牛 瑞

（山西交通控股集團(tuán)有限公司運(yùn)城南高速公路分公司,山西 運(yùn)城 044000）

0 引言

在高速公路工程施工過(guò)程中，常常會(huì)遇到軟土地基。因軟土地基的黏度系數(shù)小、抗剪強(qiáng)度差、孔隙比小、含水量大，故在外界荷載作用下，軟土地基易出現(xiàn)不均勻沉降問(wèn)題[1]。為提高軟土地基的抗剪強(qiáng)度與承載能力，加固處理軟土地基是很有必要的。碎石樁是當(dāng)前一種有效的軟土地基加固技術(shù)[2]。基于此，該文就碎石樁技術(shù)在高速公路軟土地基中的運(yùn)用展開(kāi)了探討，以供同行業(yè)者參考。

1 碎石樁技術(shù)的定義與加固原理

1.1 碎石樁技術(shù)的定義

碎石樁技術(shù)是指在軟基加固路段中進(jìn)行振動(dòng)成孔，然后在孔中加入預(yù)先準(zhǔn)備好的碎石，以形成一個(gè)較大直徑的碎石樁體。

實(shí)際上，碎石樁是散體樁的一種，根據(jù)制樁工藝的不同，碎石樁大致可劃分為兩種不同的類型。第一，干法碎石樁，即采用錘擊、振擠、干振等多種無(wú)水沖工藝制作形成的碎石樁；第二，振沖(濕法)碎石樁，即采用振動(dòng)加水沖制樁工藝形成的碎石樁[3]。

在碎石樁施工中，碎石的粒徑應(yīng)控制在2～6 cm之間，因碎石之間的咬合力非常強(qiáng)，故在成樁后，碎石樁的強(qiáng)度非常高。

1.2 碎石樁技術(shù)的加固原理

1.2.1 沙土類的加固原理

在疏松沙土地基中，孔隙率高，疏松沙土為單粒結(jié)構(gòu)，顆粒位置的穩(wěn)定性較差。疏松沙土在振動(dòng)、靜力作用下可移動(dòng)位置，降低孔隙率，提高地基的密實(shí)度，最終達(dá)到穩(wěn)定位置。擠密碎石樁在成樁過(guò)程中，需在沙層內(nèi)置入樁套管，進(jìn)而會(huì)擠壓周邊疏松沙，使疏松沙變得更加密實(shí)，提高地基的承載能力與強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)加固處理后，可降低地基的不均勻沉降量。

1.2.2 黏性土的加固原理

在黏性土地基中采用碎石樁技術(shù)，可形成大直徑的碎石樁體，黏性土與碎石樁形成一個(gè)復(fù)合地基，可提高地基的穩(wěn)定性與承載能力；在碎石樁中，上部荷載可集中應(yīng)力，降低黏性土的應(yīng)力，進(jìn)而降低地基的固結(jié)沉降量。與此同時(shí)，在黏性土地基中，碎石樁還可形成排水通道，加快排水固結(jié)的速度[4]。

2 工程案例

某一高速公路工程，設(shè)計(jì)速度80 km/h，雙向四車道，總長(zhǎng)度20.5 km。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告可知，在該工程部分施工路段中分布有細(xì)砂土層、粉質(zhì)黏土層、黏質(zhì)黃土層等，因地表水較豐富、地下水位較高，地基較松軟，以填方路基為主，路堤高度在2～7 m之間，地表以耕地居多。經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)算后，該工程軟土地基的承載力約為65 kPa，地基承載力較差。綜合考慮后，為提高地基的承載能力，決定采用碎石樁技術(shù)加固處理軟土地基。

在該碎石樁施工中，呈等邊三角形設(shè)置碎石樁樁位，樁體間距確定為2 m，樁直徑確定為80 cm。在路堤兩側(cè)坡腳外3 m之間范圍中設(shè)置碎石樁，將碎石樁打入軟土地基，碎石樁樁長(zhǎng)應(yīng)高出卵石土層的頂面，在碎石樁的頂部鋪設(shè)30 cm碎石墊層。

