碎石桩在公路软基处理中的应用

冯全斌　王英嫱

摘 要：介绍了振动沉管碎石桩在盘州市X298盘县雨格至普古段改造工程软基处理中的应用，同时提出了振动沉管碎石桩在施工工艺、质量控制方面的注意事项，且对碎石桩的应用效果作了简要的评述。

关键词：振动沉管碎石桩;二级公路;软基;应用控制

1 前言

公路施工中，路基位于天然地基之上，自身荷载大，要求地基具有足够的承载能力，进而保持路基稳定，不至于产生对路基有害的变形。因此路基的软基处理尤为关键。针对不同的软基情况，处理方法也有很多种。本文就振动沉管碎石桩处理方法提出自己的观点和看法。在软基处理中采用碎石桩进行地基处理，从检测结果来看效果较好，能达到设计的预期目标，提高了地基的负荷承载能力，保证了路基填方的施工质量。

2 工程概况

X298盘县雨格至普古段改造工程位于贵州省西部盘县境内，东邻普安，南接兴义，西连云南省富源、宣威，北邻水城。项目起于水盘高速雨格互通A匝道起点处，经徐家大岩、马科地、仲家寨、老屋基、大老地、杨家大沟、刘家寨、姜家寨、阿沙至终点普古坡处，终点接246县道，本项目路线全长12.99公里。本项目的建成通过水盘高速雨格互通立交将坪地乡、普古乡与高速公路相连，同时也打通了高速公路与S212的连接，将有效地改善区域交通运输条件，促进沿线旅游开发、区域经济协调发展。

根据勘探资料显示，K3+500-K3+900段地基存在着7～10M厚的软土层。软土含水量40%～60%，孔隙比1.2～2.0，属于淤泥和淤泥质土。本段路堤填土高度5～16M，是典型的高路堤，并且地基半幅硬半幅软，所以存在着横向不均匀沉降问题。根据设计计算的结果，结合现场实际情况，从解决软土地基的沉降和稳定两方面综合考虑，采取了振冲碎石桩方案，并付诸实施。

3 碎石桩加固机理

碎石桩的加固机理一般可分为挤密和置换两种作用。对饱和粘性土，主要是置换;对砂性土，主要是挤密;对非饱和的粘性土.则同时兼有挤密和置换两种作用。一般认为，饱和土体的挤密作用随土中细颗粒含量而减少，置换作用随细颗粒含量的增加而增加。对砂土、粉土及非饱和粘性土，碎石桩起到了挤密、排水、预振、减振作用。对饱和粘性土，碎石桩的作用则是置换和排水。碎石桩运用于地基处理，其本身是由散体材料组成，材料本身没有粘性强度，桩体的强度主要是靠周围土体的约束和桩身材料的摩擦维持的，在承受上部荷载时，桩体主要受力集中在桩顶附近4倍左右的桩径范围内。同时碎石桩由于设置了反滤性和渗透性都较好的碎石，使得土体固结排水路径大大缩短，固结速度大大提高，土体的强度和对整体的约束能力也得到提高，从而使复合地基的承裁力得到提高。

4 碎石桩设计方案

4.1路基碎石桩布置平面图见图1，设计桩径0.5m，间距1.2m，桩长11m，布桩形式为正三角形。

4.2碎石桩设计为振动沉管碎石桩，设计充盈系数为1.3，填料为2～5cm级配碎石，含泥量小于10%，碎石桩密实度标准为每10cm重Ⅱ型触探击数≥5击。重Ⅱ型动力触探的检测有两个目的，一是检测成桩的密实度，看是否达到要求的标准;二是检测桩长是否达到设计要求。

5 碎石桩施工

5.1碎石桩施工设备进场前，先作好场地的清理、平整，按设计要求采用透水性良好材料填筑路堤高出原地面不小于0.5m，作为碎石桩桩机施工时的施工平台。

5.2碎石桩施工机械采用八达M75型振动沉管打桩机，桩头采用预制C30混凝土，主要动力为115.40KW（22+37×2+2.2×2+7.5×2）的电动机，通过传动装置带动下部的振动头。桩管直径426mm，配套装架选择大于15m的高度，起重机械的起吊能力为50KN。

5.3施工前须通过试桩确定施工技术参数，即确定反插次数和桩尖直径。试桩应对每一种振动锤和桩管组合分别进行，我们使用的振动锤均为I）Z60型，桩管均为Φ426钢管，所以只进行了一组试桩。试桩要选择多种组合，以找出最佳施工参数，既不浪费材料和机械，又满足设计对充盈系数和密实度的要求。我们拟定的试桩组合及试桩结果见表1，最终选择485mm桩尖和每1.5m反插0.5m作为施工技术参数。试桩不一定一次找到最佳施工技术参数，对不理想的试桩结果采取相应对策重新试桩，直到找到最佳技术参数为止，试桩常见问题及对策见表2。

5.4振动沉管碎石桩施工工艺

5.41施工顺序由桥台向路基，由路基两侧向路基中间进行，相邻桩“间隔跳打”;

5.42校正桩管垂直度≤1.5%，校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长;

