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)道路軟弱地基運用碎石樁進行處理，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。一般認為，飽和土體的擠密作用隨土中細顆粒含量而減少，置換作用隨細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度，樁體的強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)場進行制樁試驗和必要的測試，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)范要求的石料進行試樁，并記錄制孔、清孔、制孔時間和深度、鉆進速度（m/min）、壓入碎石量及電流變化等，以選定科學合理的施工技術(shù)參數(shù)。（3）測量放線。測量地面標高，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）機具定位。將打樁機就位，合攏合瓣樁尖，將管樁向下垂直，使樁尖對準樁位標記，繼續(xù)向下垂移樁管使樁尖入土。調(diào)整樁機搭架，使沉管與地面基本垂直，誤差控制在1%以內(nèi)。（5）沉管達到設(shè)計深度后，進行碎石灌注作業(yè)。 碎石樁碎石填料應(yīng)采用未風化、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)有專人負責碎石灌入量，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，當碎石密實后，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)通過試驗確定。移動樁架至下一孔位，重復(fù)作業(yè)。
4、施工要點
（1）骨料級配要符合設(shè)計規(guī)范要求，不合格骨料嚴禁使用。（2）必須做成樁實驗，根據(jù)試樁施工情況確定施工工藝參數(shù)。（3）必須嚴格按成樁試驗確定的施工工藝參數(shù)進行施工。（4）應(yīng)嚴格按照設(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)將基底標高下的松散層挖除或夯壓密實，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)驗等來判斷施工情況，難以保證不會對工程的質(zhì)量、進度和成本造成影響。
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度。
應(yīng)嚴格控制留振時間和密實電流的變化，留振時間達到施工控制參數(shù)的要求，切勿欠振；而密實電流的變化反映擠密程度及效率。當電流達到一定的不變值，表明樁體的密實度接近飽和。
每次開工前要檢測樁機的性能以及儀表工作是否正常。
在強調(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，碎石在達到密實狀態(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。嚴格控制振動擠密次數(shù)及電動機動率。進行必要的成樁檢查。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，擴徑是否滿足要求（d=0.8m）。最后進行荷載試驗，以便最后確定路基處理效果。
5.4 效果評價
從檢驗的結(jié)果可得，樁體的密實度達到中密～密實狀態(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，實踐證明本工程運用碎石樁處理軟基是成功的。
6、關(guān)于施工的幾點思考
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、夯擴碎石樁法等。以上方法因地制宜，各有優(yōu)勢。
