碎石桩加固软土地基在高速公路中的应用

李志军，李钦勇，闫桃芬

（1.内蒙古锡林郭勒盟满都拉图养路工区，内蒙古 苏尼特左旗 011300；2.内蒙古二连浩特边防公路机械化养护队，内蒙古 二连浩特 012600）

碎石桩法是指用振动或冲击荷载将底部装有活瓣式钢桩靴的桩管挤入地层，在软弱地基中成孔后，再将碎石从桩管投料口处投入桩管内，然后边振动、反插，边上拔桩管，形成密实碎石桩，从而加固软土地基的施工方法。碎石桩与周围土体一起形成复合地基,以提高地基承载力和减少沉降，从而达到软土地基加固处理的目的。

1 工程概况

国道207线宝昌至三号地高速公路建设项目在主线K267+100～K267+600段和K280+350～K281+100段采用了碎石桩法加固软土地基；主线路面结构:上面层为4 cm AC-16F中粒式沥青混凝土，中面层为5 cm AC-20C中粒式沥青混凝土，下面层为7 cmAC-25C粗粒式沥青混凝土，基层为20 cm水泥稳定级配碎石，底基层为20 cm水泥稳定级配碎石，垫层为20 cm级配碎石。

2 碎石桩施工地质原因分析

主线K267+100～K267+600段，长度为500 m，位于丘陵间洼地，地势平缓，多雨年份积水成滩，地表植被茂密，地表出露土层主要是第四系沼积青灰色高液限黏土和低液限粉土，土质松软，地基承载力较低，该段没有常年积水，地下水一般埋深1.5 m～2.5 m，雨季最大积水深度为0.35 m，局部最大软土层厚4.0 m，其余软土层厚度大于2.0 m；主线K280+350～K281+100段，长度为750 m，位于干涸湖泊边缘，地势低洼,地表出露土层主要是第四系冲积、沼积的低液限黏土、低液限粉土、粗砾砂和粉细砂层，地表植被茂密,表层土质松软，地基承载力较低,该段没有常年积水，地下水一般埋深为1.5 m～2.0 m，雨季最大积水深度为0.45 m，该段在距湖泊最近处的低洼部分软弱土层厚度最大，在3.0 m～4.0 m之间，其余软土层厚度大于2.0 m；上述两个段落均采用碎石桩法加固地基,同时路基底部填筑80 cm石渣，用冲击压路机冲压30遍，并铺设土工格栅,最后结合超载预压进行处理。

3 试验段确定施工方法和参数

根据试验段相关试验数据、施工现场实际情况、地形地质、以往类似工程实际施工经验和工程具体要求确定了施工方法和施工参数。

3.1 施工方法

本项目采用振动成桩法进行碎石桩的施工工作。

3.2 施工参数

（1）桩间距：桩中心间距均为1.5 m，按梅花桩布置。

（2）桩长：根据地勘资料确定，考虑地面标高及加铺石渣垫层厚度，相邻桩号间碎石桩长度可内插确定，处置深度为2.5 m～7.7 m。

（3）桩径：桩径统一为0.4 m。

（4）桩体材料：碎石桩所用碎石粒径为2 cm～5 cm，碎石最大粒径不大于5 cm，含泥量不大于5%。

（5）打桩机功率：宜为100 kN～150 kN。

4 碎石桩施工工艺控制

（1）清理整平施工场地，测量地面高程，放线定位，按梅花桩标记碎石桩施打位置，并进行桩位高程和位置复核。

（2）打桩机就位，合拢活瓣式钢桩靴,将管桩垂直向下，钢桩靴对准桩位标记，钢桩靴垂直向下深入土中。

（3）启动振动锤，开始施打，桩管沿桩位垂直向下沉至设计深度。

（4）沉管至设计深度后，进行碎石灌注作业,将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量与充盈系数（控制在1.4～1.5之间）计算，并严格做好施工记录。

（5）逐步拔管，拔管时先振动5 s～10 s后开始拔管，边振边拔，拔管速度控制在1.0 m/min～1.5 m/min，每拔高0.5 m～1.0 m时，停止拔管并继续振动（10 s～20 s）,每提升约1.5 m时反插一次。

（6）根据单桩设计碎石量确定第一次投料成桩长度，并及时补充桩管内碎石。

（7）重复步骤（5）和（6），直至桩管提升至地面,该点碎石桩施工完毕。

（8）移至下一点,重复步骤（2）～（7），完成下一点的碎石桩施工工作。

（9）采用由两侧向中间，隔行跳打的方式，重复步骤（8），完成全部碎石桩的施工工作。

5 碎石桩施工注意事项

（1）碎石桩施工前，路基两侧开挖纵向排水沟，保证路基在固结过程中挤出的地下水及时排走。

（2）施工前，进行成桩实验（一般为7～9根），以确定设计参数和桩长是否合理。

图1

（3）振动成桩速度不能过快，以免造成碎石灌入量不足、碎石不密实、桩径不足和断桩等问题，影响处理效果，引起路基病害。

（4）管内灌入碎石量大于1/3管长时，方可开始拔管。

（5）拔管速度控制在1 m/min～1.5 m/min为宜，不能过快以免造成断桩、缩颈等质量事故。

（6）碎石桩实际灌注量不得小于计算的95%，发现灌注量不够或中断等情况，应采用反插或复打等措施。

（7）碎石桩桩长按照设计桩长与贯入度双控控制，贯入度控制为:在最后2 min内贯入度小于5 cm。

（8）桩位准确、桩身连续垂直，桩距误差不大于15 cm，垂直度偏差不大于1.5%。

6 碎石桩施工后的试验检测

本项目采用慢速维持荷载法检测碎石桩路基承载力特征值是否满足150 kPa的设计要求，检测时以自卸车作为反力，手动1 000 kN油压千斤顶加荷，油压表量测荷载，两块百分表量测沉降变形，分8级逐级加荷，每级相对稳定，标准观测时间间隔按规范进行。选择具有代表性的两个试验点，荷载试验结果见表1、表2。

表1 K267+140.3-16＃荷载试验结果汇总

表2 K280+798.4-27＃荷载试验结果汇总

7 结束语

碎石桩加固软土地基具有挤密、排水降压和砂基减震作用，因其具有技术可靠、机具设备简单、操作技术易于掌握，节省三材、加速施工进度、节约成本等的特点而广泛应用。当然，在利用碎石桩法加固软土地基施工过程中应注重理论联系实际，结合施工现场实际地形地质情况，依据试验数据,确定科学合理的施工方案，并加强过程控制，用试验数据和施工经验来指导施工；碎石桩法施工完成后，一定要进行预压和定期沉降观测，并做好监测记录。

［1］国道207线宝昌至三号地（蒙冀界）段高速公路两阶段施工图设计，2008.6.

［2］舒怀珠.振冲碎石桩处理饱和软弱土地基的工程应用研究［J］.公路水运，2008 年 08 期.

［3］赵明.碎石桩复合地基理论分析与试验研究[D].湖南大学，2002年.

［4］张荣堂.碎石桩在宁合高速公路上的应用[J].中国市政工程，1996年04期.