3 碎石樁技術(shù)的一般要求

第一，為避免出現(xiàn)卡孔現(xiàn)象，選用粒徑＜6 cm的碎石，填料的含泥量小于10%，嚴(yán)禁使用易風(fēng)化的石料，在填料中不得含有任何植物殘?bào)w等物質(zhì)。

第二，精準(zhǔn)確定樁位，樁位的誤差不得超出15 cm，碎石樁樁體垂直度的偏差應(yīng)控制在1.5%之內(nèi)。

第三，在沉管施工過(guò)程中，應(yīng)掌握好施工節(jié)奏，樁管方向確定后，方可按照規(guī)定速度進(jìn)行沉管；在沉管過(guò)程中，若遇到可液化層，需將樁管全部打入可液化層，并需繼續(xù)下沉5 m、留振30 s，直至液化層完全被沉樁所穿透。

第四，在整個(gè)沉樁過(guò)程中，若電流＞120 A或難以沉樁時(shí)，需立即停止沉樁施工；若在沉樁過(guò)程中遇到大孤石，應(yīng)選用位移處理施工方法。

第五，配置空壓機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、鏟式裝載機(jī)、起重機(jī)等施工機(jī)械，其中振動(dòng)打樁機(jī)是由振動(dòng)套管、裝砂料斗、振動(dòng)機(jī)等構(gòu)成的；利用吊鉤、緩沖器進(jìn)行吊起，沿著導(dǎo)桿，在上、下方向進(jìn)行移動(dòng)，套管的下端裝有砂塞或底蓋；配置具有高壓空氣的噴氣裝置，以便于沉入套管或者快速排出碎石。

4 施工要點(diǎn)

4.1 樁位的測(cè)量放樣

根據(jù)施工要求，精準(zhǔn)放線定位樁位，復(fù)核施工場(chǎng)地中的控制點(diǎn)、軸線。若復(fù)核結(jié)果均正確，測(cè)量技術(shù)人員應(yīng)利用經(jīng)緯儀、鋼卷尺，測(cè)量放樣樁位，并標(biāo)記樁位位置，埋設(shè)樁尖，樁位測(cè)量放樣的誤差不得超出20 mm。樁位定位結(jié)束后，應(yīng)在24 h內(nèi)進(jìn)行打樁，在整個(gè)施工過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常復(fù)核樁位，提高樁位的定位精準(zhǔn)度。

4.2 樁機(jī)就位

在樁機(jī)就位過(guò)程中，沉管應(yīng)始終保持對(duì)中與垂直，樁機(jī)機(jī)架需始終保持穩(wěn)固與水平，利用吊錘檢測(cè)樁孔的垂直度，樁孔垂直度的偏差應(yīng)控制在樁長(zhǎng)的1.5%之內(nèi)，樁位誤差不得超出20 cm；在打樁過(guò)程中，需隨時(shí)檢查樁孔的垂直度[5]。

4.3 振動(dòng)成孔

樁機(jī)就位結(jié)束后，應(yīng)在自由狀態(tài)下對(duì)正樁位，利用沉管、錘中的自重，首先靜壓1～2 m，然后振動(dòng)下沉沉管，收緊鋼絲繩，提高沉管的下沉速度。值得注意的是，沉管每下沉50～100 cm時(shí)，應(yīng)留振5～10 s，直至沉管達(dá)到設(shè)計(jì)深度。

4.4 停振灌料

第一，填料的粒徑大小不得超過(guò)2～6 cm，并應(yīng)具有良好的級(jí)配，填料的含泥量應(yīng)小于10%。若填料中含有雜物，受到一定程度的污染，則在投入施工前需沖洗填料。

第二，在投入施工填料前，施工單位需檢查填料，若發(fā)現(xiàn)填料出現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象，嚴(yán)禁用于施工中。

第三，沉管下沉至設(shè)計(jì)深度后，施工單位需立即進(jìn)行投料，直至填滿整個(gè)樁孔。為避免附著在管壁、孔口的泥土混入樁孔填料中，需徹底清理干凈這些泥土。

