软基处理碎石桩施工技术研究

软基处理碎石桩施工技术研究

李琦  李伟刚

中国铁建大桥工程局集团有限公司银巴铁路项目经理部 宁夏银川市 750021

摘要：软土地基的承载性能弱，直接在其上进行工程建设活动时，在自重的作用下容易发生不均匀沉降，进而引起建筑结构沉降、开裂等问题，降低施工质量，危及结构安全。因此，在工程施工中做好软基处理工作至关重要。挤密碎石桩施工技术可加快软基排水固结，使桩体与现场的土体构成承载性能可靠的复合地基，给工程的顺利施工和安全使用打好基础,在软基处理中取得广泛的应用。本文主要研究工程施工中碎石桩加固技术的应用，以供参考。

关键词：软土地基；碎石桩施工技术；应用

前言：碎石桩是使用振动水冲法将地基加固成由石料组成的状态，这种桩体与原有地基相复合可以大大增加地基的承载力。振冲碎石桩具有加速基土固结、施工速度快、材料节省、操作简单、设备简易以及技术可靠等许多优点。在20世纪60年代，振冲法最先在黏性土地基中得到被应用，并因为使用了碎石作为主要材料而被称为碎石桩。由于桩身具有较大的刚度，上部施加荷载后主要由碎石桩身承担地基应力，在一定程度上降低了软弱地基的下沉以及周围土地的附加应力，有效提升了地基承载力。

1工程概况

某市政道路所属地区处于冲海积平原，沿线穿越的地貌单元较为单一，主要为冲海积平原地貌，局部为冲洪积平原。该项目区主要分布在第四系冲海积平原、冲洪积平原地貌中，地形一般较平缓，多为稻田、鱼塘，地层主要为淤泥、粉质黏土、黏土、粉土、砂、圆砾及卵石等。项目区地层分布总特点为土层多且交错分布，地基土层含水率较大。其中软土层为 1 ～ 3 层不等，软土层间夹细砂层或粉砂层，且砂层具有一定的液化性，软土大部分为淤泥，少量为淤泥质土。该项目软土层具有含水率高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的特点。针对软土路基，拟采用碎石桩处理措施，碎石桩布桩形式为梅花形，桩径为0.5m，桩间距为1.5 m，桩长9.0m。

2软土地基中碎石桩施工技术要点

2.1桩位布置

施工前，适当选择施工用的砾石。桩体的长度主要取决于软基深度，其直径主要取决于软基土层的质量。应确保桩体的长度，以提高路基的支撑力和稳定性。软基土的黏越高，砾石的直径就越大，反之越小。根据该工程的地质情况，振冲碎石桩的直径设置为0.5m，长度设置为8至10m。振冲碎石桩设置的位置，对软基加固的效果有很大影响。目前采用的振冲碎石桩的桩位布置方法可分为3种：第1种是等边三角形布置，其调整系数为0.95，适用于大面积满堂软基处理；第 2 种是正方形布置，其调整系数为 0.89，适用于条形软基处理；第3种是放射形布置，其调整系数为0.92，适用于圆形或环形软基处理。根据本项目路基的宽度和长度等参数，为保证振冲碎石桩的加固效果，将其桩位布置为正方形，桩间距为1.2m[1]。

2.2振冲成孔

在准备就绪后，可以同时开动振冲器和启动吊车。振冲器开始下降，通过振动作用实现振冲，在成孔的过程中需要在孔口附近进行扩孔操作，以便顺利地进行振冲作业。下降成孔的过程中需要适时停留振剂固壁，以确保振冲成孔的效果。 同时，还需要控制好下降的速度，控制在1-2m/min左右，在保证施工效率的前提下确保振冲成孔质量。施工时需要注意成孔水压≥60N/cm2，以满足振冲作业的要求。水压的充足保证可以提供足够的压力和能量，以实现振冲碎石桩的成孔效果。振冲器每贯入1m，应提起并悬留振冲5-8s，以保证足够的冲击力和振动效果，待泥浆从孔口溢出时再贯入。 在达到桩低标高30cm以上时，按照 2-3/min的速度将振动器提升到孔口，然后再往下沉直至到达孔底，重复1-2次确保达到扩孔和清孔效果。

2.3清孔施工

完成振冲成孔施工作业并经检测合格后，将振动冲击器悬停在距离桩孔底部约 50cm处，进行清孔施工作业。待桩孔内的泥浆稠度降低到符合技术参数要求后，将振动冲击器提升至桩孔外，准备进行填料施工。

