振冲碎石桩在软土复合地基中的应用新探

张略

（四川省场道工程有限公司，成都610000）

1 引言

碎石桩处理的主要目的是提高地基的承载力，通过对原地基土的置换和挤密对地基进行加固，减少地基的后期压缩和沉降，提高地基土抗震动液化能力和地基的整体稳定性。对于砂土、粉砂土和黏性土地基，碎石桩的主要作用是置换。一般情况下，适于采用振冲碎石桩处理的土壤包括松散砂土、松散粉砂土、粉砂质黏土、素填土、杂填土和不排水抗剪强度不低于20kPa的黏性土。尤其是砂土地基，由于振冲挤密效果好，易成孔，能有效消除粉体振动和砂土液化，提高地基承载力，减少沉降，特别适于采用振冲碎石桩进行处理。

2 振冲碎石桩技术

碎石桩是指通过振动或冲击荷载在软土地基中成孔，然后，在孔中灌入碎石并挤密形成大直径碎石桩的加固基础，适用于挤密松散的砂质土、素填土和杂填土地基。加固的主要原理是通过碎石桩对原地基土进行置换和挤密。

振冲碎石桩加固软弱地基是用振冲器在软弱地基中成孔，将碎石分批填入孔中，形成密实的桩体，实现对原地基土的置换，使碎石体在原地基土中起到加筋的作用，碎石桩与桩间土体共同作用形成复合地基，共同承担外部荷载。振冲碎石桩复合地基中桩的刚度大于桩周围的土壤，在承受外部荷载时，碎石桩体和桩周围土体的变形模量不同，使地基应力向碎石桩集中，由碎石桩体本身承受大部分荷载，桩间土体的应力相应减小，通过这种方式，达到提高复合地基承载力和减少沉降的目的。同时，振冲碎石桩施工过程中，需要利用振冲器对碎石进行振密，可以有效增加桩体内的碎石密度，提高周围软土层强度，最终达到增强软土地基承载力和较好的排水效果【1】。

3 分析碎石桩复合地基承载力机理

通过对比复合地基和桩基础的力学性能，可以发现二者之间存在着明显的差异。排水条件差、饱和松散、强力振动是砂土液化的必要条件，地基表面震动力是砂土液化的主要原因。振冲碎石桩具有有效改善砂土地基饱和松散、黏性较差、排水性差和增加密实度的作用。

3.1 振冲振密

众所周知，液体不饱和地基的特点是水分含量较大，其土壤处于塑性状态的流体中，所以，它的承载力不能满足基础使用的实际需要。振冲碎石桩在振动作用下提高了非饱和地基的密实性，减少其空隙率和加速其前期沉降。相关数据表明，当砂的密度达到一定比例时，它能抵抗相应级别的地震烈度。

3.2 排水减压

孔隙水若不能及时排出，砂质土将难以压实，其接触面减少，呈漂浮状态，固体颗粒之间的嵌入不仅会被削弱，而且连接性能下降，甚至会失去连接性。当超孔隙水压力大于覆土压力时，孔隙水压力增大，砂土地基变得饱和疏松，振冲碎石桩振动时能通过桩体内碎石形成排水通道排除过大的孔隙水压力，直至快速消散，能有效消除砂土地基的液化，从而提高地基承载力和稳定性。

3.3 预振效应

经振冲碎石桩处理后的砂土地基，其抗震液化效果大大提高。以试验数据和实际工程实例结果为直接依据，受过预振作用影响的砂土，可最大限度地消除地基在投入使用过程中的液化可能性，其抗液化能力可达到普通防震型地基的4～7倍。要造成经过预振的砂土发生液化，所需施加的应力要比施加在未经预振的砂土引起液化所需应力值提高40%以上。

