淺談公路工程碎石樁加固地基的施工技術(shù)
2015-09-22
1、工程概況
某開發(fā)區(qū)新廠區(qū)道路軟弱地基運(yùn)用碎石樁進(jìn)行處理，該工程位某市開發(fā)區(qū)工業(yè)園內(nèi)，所處地貌形態(tài)為沖洪積平原。場地上覆為第四系沖洪積粘性土，下伏為奧陶系灰?guī)r地層。自上而下分四層：第一層為雜填土，第二層為灰褐色粘土，第三層為黃褐色粘土，第四層為中風(fēng)化石灰?guī)r。場地地下水賦存在第一層雜填土中的上層滯水和第四層中風(fēng)化巖中的巖溶裂隙水，水位埋藏較深，近年高水位約3m左右，在豐水期可存在上層滯水。廠區(qū)內(nèi)地勢低洼，有數(shù)個自然汪塘。尤其是廠區(qū)主路位置，原汪塘深達(dá)3～5m，由于工期較緊，無法采取地基換填或是自然沉降措施，初次施工中錯誤的采取了一次性回填汪塘、局部鋼筋加固路面的方法。時間不長，路面出現(xiàn)沉降及開裂，遂設(shè)計采用振動沉管碎石樁對此處路基進(jìn)行加固。碎石樁樁徑為0.4m，間距為1.2m，采用等邊三角形布設(shè)，填料為1～5cm碎石，設(shè)計復(fù)合地基承載力特征值為140kPa。
2、振動沉管碎石樁加固原理
振動沉管碎石樁的加固機(jī)理一般可分為擠密和置換兩種作用。對飽和粘性土，主要是置換；對砂性土，主要是擠密；對非飽和的粘性土，則同時兼有擠密和置換兩種作用。一般認(rèn)為，飽和土體的擠密作用隨土中細(xì)顆粒含量而減少，置換作用隨細(xì)顆粒含量的增加而增加。對砂土、粉土及非飽和粘性土，碎石樁起到了擠密、排水、預(yù)振作用。對飽和粘性土，碎石樁的作用則是置換和排水。碎石樁用于地基處理，其本身是由散體材料組成，材料本身沒有粘性強(qiáng)度，樁體的強(qiáng)度主要是靠周圍土體的約束和樁身材料的摩擦維持的，在承受上部荷載時，樁體主要受力集中在樁頂附近4倍左右的樁徑范圍內(nèi)。同時碎石樁由于設(shè)置了反濾性和滲透性都較好的碎石褥墊層，使得土體固結(jié)排水路徑大大縮短，固結(jié)速度大大提高，土體的強(qiáng)度和對整體的約束能力也得到提高，從而使復(fù)合地基的承裁力得到提高。
3、施工步驟
?。?）編制振動沉管碎石樁施工組織設(shè)計，清理平整場地，清理表面腐植土層，消除高空和地面障礙物。（2）試樁。根據(jù)設(shè)計要求在現(xiàn)場進(jìn)行制樁試驗(yàn)和必要的測試，便于確定主要技術(shù)參數(shù)，以保證大面積施工質(zhì)量。應(yīng)選擇符合設(shè)計和規(guī)范要求的石料進(jìn)行試樁，并記錄制孔、清孔、制孔時間和深度、鉆進(jìn)速度（m/min）、壓入碎石量及電流變化等，以選定科學(xué)合理的施工技術(shù)參數(shù)。（3）測量放線。測量地面標(biāo)高，根據(jù)樁位平面布置圖用鋼尺布樁，布樁誤差控制在2cm內(nèi)。（4）機(jī)具定位。將打樁機(jī)就位，合攏合瓣樁尖，將管樁向下垂直，使樁尖對準(zhǔn)樁位標(biāo)記，繼續(xù)向下垂移樁管使樁尖入土。調(diào)整樁機(jī)搭架，使沉管與地面基本垂直，誤差控制在1%以內(nèi)。（5）沉管達(dá)到設(shè)計深度后，進(jìn)行碎石灌注作業(yè)。 碎石樁碎石填料應(yīng)采用未風(fēng)化、抗浸蝕的干凈礫石或軋制碎石，粒徑20～50mm，含泥量不得大于5%，內(nèi)摩擦角不小于38°。將碎石由加料口注入樁管內(nèi)，灌入量按樁身理論方案量值與充盈系數(shù)計算。做好現(xiàn)場施工記錄，嚴(yán)格控制每根樁的碎石充盈系數(shù)，充盈系數(shù)一般控制在1.02。避免先期大后期小的不良現(xiàn)象，以增加樁的均勻性。（6）樁身拔管：管內(nèi)灌入碎石高度需大于1/3管長，方可開始拔管，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管時應(yīng)先振動5～10s后開始拔管，邊振邊拔，每拔高度0.5～1.0m停振，如此反復(fù)直至全管拔出。拔管速度要均勻，一般為0.8m/min（平均速度）。（7）拔管成樁：當(dāng)沉管拔離地面時，再用鋼盤壓在樁孔處，讓沉管在鋼盤上下沉振動，當(dāng)碎石密實(shí)后，拔起導(dǎo)管停止振動。應(yīng)注意，碎石灌入量不應(yīng)少于設(shè)計值的95%。如有不能順利下料時?？蛇m當(dāng)往管內(nèi)加水少許。拔管速度、復(fù)振深度、加料次數(shù)應(yīng)通過試驗(yàn)確定。移動樁架至下一孔位，重復(fù)作業(yè)。
