碎石桩加固城市道路软基应用研究

吴建明

摘要：介绍了当前比较常见的城市道路软土地基处理的方法，结合实际工程案例，阐述了碎石桩加固城市软基设计、施工工艺以及工程质量检测。检测结果表明，碎石桩加固城市软基有若非常好的效果。仅供相关技术人员参考。

关键词：城市道路软土基础碎石桩

1工程概述

某道路全长5380m，软弱地基段长3260m，道路宽度22m，路基填土高度在1～1.5m之间。区域地貌为盐场、养虾池；地质概况为冲积、海积相的淤泥质粘土，下伏基岩为白垩系王氏组玄武岩。浅层土分布情况主要物理力学指标见表1。

表1内基岩指全风化玄武岩，揭露厚度在1.2～2.4m之间；其下为强一中风化玄武岩，地基承载力f_ak=500kPa。

2软土地基处治的基本方法

软土地基的处治主要是为了解决地基承载力或稳定性问题，减小沉降和水平位移。处治方案应根据当地的地质、水文、施工机具、材料及环境等条件进行经济、技术比较，依据先简后繁、就地取材的原则确定。当单一的处治方案无法满足稳定与沉降的要求时，就得考虑多种措施组合应用。软土地基处治的方法有以下几种。

2.1处治浅层处治常用的方法有：生石灰等浅层拌和、表层换填、抛石排淤等。

2.2料桩采用碎石，砂砾、废渣、砂等散粒材料做桩料，对地基土起置换或挤密作用。粒料桩与桩间土形成复合地基。主要有：碎石桩、砂桩、渣土桩等。

碎石桩是利用一个产生水平向振动的管状设备，以高压水流边振边冲，在软弱粘性土地基中成孔，在孔内分批填入碎石加以振密制桩，与周围粘性土形成复合地基。这种加固技术与排水固结法相比，加固期短，可以采用快速连续加载方法施工路堤，对缩短工期十分有利。

2.3灌入固化是指用专用机械将软土地基的局部范围内的软土柱体用加固材料改良、加固而形成，与桩间软土形成复合地基。加固剂可采用水泥、生石灰、粉煤灰等固化剂。主要有：粉喷桩、高压旋喷桩等。

粉喷桩主要是以水泥、石灰等材料作固化剂的主剂，利用深层搅拌机械将原位软土进行强制搅拌，经过物理化学作用生产一种特殊的具有较高强度、较好变形特性和水稳性的混合柱状体。它对提高软土地基承载力，减小地基的沉降量有明显效果。粉喷桩对地基土层的含水量有一定的要求，施工机械设备复杂，粉尘污染大，并且需要有较长的固结时间，对工期极为不利。

2.4排水固结是通过采用工程措施降低地下水位、减小土层含水量，加速地基的固结过程，以满足路堤稳定性和工后沉降的要求。主要的措施有：加载预压、超载预压、真空预压、砂井、真空降水和电渗排水。

2.5加筋路堤是指采用强度高、变形较小、老化慢的土工合成材料等抗拉柔性材料作加筋材料的路堤。加筋材料应尽可能设置在路堤底部。常用方法有：加筋土法、锚固法、树根法、低强度混凝土桩复合地基、钢筋混凝土桩复合地基。

2.6强夯法是利用重锤高落距产生的夯击能，在地基中产生冲击波。土体被冲切，产生结构破坏，形成夯坑，并对周围土体进行动力挤压，从而提高地基承载力。强夯法不适用于城市道路的施工，因为道路周边建筑物密集、地下管线复杂，重锤产生的冲击波将会带来不利的影响。

2.7其他方法主要有反压护坡道、轻质路堤。

3强夯大桩径碎石桩设计

3.1强夯置换地基的加固原理强夯置换地基的加固原理是强夯加密、碎石桩和大直径排水井综合作用

的结果。在分层土中，碎石桩与桩间土形成的强挤密现象，碎石桩体同时也是地基的排水通道，有利于饱和土地基的排水固结。按国内成熟经验，淤泥质粘土的强夯置换按单桩荷载试验的承载力除以单桩加固面积为加固后的地基承载力，不考虑桩间土的承载力。因此，碎石桩的强夯质量是保证地基加固效果之本。

3.2强夯置换后的承载力要求

3.2.1道路设计荷载：城-A级。

3.2.2强夯置换处理后的复合地基容许承载力达到200kPa。

3.3置换深度要求强夯大桩径碎石桩穿透淤泥层，至基岩，桩长约4.8～6.7m。

3.4试桩参数选择①夯击能选择：强夯置换法施工过程中，采用单夯及满夯两种夯击形式。根据地基土的性质，确定单夯能量为3000kN.m，落距15m，锤重200kN，夯锤直径2.0m；满夯能量为1500kN.m。②强夯桩间距确定：强夯桩间距为4m；采用正三角形布置。③填料及夯击方式：填料采用5～20cm间断级配碎石。当夯坑深1.5～2.0m时，填入碎石，采取逐点连续夯击法。控制最后两击平均夯沉量不大于10cm，同时满足累计夯沉量大于设计墩长1.5倍。强夯采用隔点夯击。④垫层厚度：强夯垫层厚度确定为1.3-1.5m，垫层碎石标准同桩填料。

3.5加固范围横向加固范围为路基两侧坡脚处。

4强夯置换施工工艺顺序

铺设垫层1.3～1.5m厚碎石→点夯→满夯→清除路基表面淤泥→压路机振动碾压→铺设粗砂层厚15cm→铺设土工格栅一层→路基回填土分层碾压。

5强夯置换检测

经强夯处理的地基，其强度是随着时间增长而逐步恢复和提高的，工程检测根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ7922002)，强夯置换处理后的地基承载力检测取在施工结束后28d；检测工作量取强夯碎石桩总点数的1％。

5.1检测目的与任务①利用现场载荷试验检测强夯置换后地基处理效果，评价强夯后地基承载力特征值是否满足设计要求。②利用面波的频散特性推算强夯置換桩的着底情况。③利用地震影像法探测置换桩横向发育情况，并判定其相对密实度。④利用室内土工试验与地质勘察报告对比物理特性指标以判定其挤密与排水效果。

5.2检测结论①各试验点压板地基承载力极限值为400kPa；压板地基承载力特征值均为200kPa。②各测试点碎石桩底界面埋深介于5.1～6.7m，碎石桩体下无软弱层，深度达到设计持力层。③各剖面处桩体横向发育较均匀，直径约为2.4m。

6结束语

6.1采用强夯置换法进行地基处理后，地基承载性能明显改善，e-p曲线的斜率减小，变形模量E₀值可取12.80MPa。

6.2采用强夯置换法处理软弱地基，确保碎石桩体下无软弱层，深度达到设计持力层。控制碎石桩深度的三个主要设计参数为夯击次数、夯沉量、侧向隆起均满足设计要求。

6.3检测报告显示桩间土含水率标准值为44.35％，液性指数标准值为1.36，在勘察阶段场地内第二层淤泥质粘土的含水率标准值为51.5％，液性指数标准值为1.775。由此可知。桩间土的工程力学性质均有所好转，挤密与排水效果均好。

6.4采用试验段提供的数据对该路软弱路基段进行强夯置换处理，从最终检测结果来看，加固效果良好，说明采用碎石法处理软弱地基是成功的。