浅析振冲碎石桩在深厚素填土地基中的适用性

韩博，李小明

(1.信息产业部电子综合勘察研究院，陕西 西安 710054； 2.宝鸡市勘察测绘院，陕西 宝鸡 721000)

1 引 言

1937年，德国人发明了振动水冲法(简称振冲法)用来挤密砂土地基，直接形成挤密的砂土地基。20世纪50年代末，振冲法开始用来加固黏性土地基，并形成碎石桩[1]。振冲法适用于处理松散素填土地基，对于黏性土主要起到置换作用，对砂土和粉土除置换作用外还有振实挤密的作用。对于饱和黏性土，碎石桩单桩承载力主要取决于桩周土的侧限压力，由于软黏土抗剪强度低，且在成桩过程土中桩周土体产生的超孔隙水压力不能迅速消散，天然结构受到扰动将导致其抗剪强度进一步降低，造成桩周土对碎石桩产生的侧限压力较小，碎石桩的单桩承载力较低，如置换率不高，其提高承载力的幅度较小，很难获得可靠的处理效果[2]。笔者以宝鸡地区某一深厚素填土场地为例，用实际检测结果分析该类场地中振冲法处理的不可行性，为今后该类工程的经验总结提供可靠数据，避免工程事故的发生。

2 工程概况

场地位于陇东黄土高原南部边缘地带，属沟岭相间的残塬沟壑梁峁相间复杂的地貌类型，经人工回填，将原本的冲沟回填至现有标高，回填土厚度 6.5 m～15.7 m。拟建的单层建筑物长 72.5 m，宽 24.5 m，高度 14 m，钢筋砼排架结构，拟采用独立基础，基础埋置深度 2.0 m，基底平均压力(相应于作用的标准组合)为 180 kPa。该场地的工程地质条件典型剖面中上部地层如图1所示，其下为稳定分布的中更新统黄土层。由剖面图可知，基础持力层主要为素填土层，依据勘察结果，该层呈褐黄色，土质不均，结构松散，主要由粉土组成，偶含碎石、局部含砖瓦碎块，潮湿-饱和，均匀性差，不能直接作为基础持力层。

图1场地典型地质剖面中上部地层

3 地基设计及要求

为增强浅部填土工程性能，满足上部结构对地基强度和变形的要求，该工程设计采用振冲碎(砂)石桩复合地基。设计碎(砂)石桩桩长不小于 13 m，桩径 400 mm，桩距 1.0 m，共布桩 3 697根，呈等边三角形布置，桩体采用 1∶1砂石拌合而成，桩顶铺设 400 mm褥垫层。处理后桩间土平均挤密系数不小于0.80，复合地基承载力特征值fspk=200 kPa，单桩承载力特征值Ra=360 kN，桩端持力层为②老黄土层。

4 施工概况及检测结果

依据设计，施工单位先进行试桩施工，试桩共分两部分区域进行，每区280根桩，桩长以桩端持力层②老黄土层为基准，最终施工桩长为 9 m～12.5 m，桩径 400 mm，桩距分 0.9 m及 1.0 m两种，呈等边三角形布置，填料又分为纯碎石和砂石 1∶1两种，共施工试桩560根。

施工后，间隔14天进行了地基检测试验。其中包括：桩体圆锥动力触探试验(N63.5)24根；桩间土挤密效果检测探井7个，取桩间土密实度试样54组；桩间土静力触探试验24孔，原地基土静力触探试验4孔；单桩静载荷试验4处；复合地基静载荷试验4处。

检测结果显示：①桩体N63.5试验表明：桩距 0.9 m的锤击数稍小，变异性低；桩距 1.0 m的锤击数稍大，变异性略高。纯碎石击数离散性大，变异性高；砂石击数离散性小，变异性低。砂石桩处于稍密状态。纵向均匀性稍差，桩体间差异较小，横向均匀性较好。相比较而言，桩距 0.9 m，填料碎石的片区均匀性要稍好一些。②桩间土密实度试验表明：桩间土挤密系数在0.85～0.93之间，平均挤密系数0.90，满足设计要求，桩间距采用 0.9 m与 1.0 m对桩间土挤密效果影响不显著。③桩间土静力触探试验表明：桩间土单孔平均锥尖阻力qc值在 0.741 MPa～3.268 MPa之间，整体平均锥尖阻力qc值 1.627 MPa，变异系数0.398，变异性高，说明桩间土很不均匀，一定程度上体现了素填土本身的性质。④单桩静载荷试验表明：试验点的Q-s曲线均属陡变型，在设计加载量范围内已经破坏，即极限承载力已经出现，单桩竖向极限抗压承载力可取 40 kN，两处典型曲线如图2、图3所示。⑤复合地基静载荷试验静载荷试验表明：在 250 kPa(桩距 1.0 m)或 300 kPa(桩距 0.9 m)压力下沉降量为 67.419 mm～64.462 mm，沉降量大，分级沉降量不均匀(随荷载增大，增量增加显著)，P-s曲线为光滑曲线。承载力特征值分别可取 100 kPa(桩距 1.0 m)、125 kPa(桩距 0.9 m)，两处典型曲线如图4所示。

图2单桩(桩1)载荷试验Q-s、s-lgt、s-lgQ曲线

图3 单桩(桩2)载荷试验Q-s、s-lgt、s-lgQ曲线

图4 复合地基载荷试验P-s曲线

综上所述，该素填土地基经处理后，其承载力及变形仍不能满足设计要求。

5 结 语

振冲碎石桩作用机理，主要是桩体和桩间土构成复合地基，以提高地基承载力，并降低压缩性。碎石桩的承载力和沉降量在很大程度上取决于周围土体对碎石桩的约束作用，如果周围土体过于软弱，对碎石桩的约束作用就差。本例中，深厚的素填土本身欠固结，工程性能差，能提供的侧限压力过小，同时，下部地层接近或处于地下水中，部分土体已经饱和，在成桩过程中经扰动后，土体抗剪强度进一步降低。试桩结果表明，此法在该类场地不适用。行业规范本身对工程起到了指导作用，但在实际工作中，我们仍需因地制宜地选择合理可行的地基处理方案或基础方案，这样既保证了工程安全，又能减少不必要的经济损失。