精确放样，放样中心点用小竹签进行标识并在竹签位置撒适量石灰粉，以便清晰地看到碎石桩施打位置。

3）桩管就位。由于软弱地基影响，碎石桩施工产生振动对桩位偏差的影响很大。桩机就位后进行二次复验。根据中桩坐标重新定位每颗碎石桩的坐标。钻机就位准确后，经质检人员和监理人员检查后方可沉管。在施打前先闭合活瓣桩尖，然后将桩管对准桩位，孔位定位偏差在±5 cm。

4）沉桩施打。启动振动锤，将桩管沉入土中，进行施打，以确定各区碎石桩的施打深度并与设计进行对照，由于海域路段为吹填砂路基，底部基础软弱，采用两次沉管插打的工艺，第一次沉管打入到设计标高，同步倒入碎石，将桩管全部拔出，第二次全部插入至桩底，再逐步拔出并多次反插。为避免激振力过大破坏围堰的稳定性，在第一根桩先暂按激振力70～100 kN，然后根据现场实际情况逐渐增加至280～345 kN。

5）下料。用小型装载机把合格碎石装进备料斗，然后提升备料斗把碎石从桩管上方的投料漏斗加入碎石，为保证顺利下料，根据实际情况可加入适量的水，碎石桩的实际灌注量不得小于计算的95%。

6）振动、拔管。逐步拔管，边振边拔管并在拔管过程中反复插打。设计给定拔管速度控制在1.5～3.0 m/min范围内。为避免造成断桩、缩颈等质量事故，碎石桩拔管过程中，提升和反插速度须均匀，在软弱地质层中的拔管速度一般控制在1.0m/min；穿过软弱的淤泥夹层时，应更加放慢拔管速度，控制在0.5m/min并减少拔管高度和反插深度，每根桩反插次数不少于8次。

7）施打行进方式。由于路基为吹填砂并且两侧为吹砂管袋围堰，为避免碎石桩施打时造成围堰挤压位移，同时避免新打桩对已成桩的挤压或振动作用，以致产生缩颈。碎石桩施工顺序采用了隔排隔桩跳打的施工工艺，行与行间采用隔行施工，行内采用隔桩跳打。同时新打桩必须在已成桩具备一定强度后施工。

3.4 围堰碎石桩施工

因为围堰需作为施工通行便道，碎石桩暂不施工，在边坡初期防护完成，模袋混凝土灌筑完毕后，库内路床山皮石填筑完成，可在库内通行车辆后，此时围堰山皮石便道拆除，方可进行碎石桩施工。

围堰碎石桩施工前首先要测量围堰各断面高程，如未达到变更设计所示路面结构层底面高程，则需补吹，达到高程后再打碎石桩。

围堰碎石桩打设方法与堤心相同，打设顺序与堤心碎石桩顺序相反，边打桩边拆除山皮石围堰，在横向上仍然是从临海外侧向路基内侧施打，激振力从70～100 kN逐步增加，如围堰未发生侧向位移影响，可逐步增大到280～345 kN，如发现有侧向位移现象发生，则停止增加激振力，减缓打设速度。

4 试验与检测

1）原材料送检。进场碎石材料由试验人员与驻地办试验工程师进行取样，经检验合格后的材料方能投入使用。砂、石送检频率各400m3为一批，不足400m3仍作为一批送检。

碎石桩碎石填料采用未风化、抗侵蚀的干净碎石硬质材料，要求碎石坚硬，压碎值＜32%，粒径19～63 mm，含泥量≯5%，内摩擦角≮38°，级配采用天然级配。

2）碎石桩质量检测。碎石桩质量检测采用重力触探进行检测，抽检数量为总桩数的2%，检测标准为贯入击数不小于6击。

5 结语

工程现已顺利交工，投入使用，运营情况良好。地基处理完成后，复合地基承载力≮200 kPa。