市政工程中软弱地基的处理方法分析

李 博

（ 中建市政工程有限公司，北京100073）

1 概述

碎石桩是在软弱地基中， 利用已有的桩通过振动的方式将碎石冲击至桩体， 在孔径中形成密实的桩体。 对于在市政工程中，工期要求短、施工质量要求高的情况下，利用碎石桩的方式能够很好的解决软弱地基的问题，同时在原有地基中由于水分含量大、强度低等特性，碎石桩能够解决的同时还能强化地基的承载力， 减少地基沉降。 对于市政工程中软弱地基利用碎石桩进行处理，还能够提高地基基础的抗剪能力，在市政工程中起到防止土体滑坡的作用。

2 碎石桩地基处理分析

碎石桩在处理软弱地基中，利用碎石与周围砂石结合，在经过振动处理，形成碎石桩体。 桩体在振动后形成挤密结构，孔隙率和含水量相应减少，并且通过蜂窝状的结构，使得土颗粒之间密实，桩体的密实度有效提升。 在市政工程中，由于城市地下土层多位不饱和黏土，密度较大，承载能力较小，在受到荷载的作用下就会发生破坏，利用碎石桩的结构能够很好的改善地基结构，对结构的整体性起到了关键作用。

2.1 碎石桩地基处理应力分析

碎石桩主要是改善软弱地基应力状态， 对在荷载情况的地基进行加固。 在上部荷载不断增加时， 荷载经过土层向地基传递，在桩体承担荷载的同时，土体同时受到荷载作用，此时土体受到荷载水平较低。 在上部荷载再次增加， 荷载由均布荷载转变为集中应力，在桩体上承担更大的荷载，有的地基结构出现偏心（ 小偏心）受压，桩体受到弯矩逐渐增大，而土体承受的压力相应减少。 当时应力增到一定数值后，桩体出现塑性变形，桩体和土体之间承受土压力值n 相对应减少，应力比值出现平稳状态，当荷载超过临界数值，n 值变化趋势不大，应力分布保持平稳状态。 根据计算可知，在原位土的承载能力较低时，n 值较小，当原位土的承载能力较大时，n 值对应的较大，这就给碎石桩改良地基处理提供了应力依据，由此可以计算出碎石桩处理的应力变化范围。

此外，对于碎石桩的长度也需要根据n 值进行测定，当碎石桩的长度增加，n 值就会相应提高，当桩长到达一定的临界值，n 值变化的趋势不明显，由此可以推断出，当n 变化变小，甚至不变时，为桩长的最佳情况，可以为地基加强提供依据，也能控制施工成本。 对于桩体的加载时间，根据加载的力度和时间不同，桩身发挥的作用不同。 当桩体固结后，桩体和土体共同承担土压力，固结一段时间后，桩体出现了蠕变，桩土压力值n 也会相应变化，趋势为增大，但是到达一定范围后，n 值不变，桩体的固结完成，达到设计强度。

2.2 碎石桩地基处理应力

2.3 沉降分析

软弱地基除了承载力难以满足设计要求以外， 在使用中会出现沉降。 在现有很多市政工程中，地基在使用几年后出现了不均匀的沉降，短期导致路面不平，利用简单的修补措施能够保证路面的使用，但是长时间以后，沉降难以控制，最为直接是路面出现破坏，外部液体对路面内的钢筋造成腐蚀，严重影响路面的使用功能。 在考虑处理软弱地基时，必须考虑到使用碎石桩后路基沉降问题，在地基加载后，基底出现快速沉降，这种瞬间沉降主要是地基的夯实度不够， 在出现轴向的变形后，桩体出现塑性变形，逐渐地基土因为荷载情况，发生挤压变形，孔隙水在这个阶段被挤压渗透，最终碎石和土层共同沉降，最终达到平衡状态。 在分析沉降中，主要考虑的是碎石桩的弹性模量，弹性模量曲线计算桩体加压荷载的数值，保证在加压曲线中，荷载提高后沉降变化值趋于稳定。

3 碎石桩地基处理参数分析

碎石桩地基处理在使用中有其独有的优越性， 但是在具体分析中存在很大的差异， 主要的差异表现在改变桩体的参数，加固的效果就会发生很大的变化，通过调整参数的方式，能够对市政工程施工带来一定的参考。

3.1 沉降量变化情况

在市政工程施工中， 需要考虑到桩体的稳定性同时还要考虑到设计和施工的成本，沉降的问题在施工中普遍存在，利用参数的调整，在合理的区间内，既能控制桩体出现大的沉降，又能控制施工的成本是研究的重点。 以某市政路基工程为例，在土层为软弱地基时，利用碎石桩进行加固，桩身的直径分别取300cm、500cm、700cm，在同样的施工环境中测量路基沉降。

可以看出，在路堤填筑过程中，累计沉降量的变化趋势基本一样。 但是当桩径为0.3 m 时，累计沉降量增加的速度比较快;而当桩径为0.7m 时，累计沉降量增加的速度比较缓慢。 当填筑高度H=15m 时，0.3m 桩径碎石桩处置的软土地基的累计沉降量为485mm，0.5m 桩径的累计沉降量是339mm，0.7m 桩径的累计沉降量是259mm。 由此可以发现，在路堤填筑的初始阶段，累计沉降量的差别比较小，随着路堤填筑的增加，不同桩径处置的软弱地基的累计沉降量差别逐渐变大。

3.2 桩间距导致沉降变化情况

桩间距的变化，会引起置换率的变化，并且直接关系到处理的结果和经济效益。 对碎石桩的桩间距进行调整。 规范明确规定，相邻桩间净距离不应大于4 倍桩径。本文采用0.5m 桩径，桩间距S 分别取为1.5m， 2.0m 和2.5m。

不同桩间距处置的软弱地基在填筑过程中所产生的累计沉降量是不一样的。 不同桩间距处理的软弱地基，累积沉降量均是随着填筑高度的增加而增加， 变化趋势基本一致。 桩间距比较大的，随着填筑高度的增加，累计沉降量变化的速度比较快；桩间距小的，随着填筑高度的增加，累计沉降量增加的速率较小。 1.5m ，2.0m 和2.5m 桩间距的累计沉降量分别为339mm，386.2mm，426.27mm。

软弱地基的模量比较小，碎石桩的模量比较大，处治软弱地基时，碎石桩作为一种半刚性桩，在土体的围箍作用下，碎石桩和桩间土共同承担荷载， 增大了软基整体性的模量。 故当碎石桩的桩径和桩间距变化时，必将引起软基整体模量的变化。

结束语

文中通过对碎石桩的使用原理进行详细的分析， 在市政工程软弱地基处理中，该处理方式有着广泛使用，同时结合市政工程的特点，对桩体和土体结合受力的模式进行分析，在利用改变控制参数的方式，对桩体沉降、桩体间距变化的情况来分析碎石桩在改善软弱地基中的作用，在今后的研究中，需要更加强化对碎石桩的研究，主要采用复合桩型的方式，共同作用于软弱地基，提高地基处理的效率。