湖北鄂州机场软土地基碎石桩加固效果分析

金敏 刘庭荣 刘爱军 武航

（1.中铁北京工程局集团有限公司，北京 102308；2.中国民航大学机场学院，天津 300300）

0.引言

近年来各研究学者对碎石桩加固软土地基效果进行了大量研究，徐俊[1]等通过有限元模拟碎石桩联合塑料排水板处理软土地基的加固效果，并结合成都天府国际机场软土地基实际数据进行对比分析，得出联合处理方法相比单一处理方法的优越性；张略[2]通过对碎石桩技术进行简单介绍，分析了碎石桩复合地基的地基承载机理，总结了碎石桩在软土地基中的应用过程；谢全福[3]对某高速公路软土地基碎石桩处理进行了详细介绍，并对碎石桩质量和效果进行了检验，总结出现场施工经验并对单根桩成桩时间等施工参数进行了分析；许少雄[4]以厦门某工程为例对振动沉管碎石桩加固软基的施工过程及设计原理进行了介绍；刘长茂[5]通过对某公路工程的碎石桩加固软基工艺进行了研究分析，验证了碎石桩对软土地基的适用性。

本文将以湖北鄂州机场软土地基处理项目为背景，对碎石桩在深厚软基处理中的成桩质量进行分析，为软土地基处理提供经验。

1.工程概况

走马湖水系综合治理工程（机场配套工程）位于鄂州市燕矶镇（包括走马湖、螺丝径湖等水面区域），是保障航空都市区和未来鄂州机场防洪安全的基础性工程，主要工程内容为对湖区进行土石方填筑及处理湖区软土等。2标段拟建场地区域的花马湖湖区湖底高程多在13.70m～14.80m、水深多在1.50m～2.40m，场地填筑前要抽水清淤进行地基处理。

2.工程地质条件

碎石桩处理地层主要为新近湖塘基层，淤泥（地层代号②-1）：灰褐～灰黑色，呈饱和、流塑状态，承载力极低，高压缩性，浮于湖底之上，由散粒粉砂、粉土夹淤泥组成，局部富含有机质，属极软土，具流变性，有腐臭味，不成形，可随湖水飘移。

淤泥（地层代号②-2）：灰褐色，饱和，呈软～流塑状态，承载力极低，高压缩性，具流变性，含有机质，有腐臭味，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。

淤泥质粘土（地层代号②-3）：灰～褐灰色，饱和，呈流塑状态，承载力低，高压缩性，含有机质、腐植物及少量云母片，层中不均匀夹有薄层稍密状态的粉土，无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性高。

3.碎石桩地基处理

应用于软土厚度较大（处理厚度大于4.5m），不易清除的填方边坡区域，其处理截面如图1所示。施工时应先设置围堰，疏干积水，清除浮泥层后采用振动沉管碎石桩处理，坡脚外扩5.0m。碎石桩直径0.6m，间距1.3m×1.3m，正方形布置，桩长穿过软土层(淤泥及淤泥质黏土）进入下部硬土层不小于0.5m（桩长5.5m～16.5m），碎石粒径为2cm～6cm，不均匀系数Cu≥5，曲率系数Cc=1～3，含泥量不大于5%，抗压强度不低于30MPa，软化系数不应小于0.7，且耐崩解性能要高。

4.碎石桩施工技术要求

（1）施工前应进行成桩工艺试验，工艺性试桩的数量不应少于6根，当成桩质量不能满足设计要求时，应调整施工参数后，重新进行试验。（2）桩定位偏差不超过5cm，垂直度偏差不超过1%。（3）采用振动沉管法施工，宜选用平底型活瓣桩靴，沉管困难时可采用尖锥型活瓣桩靴。（4）应严格控制成桩速度，拔管宜在管内灌入碎石料高度大于1/3管长后开始。拔管速度应均匀，不宜过快，宜控制在1m/min，每拔管达到1.5m向下反插深度不小于30cm至稳定电流，在距离地表2m范围内，反插深度不小于50cm。（5）桩孔内的填料量，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数确定，充盈系数不小于1.2。（6）碎石桩的施工顺序宜从中间向外围或隔排施工。（7）应做好每根桩的成桩记录，包括桩序号、桩位坐标、沉管起止时间、沉管深度、拔管起止时间、密实电流、反插次数、碎石灌入量、充盈系数及其他特殊情况。

5.碎石桩质量检测

5.1 质量检测要求

碎石桩施工完成后3d、21d对成桩质量进行检测。

在碎石桩试桩施工完成后第21d，采用DYLC-P20履带式静力触探设备对碎石桩密实度进行检测，经杆长修正后的重型动力触探检测结果应符合以下要求：最小值不小于3击，平均值不小于8击。

5.2 检测结果分析

抽取5个试验点桩位对龄期3d的碎石桩动力触探结果进行检测，5个试验点桩位检测结果最小值均为1.0击/10cm，最大点位检测结果为5.5击/10cm，5个点位平均值为4.4击/10cm；抽取3个点位进行21d龄期碎石桩动力触探结果检测，最小值为3.0击/10cm，3个点位检测中平均值最小为8.2击/10cm，平均值为10.3击/10cm。

由上述结果分析可知，龄期为3d的碎石桩由于成桩时间较短，质量还未达到设计要求。龄期达到21d后，碎石桩质量达到设计要求，3个试验点桩位动力触探结果最小值均大于等于3，平均值均大于8，因此根据试桩施工及检测情况，设计碎石桩施工参数满足现场施工质量要求。图2为试验桩点位动力触探结果随深度的变化曲线。

图2 动力触探结果

由图2可知，在深度0m～2m内，动力触探击数为逐渐增大的趋势，2m深度以下开始逐渐减小，在8m深度左右达到最小值，然后随着深度继续增大，且其余2个点位动力触探结果变化规律与图2一致，最小值均不小于3，证明了碎石桩加固软土地基的试验可行性。

6.结论

（1）现场施工过程严谨，能够按照设计要求进行完整的碎石桩打设，验证了碎石桩施工过程的可行性。

（2）根据试桩施工及检测情况，碎石桩施工参数（碎石粒径2cm～6cm，不均匀系数Cu=1-3，含泥量不大于5%,抗压强度不低于30MPa，软化系数不应小于0.7，且耐崩解性能高）满足现场施工质量要求，成桩21d龄期后重型动力触探试验满足设计要求，最小值均不小于3。