4、施工要點(diǎn)
?。?）骨料級配要符合設(shè)計規(guī)范要求，不合格骨料嚴(yán)禁使用。（2）必須做成樁實(shí)驗(yàn)，根據(jù)試樁施工情況確定施工工藝參數(shù)。（3）必須嚴(yán)格按成樁試驗(yàn)確定的施工工藝參數(shù)進(jìn)行施工。（4）應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計樁位，樁長，樁數(shù)施工。（5）應(yīng)按照“由里到外”的施工順序施工，嚴(yán)禁采用“由外到里”的方式制樁。（6）施工結(jié)束后，應(yīng)將基底標(biāo)高下的松散層挖除或夯壓密實(shí)，隨后加鋪20cm厚的碎石墊層，以利于排水。
5、質(zhì)量通病及防治措施
5.1 質(zhì)量通病
施工時遇到的主要難點(diǎn)是碎石的振密，由于碎石振密施工具有隱蔽性，若僅靠電流控制、儀表讀數(shù)及經(jīng)驗(yàn)等來判斷施工情況，難以保證不會對工程的質(zhì)量、進(jìn)度和成本造成影響。
5.2 解決措施
碎石必須要有良好的級配，且碎石料徑不大于50mm。同時要保證碎石的強(qiáng)度。
應(yīng)嚴(yán)格控制留振時間和密實(shí)電流的變化，留振時間達(dá)到施工控制參數(shù)的要求，切勿欠振；而密實(shí)電流的變化反映擠密程度及效率。當(dāng)電流達(dá)到一定的不變值，表明樁體的密實(shí)度接近飽和。
每次開工前要檢測樁機(jī)的性能以及儀表工作是否正常。
在強(qiáng)調(diào)碎石振密的重要性的同時，應(yīng)該切忌過分振壓碎石樁，只要達(dá)到設(shè)計和規(guī)范的要求即可。過分振壓碎石樁不僅增加了碎石用量，而且還有可能使地基土的天然結(jié)構(gòu)受到擾動而導(dǎo)致破壞，承載力反而降低，經(jīng)現(xiàn)場觀測證明，碎石在達(dá)到密實(shí)狀態(tài)后再加壓會變松，碎石樁成孔時應(yīng)采用靜壓，至持力層時振動鉆進(jìn)1m即可。
5.3 質(zhì)量控制
碎石塊（粒徑不大于50mm）以及采用石場的石屑，通過試驗(yàn)確定出最佳級配，一般經(jīng)級配后碎石料干重度γ=18.7kN/m3。保證每孔填料量，并做好填料現(xiàn)場記錄。嚴(yán)格控制振動擠密次數(shù)及電動機(jī)動率。進(jìn)行必要的成樁檢查。在試打及工程樁每100根抽查1～2根，檢查樁體是否成型完整，擴(kuò)徑是否滿足要求（d=0.8m）。最后進(jìn)行荷載試驗(yàn)，以便最后確定路基處理效果。
5.4 效果評價
從檢驗(yàn)的結(jié)果可得，樁體的密實(shí)度達(dá)到中密～密實(shí)狀態(tài)，符合設(shè)計要求。處理后地基承載力均超過了設(shè)計要求的承載能力。從樁體完成施工后，新修路面沒有發(fā)現(xiàn)明顯的沉降和開裂現(xiàn)象，實(shí)踐證明本工程運(yùn)用碎石樁處理軟基是成功的。
6、關(guān)于施工的幾點(diǎn)思考
施工結(jié)束后，我們特別注意了設(shè)計理論與現(xiàn)場施工實(shí)踐的結(jié)合情況。根據(jù)現(xiàn)場施工情況，碎石樁有不同施工工藝，按照施工方法不同，有振沖碎石樁法、干振擠密碎石樁法、沉管碎石樁法、夯擴(kuò)碎石樁法等。以上方法因地制宜，各有優(yōu)勢。
