浅谈公路工程碎石桩加固地基的施工技术
2015-09-22
1、工程概况
某开发区新厂区道路软弱地基运用碎石桩进行处理，该工程位某市开发区工业园内，所处地貌形态为冲洪积平原。场地上覆为第四系冲洪积粘性土，下伏为奥陶系灰岩地层。自上而下分四层：第一层为杂填土，第二层为灰褐色粘土，第三层为黄褐色粘土，第四层为中风化石灰岩。场地地下水赋存在第一层杂填土中的上层滞水和第四层中风化岩中的岩溶裂隙水，水位埋藏较深，近年高水位约3m左右，在丰水期可存在上层滞水。厂区内地势低洼，有数个自然汪塘。尤其是厂区主路位置，原汪塘深达3～5m，由于工期较紧，无法采取地基换填或是自然沉降措施，初次施工中错误的采取了一次性回填汪塘、局部钢筋加固路面的方法。时间不长，路面出现沉降及开裂，遂设计采用振动沉管碎石桩对此处路基进行加固。碎石桩桩径为0.4m，间距为1.2m，采用等边三角形布设，填料为1～5cm碎石，设计复合地基承载力特征值为140kPa。
2、振动沉管碎石桩加固原理
振动沉管碎石桩的加固机理一般可分为挤密和置换两种作用。对饱和粘性土，主要是置换；对砂性土，主要是挤密；对非饱和的粘性土，则同时兼有挤密和置换两种作用。一般认为，饱和土体的挤密作用随土中细颗粒含量而减少，置换作用随细颗粒含量的增加而增加。对砂土、粉土及非饱和粘性土，碎石桩起到了挤密、排水、预振作用。对饱和粘性土，碎石桩的作用则是置换和排水。碎石桩用于地基处理，其本身是由散体材料组成，材料本身没有粘性强度，桩体的强度主要是靠周围土体的约束和桩身材料的摩擦维持的，在承受上部荷载时，桩体主要受力集中在桩顶附近4倍左右的桩径范围内。同时碎石桩由于设置了反滤性和渗透性都较好的碎石褥垫层，使得土体固结排水路径大大缩短，固结速度大大提高，土体的强度和对整体的约束能力也得到提高，从而使复合地基的承裁力得到提高。
3、施工步骤
（1）编制振动沉管碎石桩施工组织设计，清理平整场地，清理表面腐植土层，消除高空和地面障碍物。（2）试桩。根据设计要求在现场进行制桩试验和必要的测试，便于确定主要技术参数，以保证大面积施工质量。应选择符合设计和规范要求的石料进行试桩，并记录制孔、清孔、制孔时间和深度、钻进速度（m/min）、压入碎石量及电流变化等，以选定科学合理的施工技术参数。（3）测量放线。测量地面标高，根据桩位平面布置图用钢尺布桩，布桩误差控制在2cm内。（4）机具定位。将打桩机就位，合拢合瓣桩尖，将管桩向下垂直，使桩尖对准桩位标记，继续向下垂移桩管使桩尖入土。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，误差控制在1%以内。（5）沉管达到设计深度后，进行碎石灌注作业。 碎石桩碎石填料应采用未风化、抗浸蚀的干净砾石或轧制碎石，粒径20～50mm，含泥量不得大于5%，内摩擦角不小于38°。将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数一般控制在1.02。避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。（6）桩身拔管：管内灌入碎石高度需大于1/3管长，方可开始拔管，应有专人负责碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管时应先振动5～10s后开始拔管，边振边拔，每拔高度0.5～1.0m停振，如此反复直至全管拔出。拔管速度要均匀，一般为0.8m/min（平均速度）。（7）拔管成桩：当沉管拔离地面时，再用钢盘压在桩孔处，让沉管在钢盘上下沉振动，当碎石密实后，拔起导管停止振动。应注意，碎石灌入量不应少于设计值的95%。如有不能顺利下料时。可适当往管内加水少许。拔管速度、复振深度、加料次数应通过试验确定。移动桩架至下一孔位，重复作业。
4、施工要点
（1）骨料级配要符合设计规范要求，不合格骨料严禁使用。（2）必须做成桩实验，根据试桩施工情况确定施工工艺参数。（3）必须严格按成桩试验确定的施工工艺参数进行施工。（4）应严格按照设计桩位，桩长，桩数施工。（5）应按照“由里到外”的施工顺序施工，严禁采用“由外到里”的方式制桩。（6）施工结束后，应将基底标高下的松散层挖除或夯压密实，随后加铺20cm厚的碎石垫层，以利于排水。
5、质量通病及防治措施
5.1 质量通病
施工时遇到的主要难点是碎石的振密，由于碎石振密施工具有隐蔽性，若仅靠电流控制、仪表读数及经验等来判断施工情况，难以保证不会对工程的质量、进度和成本造成影响。
5.2 解决措施
碎石必须要有良好的级配，且碎石料径不大于50mm。同时要保证碎石的强度。
应严格控制留振时间和密实电流的变化，留振时间达到施工控制参数的要求，切勿欠振；而密实电流的变化反映挤密程度及效率。当电流达到一定的不变值，表明桩体的密实度接近饱和。
每次开工前要检测桩机的性能以及仪表工作是否正常。
在强调碎石振密的重要性的同时，应该切忌过分振压碎石桩，只要达到设计和规范的要求即可。过分振压碎石桩不仅增加了碎石用量，而且还有可能使地基土的天然结构受到扰动而导致破坏，承载力反而降低，经现场观测证明，碎石在达到密实状态后再加压会变松，碎石桩成孔时应采用静压，至持力层时振动钻进1m即可。
5.3 质量控制
碎石块（粒径不大于50mm）以及采用石场的石屑，通过试验确定出最佳级配，一般经级配后碎石料干重度γ=18.7kN/m3。保证每孔填料量，并做好填料现场记录。严格控制振动挤密次数及电动机动率。进行必要的成桩检查。在试打及工程桩每100根抽查1～2根，检查桩体是否成型完整，扩径是否满足要求（d=0.8m）。最后进行荷载试验，以便最后确定路基处理效果。
5.4 效果评价
从检验的结果可得，桩体的密实度达到中密～密实状态，符合设计要求。处理后地基承载力均超过了设计要求的承载能力。从桩体完成施工后，新修路面没有发现明显的沉降和开裂现象，实践证明本工程运用碎石桩处理软基是成功的。
6、关于施工的几点思考
施工结束后，我们特别注意了设计理论与现场施工实践的结合情况。根据现场施工情况，碎石桩有不同施工工艺，按照施工方法不同，有振冲碎石桩法、干振挤密碎石桩法、沉管碎石桩法、夯扩碎石桩法等。以上方法因地制宜，各有优势。