第四，在樁孔中投入足夠的填料，其中灌入量應(yīng)大于0.2 m2/延米；每1個(gè)樁的填料量應(yīng)大于或等于樁孔體積。

4.5 反插補(bǔ)料

第一，灌料結(jié)束后，需振動(dòng)拔管，每次拔管的高度不得超過(guò)50～100 cm，然后反向插入樁管30～50 cm，并進(jìn)行持續(xù)振動(dòng)5～10 s。

第二，反向插入樁管，將所有樁管內(nèi)的石料投出，在第1次投料中，成樁長(zhǎng)度應(yīng)控制在樁管長(zhǎng)度的50%內(nèi)。

第三，第1次投料結(jié)束后，利用料斗進(jìn)行第2次投料。

第四，從地面上全部拔出樁管后，停止振動(dòng)，然后在孔口位置處進(jìn)行投料，直至地面，依次重復(fù)以上步驟。

值得注意的是，樁管的反插速度與提升速度需保持均勻，拔管速度控制在1 m/min左右；若樁管需穿過(guò)淤泥夾層，需適當(dāng)降低拔管速度，并且還需降低拔管的反插深度與高度[6]。

4.6 加壓成樁

反插結(jié)束且補(bǔ)滿石料后，需收緊加壓鋼絲繩、加壓成樁。在整個(gè)加壓成樁過(guò)程中，施工單位應(yīng)嚴(yán)格控制樁頂?shù)膶?shí)際標(biāo)高。

4.7 施工注意事項(xiàng)

第一，在施工前，需進(jìn)行成樁試驗(yàn)，一般設(shè)置8根試驗(yàn)樁體。

第二，為保證樁身的連續(xù)性與擠密的均勻性，在施工中，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)試樁結(jié)果與設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)進(jìn)行施工，并且電流值控制在100 A之內(nèi)。

第三，起重機(jī)需始終保持平穩(wěn)，導(dǎo)向設(shè)備垂直于地面，設(shè)計(jì)樁位與成孔中心的偏差控制在50 cm以內(nèi)，樁長(zhǎng)與樁徑應(yīng)大于設(shè)計(jì)值。

第四，碎石灌入量應(yīng)大于設(shè)計(jì)值，若難以下料，可在樁管中加入適量的水。

第五，根據(jù)成樁試驗(yàn)結(jié)果，在樁管中加入固定量的碎石料。在投料過(guò)程中，嚴(yán)禁出現(xiàn)縮頸、斷樁等問(wèn)題[7]。

第六，根據(jù)貫入度與設(shè)計(jì)標(biāo)高控制樁長(zhǎng)。

第七，觀測(cè)與記錄施工全過(guò)程，為后續(xù)施工提供參考資料。

第八，在碎石樁頂施工過(guò)程中，若碎石樁頂?shù)母矇毫ψ冃?，易出現(xiàn)松散層，故在剛開(kāi)始施工過(guò)程中，應(yīng)做好預(yù)防措施，適當(dāng)挖除和壓實(shí)碎石樁頂。

5 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

第一，根據(jù)施工圖與業(yè)主單位提供的全部控制點(diǎn)資料，施工測(cè)量技術(shù)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣所有控制點(diǎn)與碎石樁軸線，并采取相應(yīng)有效的保護(hù)措施，以便復(fù)核樁位、控制打樁過(guò)程。

第二，因在打樁過(guò)程中，碎石樁樁體擠密周邊的土體，在一定程度上影響控制點(diǎn)的放樣位置。故在施工過(guò)程中，需復(fù)測(cè)樁位控制點(diǎn)，一旦樁位控制點(diǎn)的高程發(fā)生變化或位移，為避免出現(xiàn)偏大誤差，施工單位需及時(shí)調(diào)整樁位的標(biāo)高與坐標(biāo)。

第三，為了解與掌握施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)的具體情況，判斷制定的施工工藝是否合適、可行，在施工前，施工單位需進(jìn)行試樁試驗(yàn)，合理明確成樁施工參數(shù)，并將其及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位與業(yè)主單位，根據(jù)正常樁施工流程進(jìn)行試樁試驗(yàn)。