4 振冲碎石桩在软土复合地基中的应用

4.1 振冲碎石桩设计要点

影响碎石桩密实性的主要因素有碎石桩的置换率、地基土中粉土颗粒的含量、粉土埋深、原地基的密实度、场地土的均匀性和施工过程中的振动力。因此，在勘察设计阶段，需要充分关注这些参数对地表地形、地貌和植被的影响，调查排水情况，还需要找出组成分布范围内地基土的土壤条件，地基土的均匀性，黏性土的不排水抗剪强度指标，沙子、淤泥的天然孔隙比、相对密度、标准贯入数，地基土的承载力等。在碎石桩的设计中，主要确定处理范围、平面布置、桩间距设计计算、桩长设计、桩径设计、桩内填充材料及承载力、单桩承载力设计值和复合地基承载力特征值、垫层设计等因素。具体按以下步骤进行：

1）确定处理范围。振冲碎石桩的处理范围应根据建（构）筑物的重要性和现场条件确定，用于多层及高层建筑时，地基外缘宜设置1～2排桩。需消除地基液化时，扩展宽度的外缘不应小于1/2液化土层的厚度。

2）确定平面布置。碎石的平面布置根据不同地层的分布情况，可采用三角形或四边形布置。淤泥、砂土等地层采用等边三角形布置，黏性土层采用三角形或四边形布置。

3）确定桩间距。受处理区域内地基土勘察数据局限性的影响，桩间距往往先确定一个估计值，对于粉砂基础，应不大于4.5倍直径的碎石桩，对于黏性土，应不大于3倍直径的碎石桩。具体实施时，需要根据现场试验结果确定，最好能够在设计阶段进行现场试桩后确定碎石桩的间距，

4）确定桩长。当软土地基厚度不大时，应按软土地基厚度确定；当相对较硬的地层埋置深度较大时，应按处理区域内建（构）筑物地基的变形允许值进行确定；对于按稳定性控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面的深度；在可液化地基土中，则按照抗震处理深度进行确定。

5）确定桩径。桩的直径一般根据地基情况和成桩设备等因素来进行确定。

4.2 测量放线

根据设计图纸完成所需地基处理范围内的桩点位布局，点位布设时应按照设计桩位布置原则进行，绘制的布桩图提交主管单位和设计审查通过后，方可在现场测量放样，进行桩位布设。

放样前，先清除地基表面耕植土和杂物后，将地基表面平整至设计标高，然后根据统一的现场施工坐标系，将施工范围标示出来，再根据审查批准的布桩图，按纵向、横向或斜向放出每排桩位的两个端点并做好标记，记录过程中测量的高程数据。现场使用经纬仪或全站仪配合钢尺来准确标定每排两个端点之间的其他桩位，在每个桩位处钉立木（竹）桩并设置醒目的标志。为了避免漏桩和错位，桩位的标记应清晰并保持固定，放样后应进行检查和复核，桩位平面间距允许偏差为±150mm。

4.3 振冲碎石桩施工工艺醒目

1）桩位定位放样后，使吊车就位，振冲器对准桩位中心，然后通电、通水，并检查电压、水压和振冲器空载电流值是否正常。

2）打入带桩尖的护壁套筒后，启动水泵、开启振冲器以1～2m/min的速度缓缓下沉，在下沉过程中控制好振冲器的额定电流。

3）成孔到设计深度后，向上提升振冲器至孔口，再快速下沉到孔底，重复2～3次。

4）完成振冲成孔后，将振冲器停在桩底以上约50cm处，进行清孔。

5）待孔内循环泥浆稠度降低后，稍停数秒，然后向孔内投石料，开始时不宜过多，防止堵塞孔口或堵塞返水，将振冲器下沉至孔内进行振密，待密实电流和留振时间达到要求后，向上拔筒，重复投料、振密、拔筒的过程直至成桩，关闭振冲器和水泵，移位至下一桩位。

5 结语

振冲碎石桩由于受局部地质不确定性的影响，需要采用多种方法、多采点样综合检测，以分析地基承载力是否达到设计要求，验证设计方案是否合理可靠。