振冲碎石桩加固高速公路路基施工与检测

王俊杰

（中铁三局集团四公司，北京 102300）

振冲碎石桩在岩土工程中处理软土地基已得到了广泛应用。众所周知，依靠在软土中制造一群以碎石散粒材料组成的桩体与原地基土一起构成的复合地基，能使承载力提高，沉降减少。

在砂层中，用碎石、卵石等透水性较强的填料制成一系列桩体，这种粗大的桩体具有排水功能，能有效地消散地震等震动引起的超静孔隙水压力，从而使液化现象大为减轻。

振冲碎石桩处理液化砂层的原理，一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少；另一方面依靠振冲器的水平振动力，在加回填料情况下还通过填料使砂层挤压加密。

试通过某工程在处埋路基可液化土层与软土互层中的工程实践，探讨振冲碎石桩桩体质量检测方法和手段。

1 工程概况

某工程为昭待公路路基加固处理工程。云南昭通至待补公路地处云南东北部，位于东经 102°43′～103°20′，北纬 24°50′～25°02′之间，是国家重点建设项目“五纵七横”国道主干线之一（GZ40二连浩特—昆明—河口公路），也是云南省公路网主骨架的重要组成部分。经云南昭通、曲靖两个地区及贵州省威宁县，北连四川省，南接国家级边境口岸河口，服务于滇东北、滇中、滇南等广阔地域。

本工程位于昭待公路K316+950～K317+180段，段内路基由于液化土层与软土呈互层状分布。

2 工程地质条件

2.1 地层

第一层：亚黏土：灰色、褐灰色，含少量灰岩砾石，表层0.50 m为松散状种植土。容许承载力60～130 kPa，深度在0～4.2 m范围内。

第二层：淤泥：褐灰、褐红色，含少量园砾，局部夹薄层状砂。容许承载力55～112 kPa，深度在4.2～9.4 m范围内。

第三层：亚黏土：褐灰色，含15%的园砾，粒径2～10 mm。容许承载力60～130 kPa，深度在9.4～15 m范围内。

第四层：黏土：褐灰色、灰黑色，含少量有机质。软塑，局部可塑。容许承载力115～140 kPa，硬塑状容许承载力312 kPa，深度在15～17.1 m范围内。

2.2 地质构造

本区位于扬子地台之滇东台褶皱带，主要在滇东台褶束与会泽台褶束之间，处于川滇南北向构造-小江深大断裂带东缘与其次级构造-雨断裂带结合部位。地质构造以北东向为主，断裂次之。构造较为复杂，北东向构造比较发育；南北向构造集中分布在西部（系小江断裂带的组成部分）、东北部，其余零星残出现；北西向构造大部分属于南北向构造和北东向主干构造的配套成分。与本段路线关系密切的北东向构造为五星背斜及窝都断裂。

新构造运动频繁而强烈，主要形式表现为大面积的升降、断块差异性升降和断裂活动等3种类型。共同特点是断裂破碎带发育、新构造变动形迹或迹象较多：众多的小型山间盆地、湖泊、新生带地层的断错、明显的断层三角面、成串的（温）泉、频繁的地震活动等。路线穿越小江大断裂东侧的滇东台褶带，是我国强烈地震活动带之一，区域稳定性差。

2.3 地震

根据国家质量技术监督局2001年发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）全线地震动参数划分如下：地震动峰值加速度为0.1～0.2 g（对应的地震基本烈度为Ⅶ度）。地震动反应谱周期为0.4～0.45 s。

2.4 工程地质条件评价

液化砂土：段内地震动峰值加速度为0.1～0.2 g，对应的地震基本烈度为Ⅶ度。据本区勘察资料，按《公路工程抗震设计规范》（JTJ004—89）第2.2.2条检算，埋深20 m以内的（2-2）淤泥质砂层黏粒含量为14.7，对该砂层进行液化判定，为可液化砂土，液化抵抗系数Ce=0.1～0.8，承载力折减系数u=0～1/3。

3 工程措施

对本路段软土地基，采用振冲碎石桩复合地基加固。其平面位置布置见图1。

图1 碎石桩平面布置示意图

4 碎石桩施工

4.1 施工技术要点

（1）采用江苏产ZCQ 3O型振冲器，碎石桩桩径377 mm。根据《公路工程抗震设计规范》（JTJOO4—89），结合段内地质剖面资料，碎石桩桩长按10 m，间距按d=1.2 m，按正三角形满堂布置，见图2。