第四，在進(jìn)行正式施工時(shí)，為保證樁身的連續(xù)性與擠密的均勻性，應(yīng)根據(jù)預(yù)先確定的施工參數(shù)進(jìn)行施工，包括碎石灌入量、樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距、樁管提升速度及高度、留振時(shí)間、擠壓次數(shù)、電機(jī)工作電流等[8]。

第五，在整個(gè)施工過(guò)程中，為確保樁身施工的連續(xù)性與擠密的均勻性，應(yīng)根據(jù)沉管和擠密的實(shí)際情況，合理控制與調(diào)整碎石灌入量、樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距、樁管提升速度及高度、留振時(shí)間、擠壓次數(shù)、電機(jī)工作電流等各種施工參數(shù)；樁管下沉至規(guī)定深度后，開(kāi)始將碎石灌入樁管中，然后使用樁架中的振動(dòng)器進(jìn)行上下錘擊，按照1.0～1.5 nm/min的速度緩慢拔出樁管，通過(guò)振動(dòng)，將碎石留在樁孔中，形成碎石擠密樁；為確保擠密與出料的順利進(jìn)行，應(yīng)選用適宜的樁尖結(jié)構(gòu)；施工單位需詳細(xì)記錄各樁的施工過(guò)程，并隨時(shí)觀測(cè)地面與樁頂是否出現(xiàn)平移或隆起等現(xiàn)象[9]。

第六，嚴(yán)格控制碎石灌入量。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)碎石處于中密狀態(tài)的干密度、樁孔體積來(lái)計(jì)算碎石灌入量，不得超過(guò)設(shè)計(jì)值的15%。

第七，碎石樁的施工質(zhì)量應(yīng)達(dá)到施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 碎石樁施工質(zhì)量的控制標(biāo)準(zhǔn)

6 碎石樁技術(shù)的驗(yàn)收方法

第一，碎石樁施工結(jié)束后，施工單位應(yīng)詳細(xì)記錄全部的施工數(shù)據(jù)信息，然后進(jìn)行2次檢查，檢查記錄資料中是否存在漏項(xiàng)等現(xiàn)象，若存在需及時(shí)采取有效措施來(lái)解決問(wèn)題[10]。

第二，檢測(cè)黏性土的碎石樁結(jié)構(gòu)，為保證碎石樁的施工質(zhì)量，宜采用初探法實(shí)驗(yàn)技術(shù)與單樁荷載技術(shù)。錘擊碎石樁5次后，若地基沉降量達(dá)到6 cm，表明碎石樁施工質(zhì)量滿足施工要求；若地基沉降量在6～12 cm之間，表明碎石樁施工質(zhì)量不滿足施工要求。在這種情況下，為進(jìn)一步加固軟土地基，需要進(jìn)行二次施工。

第三，若地基土層為飽和黏性土，在檢驗(yàn)前，需消散全部孔隙水壓，間隔時(shí)間不得小于28 d；若地基土層為砂土、粉土或者雜填土，間隔時(shí)間不得小于7 d。

第四，采用動(dòng)力觸探法檢測(cè)樁體，并需對(duì)樁間土進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)。

第五，在竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)，為檢驗(yàn)復(fù)合地基的承載能力，需進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，單個(gè)樁體至少要檢測(cè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，碎石樁樁體試驗(yàn)數(shù)量至少達(dá)到總樁數(shù)的0.5%。

在該工程中，通過(guò)進(jìn)行驗(yàn)收檢測(cè)后可知，該工程的路基承載能力得到顯著提高，滿足施工要求。其中，碎石樁工程施工數(shù)量如表2所示。

表2 碎石樁工程施工數(shù)量表

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)高速公路軟基處理中，碎石樁是一種有效的加固處理技術(shù)。碎石樁技術(shù)的施工工藝簡(jiǎn)單，可對(duì)軟土地基起到顯著的加固效果，并提高地基的承載能力。該文以某一高速公路工程為例，對(duì)碎石樁技術(shù)進(jìn)行了深入研究，對(duì)其他類似工程的軟基處理具有一定的借鑒作用。