2.4填料振冲

将碎石以手推车的方式倒入孔内，并放入振冲器进行振冲剂压，此时需要遵循“多填慢震、连续填料”的原则。通过多次的填料和震冲作用，促使碎石逐渐挤压形成桩体。填料震冲过程中需要控制振冲器的密实电流，使其保持在60-50A范围内，同时水压也应保持在60-80N/cm，以保证振冲效果和碎石的密实程度。在填料震冲时，还需要留意震冲时间，一般＞30s。

2.5注意事项

由于在振冲碎石桩施工之前，未能具体监测软弱地基的土层结构，设计参数与施工的实际情况会有所不同，因此在施工过程中应注意避免发生桩孔坍塌事故。如果发现软弱地基的土层强度低于设计参数，应提起振动冲击器，并将振动冲击器的振冲下沉速度适当增加。此外，当振动冲击器下沉到软土层时，应在桩孔内喷洒护壁泥浆以加固孔壁。如果软基土层较深，为了防止振动冲击器在提升过程中脱落，应增设连接钢丝绳[2]。

2.6成桩质量现场试验

2.6.1静力荷载试验

静力荷载试验主要用于碎石桩体实际强度及承载力检验，按照50t和60t荷载依次展开。试验结果表明，两种试验荷载下，桩体总沉降量分别达到45.49mm 和49.74mm，荷载卸除后分别表现出15.85mm和7.54 mm的回弹变形，相应的回弹系数依次取34.85%和15.03%，试验测值均符合相关规范及设计要求。

2.6.2抽芯试验

在此基础上按照设计比例进行抽芯检测，以较为直观地探查桩体集料构成、桩身强度及混合料灌注的均匀程度、断桩情况以及桩尖进入持力层的程度，同时对桩长、桩径等值进行校核。结合所取得的抽芯结果，该公路软弱路基加固后水泥粉煤灰碎石桩连续性、均匀性及成桩质量均较好，无任何断桩迹象；桩芯抗压强度值为 16.1～22.0 MPa。

2.6.3地基承载力

以单桩和复合地基为试验对象，分别对Ⅰ区、Ⅱ区进行静载试验。天然土及桩间土荷载板采用方形板，边长为0.5m；单桩载荷板采用圆形板，直径为0.5m；Ⅰ区、Ⅱ区复合地基均采用矩形载荷板，尺寸分别为2.05m×2.85m、1.70m×2.46m。在荷载作用下，Ⅰ区、Ⅱ区碎石桩的应力变形特性存在差异；以桩长为变量，桩径保持一致时，单桩承载力将随着桩长的增加而提高。对比分析单桩承载力，具有Ⅱ区碎石桩明显高于Ⅰ区碎石桩的关系。复合地基的承载力随着置换率的提高而同步提高。未采取碎石桩加固技术时，施工现场的软基缺乏可靠的承载性能，易发生不均匀沉降，而在采取加固措施后，有效提高了桩间土的密实度，建造而成的复合地基具有良好的承载性能，维持稳定[3]。

2.6.4沉降观测

在该公路软弱基础碎石桩施工期间及工后分别展开沉降观测。观测结果表明，填筑施工期间沉降量非常小；在加固处治施工任务结束后，累计沉降达到8.1cm。工后2个月内大部分断面累计沉降1.0-3.0cm，观测结果和理论预测结果吻合。

2.6.5试验结论

（1）碎石桩鼓胀变形先增大后减小，直至趋于稳定，加载量低于 100 kPa，鼓胀变形较小；当加载量超过 200 kPa，碎石桩鼓胀变形显著增大。

（2）增大软土地基黏聚力可有效控制鼓胀变形，还可使发生鼓胀变形峰值的位置逐渐下移；碎石桩置换率不应低于 0.25。

结语：综上所述，振冲碎石桩是一种改良土层和加固地基技术，通过安装振冲器将石料或砾石振实，并以此提高土的稳定性及承载力，具有适用于复杂地质条件和土质疏松场地，施工速度快，工期相对较短，对周边环境干扰小等特点。 然而，在振冲碎石桩施工时，应根据实际情况进行技术参数和施工方案的调整，以确保施工质量和效果，研究成果可以为振冲碎石桩施工技术改进和方案优化提供一定参考。

参考文献：

[1] 陈建峰，韩杰.夯扩碎石桩群桩承载性状研究[J].中国公路学报，2010，23（1）：26-31.

[2] 陈建峰，顾子昂，王兴涛，等.冻融条件下加筋碎石桩复合地基路堤性状研究[J].岩土工程学报，2020，42（8）：1394-1400.

[3] 蒋敏敏，肖昭然，蔡正银.高速公路碎石桩复合地基加固数值模拟[J].公路，2012，31（1）：8-12.