图2 碎石桩平面布置大样示意图

（2）碎石材料采用粒径为20～100 mm未风化的花岗岩碎石，含泥量≤10%。

（3）密实电流经试桩确定为45～50 A，留振时间为10～20 s，水压0.4～0.6 MPa。

（4）碎石桩顶铺设一层300 mm碎石垫层。

4.2 试桩

施工前根据设计单位提供的分区地质资料进行试桩，据此确定各区碎石桩的密实电流、留振时间及水压等施工参数，是处理可液化砂土与软土互层地基的关键。

4.3 施工工艺流程

定桩位→桩机就位→沉振冲头至设计深度成孔→提升至孔口→沉振冲头至孔底清孔→回填碎石料并分层振实到地面止→移机至下一个桩位→结束。

4.4 施工工艺要求

（1）平整场地至设计标高，按桩位设计平面布置图在现场用竹签作标记，桩位偏差不大于±5 cm。

（2）成孔：对准桩位，启动供水泵和振冲器，待振冲器电流稳定后缓慢下沉振冲器成孔，直到符合设计桩长要求，记录振冲器经各深度的电流变化值和时间，提升振冲器至孔口。

（3）清孔：成孔后，上下串动振冲器1～2遍进行清孔。根据试桩要求减小水压。

（4）填料及振密制桩：清孔后将振冲器提离孔口。向孔内投入约0.5 m碎石，然后下沉振冲器将碎石振密到试桩要求的密实电流；再次将振冲器提升0.3～0.5 m投料。下沉振冲器留振振密；如此重复自下而上逐段振密制桩至孔口，并记录各深度的最终电流值和填料量，即完成一根桩施工。

5 碎石桩检测

5.1 碎石桩检测方法

本次碎石桩质量检测采用重（II）型动力触探试验，对碎石桩成桩质量（密实度、连续性）进行检测，共检测碎石桩226棵。

重（II）型动力触探设备规格：63.5 kg的自由脱钩落锤，落距76 cm，探头直径74 mm，圆锥角60°，探杆直径42 mm。

试验时探头必须对准检测孔中心位置，保证探杆垂直不产生侧向晃动，锤击贯入应连续进行，特别是防止锤击偏心，偏心不得超过2%。

试验按每贯入10 cm记录其锤击数，直至试验结束。

试验过程中，每贯入1 m时，将探杆转动一圈半，减小侧摩阻力的影响。

5.2 碎石桩检测结果

对处于地下水以下的碎石桩段的锤击数按式（1）进行修正。

式中：N63.5：经地下水影响校正后的锤击数；

N'63.5：未经地下水影响校正而经杆长校正后的锤击数。

本段碎石桩的桩身质量按以下标准评价：取重（II）型动力触探试验锤击数5击为临界值，修正后击数大于等于5击的桩段密实度达标；修正后击数小于5击的桩段密实度不达标；对局部欠密实现象容许值规定：修正后击数小于5击的单桩长度不超过1m，累计长度不超过桩长的30%的桩视为合格桩，不满足以上容许值规定的桩即为不合格桩。

按以上标准，本段碎石桩共按5%检测的226棵（1 480 m）全部合格。

6 工程效果及评价

6.1 工程效果

施工处理后的地基还进行了5次复合地基载荷试验。复合地基承载力分别为 200 kPa、210 kPa、190 kPa、240 kPa、260 kPa，试验结果表明，复合地基承载力达到设计要求。

6.2 工程评价

在碎石桩质量的标准评价的选择上，本段碎石桩是根据本场地的地质条件，并参考有关工程及专家对重（II）型动力触探检测碎石桩桩体质量的以下经验和建议。结果表明，该方法确实可行。振冲法适用范围为饱和松散粉细砂、中粗砂和砾砂、饱和黄土、杂填土、黏性土和软土。随着振冲设备方面的不断改进，桩体质量检测方法不断积累和丰富，振冲法在我国地基处理的领域有着广阔的前景。

[1]《地基处理第三册》（第二版）编写委员会.地基处理手册[M].200Z，9.

[2]云南省公路规划设计院.昭待公路第11合同段两阶段施工设汁图(第四册)[R].2003.

[3]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）[M].2001