振冲碎石桩复合饱和土路基承载力分析与应用

毛志新 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004

随着土木工程建设的迅速发展，碎石桩复合地基技术在软土地基处理中得到了广泛应用，但由于地质条件以及碎石桩复合地基本身问题的复杂性，目前对碎石桩复合地基的认识仍处于不断探讨与研究之中。从振动碎石桩复合饱和土路基承载力理论分析方面入手，对碎石桩复合地基的承载机理及其优化设计理论进行研究。

1 碎石桩路基加固效能

振冲碎石桩法处理软土路基，主要是置换出部分软土，代以强度、刚度都远比软土高的碎石并制成桩柱状，与桩间软土一起构成复合路基，以改善原软土路基的工程性能、减小路基的沉降与不均匀沉降、增大路基的承载力与稳定性。为使传递于复合路基上的荷载比较均匀，便于排水加速表土的固结，以及改善基础的接触条件，一般都在复合路基上铺设一层厚为200-500mm 的碎石垫层。

振冲碎石桩复合地基具有如下几点工程特性:承载能力显著提高、沉降量显著减小、抗剪性能和排水效果提高。碎石桩不需钢筋、水泥和木材，施工简单，造价低廉;与砂井和其它排水固结法相比，碎石桩不需预压，加固周期短。该工法具有丰富的工程实践经验，且施工工艺及械材日臻成熟，具有较好的发展前景。

2 碎石桩复合路基承载力机理

复合地基中桩体与基础通过垫层(碎石或砂石垫层)来过渡，此点表明了复合地基于桩基在受力性质上具有显著差异。砂性土以及少粘性土要产生液化必须具备三个条件，即疏松饱和、排水不及时和强烈的振动。而振冲碎石桩正是直接改善前两个饱和疏松少粘性土本身的不利因素，这主要是通过振密、排水减压以及预振效应所获得的结果。

(1)振冲振密。由于砂土振冲密实，其孔隙大为减小，从而减少沉降，提高砂土的强度和砂基的承载力，消除液化的可能性。当地震烈度分别为7、8 和9 度时，只要砂土的密实度分别达到或超过55%、70%和80%，即不产生液化。

(2)排水减压作用。饱和松砂在振动作用下，趋向密实。由于孔隙中的水来不及排出，砂土难以密实，致使砂土骨架松弛软化，粒间应力随着不断地振动逐渐转变为超孔隙水压力，当超孔隙水压力达上覆土压力时，即产生液化。而密实的砂土无振缩趋势，故不产生液化。即使是饱和松砂土，因其中含有排水畅通的碎石桩，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，从而消除或减小液化的可能性。

(3)预振效应。预振过的砂土，虽其振后的密实度仅为54%，而其抗地震液化的能力却相当于密实度为80%的未经预振的砂土抗地震液化的能力。大兴现场联合试验、测定表明采用振冲碎石桩处理过的砂基，其振动孔隙水压力较未处理的砂基降低2/3 左右，该复合地基已具有良好的抗8 度地震液化的能力。

3 工程应用

3.1 工程简介

某城区综合交通枢纽工程位于规划中的先导区现代服务业核心区域，是一个集公路客运、轨道交通、城市公交、社会车辆交通等多方式的综合交通枢纽。总建筑面积约31.5 万m2，按两个项目批准建设，分别为客运站场部分和商业配套部分。客运站场部分包括换乘大楼、车辆备班楼等，总建筑面积约14.7 万m2(未包括已建公交停保楼面积约6万m2)。商业部分包括酒店、写字楼、购物中心及公寓等，总建筑面积约16.8 万m2。

3.2 工程地质条件

根据地质勘察和野外地质调查，沿线于溶丘、山丘之间的水塘、冲沟等低洼地带分布有软土，多淤积成因，富含有机质，厚约1.2-3.0米，局部地区有大于3 米呈垂直带状间断分布，对线路有一定影响。在一些开阔的谷地、洼地及山前平原，稻田土多为淤泥质粘土，属软土，厚度1.0-2.0m 米左右。由于有机质及腐殖质的存在，使土粒之间的胶结作用很弱，形成有机质集合体和其他土粒的松散沉积物。

3.3 碎石桩处理措施

对于一般路基，在清除淤泥后0～80cm 范围内换填碎石或砂砾，其余回填土，对于浸水路堤，清除淤泥后全部换填为水稳性好的碎石或砂砾等材料，对于深度大于3.0 米的软基，采取打入碎石桩，桩顶铺设砂砾垫层，覆盖土工布的方式进行复合地基处理。软土振动碎石桩尺寸如如1 至图4 所示:

图1 粒料桩断面布置图

图2 粒料桩平面布置图

采用粒料桩加固地基形成复合地基，采用振动沉桩法施工，桩体间距根据桩体直径、地基以上设计荷载、软土自身特点确定，桩距采用梅花型布置，根据地基土质情况和成桩设备确定砂石间距和直径(一般采用50cm)。

4 结论

本文根据项目工程需要，对所涉及的软土复合地基进行处理。通过分析碎石桩软土路基加固效能及复合路基承载力机理的分析，从而制定振动碎石桩加固复合地基处理方案。

［1］杨春生，杨丽娟.振冲碎石桩复合地基处理应用及效果［J］.工程建设与设计，2006(8):97-98.

［2］马绪强，马宝强，任喜禄.振冲碎石桩处理软土地基后的复合承载力［J］.城市道桥与防洪，2006，(4):193-196.

［3］张九义，南亚林.振冲碎石桩复合地基应用实例［J］.西部探矿工程，2006(18):24-25.

［4］刘文斌.采用振冲碎石桩加固软土路堤的复合地基施工技术研究［D］.天津大学，2006.

［5］张艳荣.振冲碎石桩复合地基施工与检测［J］.内蒙古公路与运输，2013(5):3-5.

［6］王勇.振冲碎石桩在加固软土路基中的应用［J］.北方交通，2013(2):3-5.

［7］付殿武，李凤起，戚银生，等.夯扩挤密碎石桩处理液化砂土［J］.沈阳建筑大学学报:自然科学版，2010，26(2):282-285.

［8］胡晶国，姜广胤，衣凤林，等.振冲碎石桩在软弱土地基处理中的应用［J］.路基工程，2011(6):52-53.

［9］张千管.碎石桩处理软土路基的应用研究［D］.长安大学，2012.

［10］王希岩.振冲碎石桩加固软土地基技术及效果分析［J］.铁道建筑，2001(2):23-25.

［11］李睿，张海霞，孟小萍.振冲挤密碎石桩在高速公路软基处理中的应用［J］.甘肃地质，2011(2):69-72.