5.43边振动边沉入土层至设计深度处，每下沉2m留振时间应≥15s;

5.44稍提升桩管，使桩尖活瓣打开;

5.45停振，由桩管投料口用手推车加料至装满为止;

5.46启动拔管，拔管前留振lmin，以后边振动边拔管，拔管速率0.8～1.Om/min，拔管时保持管内填料高于成桩顶面，缺料时用提升料斗从加料口加料;

5.47每拔管1.5m反插0.5m，每次反插結束时留振10s，最后用空管反插至桩顶设计标高，将桩顶压实;

5.48移动桩架至下一桩位，重复作业。振动沉管碎石桩施工工艺见图3。

6 控制要点

6.1先进行桩位测放，测量人员测量放出中心线及边线控制桩，并做好控制桩保护，标示桩点里程，根据桩位平面布置图，用钢尺布桩，布桩误差控制在2cm内。

6.2机具定位：将打桩机就位，合拢合瓣桩尖，将管桩向下垂直，使桩尖对准桩位标记，继续向下垂移桩管使桩尖入土。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，一般控制在1.5%以内。

6.3沉管达到设计深度后，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数一般控制在1.3。避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。

6.4拔管成桩：振动沉管碎石桩的拔管作业与沉管灌注桩作业相同，其程序为：灌料后原位振动，振动拔管，振动反插，振动拔管，再次罐料，第二次振动。以此为循环周期直至到设计桩顶标高完成一根桩施工作业（反插次数及反插深度均应满足桩身设计，横截面积为控制依据）。

7 施工质量控制

7.1桩长控制

为了保证成桩质量必须保证成桩桩长，成桩桩长要注意两点，一是桩尖为圆锥形，桩尖处的深度应比设计深度深一个桩尖长度，二是碎石桩桩头部分难以保证密实度，成桩顶部也要高出设计桩顶0.5m。

7.2活瓣桩尖的要求

7.2.1桩尖的制作使用普通与桩管等直径的活瓣桩尖，须经多次反插才能达到设计投料量，实践证明扩大头型活瓣桩尖效果优于普通活瓣桩尖，减小了桩管下沉及上拔阻力，增大了反插与挤密作用效果，提高了功效。

7.2.2密封性要求桩尖密封性好可减少进入桩管的泥土数量，保证桩的尖部施工质量。

7.2.3桩尖开启角要求如反插时活瓣桩尖完全打开，石料在管内形成活塞运动，不能对桩体进行有效的压密。桩尖由四块活瓣组成，在扩径段外焊

接8块限位块，使桩尖活瓣开启角≤60。在桩管提升时，活瓣打开，稍向内倾斜，不影响下料。反插时由于桩尖受到向上的压力，活瓣闭合，使桩间土挤密，桩体压密。

7.3碎石填料的要求挤密碎石桩复合地基设计承载力为150kPa，非风化的岩石制成的碎石即可。碎石粒径2～5cm，含泥量要求≤10%，运至工地的石料内无明显泥块即可达到要求。

8 碎石桩质量检测

8.1现场检测现场捡测包括对桩径、桩距、桩长、垂直度以及投料数量的检查，该项工作由监理及旁站人员完成。现场检测的项目、数量及要求见表3。

8.2重Ⅱ型动力触探检测，重Ⅱ型动力触探的检测有两个目的，一是检测成桩的密实度，看是否达到要求的标准;二是检测桩长是否达到设计要求。该公路要求动力触探检测频率2，每贯入深度10cm击数≥5击为合格，检测评定标准按表4执行。

8.3经过动力触探检测，我们施工的振动沉管碎石桩大多达到了良好级别，且全桩长范围内击数比较稳定，由此说明按此工艺施工的振动沉管碎石桩成桩质量稳定，能达到设计要求。

9 总结

9.1振动沉管碎石桩克服了振冲碎石桩耗水量大和泥浆污染的弊病，又克服了常规挤密碎石桩仅靠振密易出现断桩、缩径质量不易控制的弱点，具有现场文明、造价低、进度块、施工质量易控制的优点，适宜于处理高速公路软弱土和可液化土地基。

9.2振动沉管碎石桩施工先试桩为后续施工提供技术参数，既保证工程质量达到设计要求，又避免浪费材料、机械，是沉管碎石桩施工的重要环节。

9.3扩大头型活瓣桩尖施工碎石桩，可减小桩管下沉和上拔阻力，加快施工速度，桩体直径容易保证，反插效果明显，樁体密度大，充盈系数高。碎石桩施工质量与扩大头型桩尖尺寸有关，使用时应根据碎石桩设计桩径、桩长、沉管直径及地基土层变化等因素试桩后凋整桩尖尺寸。

9.4振动沉管碎石桩地基处理方案的缺点为施工设备笨重（达38t），立柱较高（达26m），设备转移施工地点困难，步履行走速度较慢且要求道路平整，拆装设备费时费工，立柱较高易受架空线路影响无法穿越和施工，对于桩数量较少、受架空线路影响且无消除液化要求的软土地基处理可考虑其他软基处理方案，如喷粉桩、搅拌桩等。