碎石桩复合地基的研究现状

任海民

[摘 要]近几十年来，国内外地基处理技术发展极为迅速，从施工方法、施工工艺、到设计理论都有了很大的发展，特别是复合地基法，越来越成熟。其中碎石桩复合地基加固土体是复合地基处理方法中常见的一种。随着科技的发展，碎石桩的理论研究也取得很多的丰硕的成果，并且很好的运用到实践当中。但是仍然有许多棘手的问题或者未碰到的问题急需解决。由于我国公路是由东部沿海地区开始先建立起来的，所以大部分的软基处理科研成果仅适用于东部沿海地区。所以说这存在一个地区差异性的问题。

[关键词]碎石桩；复合地基；研究现状

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0208-01

我国人民对软土地基的处理可以说历史悠久，而且存在大量真实可用的宝贵资料，其中许多古代的处理方法可以借鉴到现代的地基处理中去。随着科技的发展，大量的软土处理方法涌现出来，比如，排水固结法、复合地基法、密实法、化学加固法、加筋法等，因为每种方法的作用机理的不同，所以其使用范围也各不一样。

第一类有排水固结法、复合地基法与密实法。排水固结法包括砂井预压法、袋装砂井法等。软土地基在荷载作用下，排挤出土体内的孔隙水，减小土体内颗粒空隙，使土体发生固结变形。适用于处理厚度较大的饱和软粘土地基，但需要进行预压。复合地基法有振冲置换法、CFG桩法，碎石桩法，水泥搅拌桩，管桩，高压旋喷桩。以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基强度的目的，或者通过桩的振动、挤密等作用使地基土与桩共同受力，充分发挥桩问土的承载力和抵抗变形的能力，达到提高地基土承载力和减小地基基础沉降的目的。压实法有表层压实法、重锤夯实法、强夯法、振冲挤密法、土桩法、砂井法、爆破法。采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。适用于部分砂性土、粉土和部分粘性土。

第二类方法有化学加固法，包括注浆法、深层搅拌法、旋喷法。通过注入化学浆液，将土颗粒胶结在一起，通过化学作用或机械搅拌，使土体承载力提高，沉降减小。适用于浅层软土、湿陷性黄土全盘不寸。

第三类方法改善地基应力和变形法。包括砂垫层法、拌合土垫层法、反压护坡法。使地基在外荷载作用下，受力均匀，变形较小且均匀。适用于浅层软土、湿陷性黄土等。反压法适用于压坡。

第四类方法加筋法。包括土工聚合物、加筋土土层锚杆、树根桩法通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆等提高地基承载力，减小沉降。适用于回填土，作挡墙等。

一，碎石桩复合地基发展概况

碎石桩为主要材料制成的复合地基加固桩。当以砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等为填充料制成的密实桩体称为砂石桩。在密实桩体的帮助下，提高地基的承载能力，因此被称为复合地基。其发展历史是由1937年的德国凯勒公司设计制造出的具有现代振冲器雏形的机具，用来挤密砂土地基获得成功。20世纪60年代初，振冲法在德国开始用来加固粘性土地基，由于填料是碎石，故称为碎石桩，随后在世界各国推广应用。比如德国和英国等国家均把碎石桩法运用到软基处理的实体工程中。随后的口本等国家也相继用碎石桩处理软基去的很好的效果。

在最近几年碎石桩加固地基早己普遍的运用到每个土木、交通、土建、水利工程等领域，而且发展越来越成熟，从最初的主要用来加固松砂地基，然后到后来的各种粘性地基。碎石桩加固松砂地基的工作工作机理主要是振冲挤密作用。然而碎石桩处理粘性土地基的的主要工作机理振冲置换。国内外对振冲碎石桩法的应用均在半理论半经验的水平。首先对软土地基现场做地质勘查，根据规范或者先例进行碎石桩的设计，然后进行试验段的施工，取得最佳的施工参数进行设计修改，最后根据试验段的修改参数进行最后的施工。碎石桩施工完，等3-4周后碎石桩周边土体固结完成后进行原位测试和单桩静载试验，检测碎石桩复合地基的处理效果。若合格进行路基的填筑，若不合格进行修补工作直至合格。然后修筑垫层形成桩网复合地基。由于碎石桩加固软土地基施工简易，能大幅度提高路基的承载力，减小路基的沉降，在很多的工程实例上己经取得很好的效果，提供了很多的施工、加固、处理的经验。

二，碎石桩复合地基的分类

按照施工方法的差别，碎石桩复合地基可分为振冲碎石桩复合地基、干法振动挤密碎石桩复合地基、沉管碎石桩复合地基，这些碎石桩复合地基都属于前述的散体材料桩复合地基。

（1）振冲碎石桩复合地基。按照碎石桩加固机理，振冲碎石桩复合地基基本上都是靠振冲器进行振冲挤密减少土体颗粒之间的空隙，增大密实度。或者依靠振冲器在软土地基上形成一个孔，在孔内填入强度高的碎石。

（2）干法振动挤密碎石桩复合地基。此复合地基，主要利用干法振冲器形成孔，使原桩位的土体在外力作用下和周围的土体相互作用，提高土体的强度，减小土体的空隙，同时在孔内填入强度高的碎石、砾石，形成碎石桩。此碎石桩和周围的土体形成了碎石桩复合地基。

（3）沉管碎石桩复合地基。此复合地基主要是采用沉管打桩机在软土地基进行作业，外加高强度的碎石、砾石等材料，形成碎石桩复合地基。

（4）强夯置换碎石桩复合地基。此复合地基主要是利用夯锤的重力，在重力的作用下，击成孔，然后填入碎石、砾石等材料，形成碎石桩复合地基。

三，碎石桩复合地基的作用

从碎石桩复合地基的作用机理和施工方法来看，其主要作用有以下几点：桩体作用，由于碎石桩桩土的强度、刚度要比周围土体大很多，在路基荷载的作用下，桩土之间互相作用，在受力平衡的条件下，在碎石桩桩体上面会产生集中应力，这样碎石桩桩体就会承担更多的竖向应力，提高了地基承载力，同时减小了地基沉降，当然碎石桩桩体的强度越大，其承担的应力就越大，桩体的作用越明显；垫层作用，碎石桩复合地基中的垫层就是使在路基荷载的作用下，整个复合地基都能均匀的受力，增大应力扩散角，减小地基沉降，防止沉降不均匀；排水作用，由于碎石桩的透水性能很好，可以很好的排除地基中的水，在路基荷载的作用下，地基中会产生超孔隙水，这时候通过碎石桩就可以消散；挤密作用，碎石桩在施工的同时往往会挤密周边的土体，提高土体的强度，减小土体的空隙；加筋作用，在碎石桩复合地基整体的稳定分析中，复合地基中的增强体有加筋效用；由于增强体的加筋效用，复合土体具有较高的抗剪强度。

综上，可以看到碎石桩复合地基可以减小地基的沉降，增大地基的承载力，防止地基的不均匀沉降，有利于地基的排水，能很好全面的处理软土地基。