砂砾桩处理沼泽段软土地基技术应用

刘长喜

摘 要：结合S321线火烧桥至额尔宾山项目，对砂砾桩施工过程及控制要点进行分析总结，得出采用砂砾桩挤密加固技术可确保公路路基顺利通过沼泽段和淤泥段的结论，同时合理的施工技术可以有效缩短工期，提高公路投资效益，为公路施工提供更多选择方案。

关键词：砂砾桩；软土地基；技术；应用

中图分类号：U416.212 文献标志码：B

0 引 言

S321线火烧桥至额尔宾山公路工程项目软土路基系天然形成，植被丰富，多为第四系沼泽沉积层。经地质钻探，淤泥质沉积层深度多在8～16 m之间，属不良地质路段。对于此类地质，从技术及经济角度分析大多不采用换填及强夯处理。通过方案比选及处置效果，最终设计采用了砂砾桩施工处理方案。砂砾桩施工的加固原理是：依靠沉桩过程中对周围土层的挤密作用，提高软土地基的承载力[12]。该技术对地基的适应性较强，用于软弱地基加固时，通过增加地基强度、加快地基固结、减少结构物沉降、提高地基的抗液化能力，从而显著地提高软弱地基的承载力，有利于后续工序的快速推进，对周围环境的影响程度小，符合项目的环保要求。因此，采用砂砾桩挤密加固技术可为公路路基顺利通过沼泽段及淤泥段等软土地基提供可靠保证。

1 工程概况

新疆维吾尔自治区S321路线沿额尔宾山平缓处布置，北高南低，11～17 km处为浅层换填及砂砾桩处理段，其余段落为老路换填段。砂砾桩处理段全长为304 km，设计方案为：先整平地面，清除表层草甸等杂物，再铺设砂砾垫层，然后进行挤密成桩。砂砾桩按三角形布置，间距为1.1 m，桩体穿过软弱土层。处理范围大于基础宽度，设置于排水沟外侧，并在基底外缘扩大一排设置。施工采用振动沉管方案，施工顺序为：从外围向中间隔排施工；在既有路基旁施工时，从距已处理既有地基的05 m处向背离路基方向进行施工。

2 施工前准备工作

（1） 根据实际编制实施性施工方案，力求考虑周到、措施得力、便于操作，并上报监理工程师批复。

（2） 拆除障碍物，平整场地，在施工作业面两侧采用人工或机械挖出深度为30 cm的土质排水沟，并在作业面标高的最低处与路线方向垂直放置混凝土管。合理划分每段的施工长度（根据现场施工速度确定），然后采用先铺筑40 cm砂砾垫层工作面再打砂桩的递推法进行施工，并从施工段起、终点两侧向内推进。打桩施工完毕后，在桩顶设置横向排水措施。

（3） 根据设计要求，布设桩位、桩间距，安排桩的分布形式。

（4） 机械设备的选择。根据地段的基础、砂砾桩桩径及桩长情况，选择合适的机械设备。本项目选用DJ60型打桩机，满足设计打桩深度及功率要求。具体施工机械设备见表1。

3 工艺性试桩及确定控制参数

实际施工之前应进行成桩试验，以便根据现场实际情况确定各项技术参数，如成桩时间、压放砂石量及工艺流程确定等，确保大面积施工质量。

有针对性地选择试桩位置，既要考虑软土厚度，又要顾及地质特点，所选位置必须具有代表性，桩位数量不少于5个。

试桩时施工方、监理方均应在场，做好详尽的现场记录。成桩30 d后进行单桩承载力、单桩复合地基承载力试验及桩身密实度检测，检测时采用重Ⅱ型动力触探法。分析单桩承载力与灌入量为30 cm时锤击数的关系，试桩完成后必须提交试桩报告，重点阐述桩身密实度、桩长及荷载试验情况（含荷载沉降曲线，沉降时间曲线），总结评价施工工艺、施工质量以及加固效果。

4 砂砾桩施工工艺

（1） 桩机就位。根据门架振动挤压砂砾桩机走向钢轨标出的桩位标记，移动桩机，使桩机对准打桩线；启动0.5 t卷扬机，按照下横梁上标出的桩位标记移动导向架，使桩管（尖）对准打桩点，并将卷扬机离合器刹紧；松动1 t卷扬机离合器，使桩尖接触桩位点。

（2） 启动桩锤电机，使桩锤振动，桩管沿桩位下沉，桩管必须下沉到设计深度。

（3） 灌砂石。根据桩深，按规定的灌砂石量将砂石装入桩管内；如果桩管一次容纳不了应灌入的全部砂料，待桩管提升振动挤实一段时间以后，再将剩余的砂石料补充装入。

（4） 沉桩过程中的振动挤实。第一次把桩管提升80～100 cm，提升时桩尖自动打开，桩管内的砂石料流出。

（5） 降落桩管，振动挤压15～20 s。注意观察料斗中砂石料的变化，如果砂石料没有减少，说明桩尖没有打开，需要继续提升桩管，直到桩尖打开为止。

（6） 每次提升桩管50 cm，挤压时间以桩管难以下沉时为宜。按上述办法经多次往复升降压拔桩管，灌砂挤密地基。

（7） 完成桩灌砂石量后，将桩管提升至地面，再移到下一根桩位。施工操作程序见图1。

通过研究设计标准及试桩总结报告，在处理类似软土地基时，所用砂石料的含泥量不得大于5%，最大粒径不宜大于50 mm[3]。确保成桩的密实度和骨架结构符合设计要求。桩管应沿导向架下沉，并始终同导向架保持平行，如发生桩管偏斜须及时纠正，确保桩管垂直下沉。尽可能采取接近梅花型的插打法，施工推进顺序为：先打第一排的各桩，接着向前推进，隔一排打第三排的各桩，然后再退回打第二排各桩，以此类推，避免对成桩的二次扰动。做好交接班工作，对于桩机工作状态、电机运转情况、桩锤工作状态、卷扬机系统工作情况、打桩深度、完成数量及施打桩位均应详细记录和认真交接。

6 质量控制及检查验收

6.1 质量控制

在施工中，应重点控制桩管的下沉时间，挤压时间和灌砂量。当砂砾桩间距为11 m时，每1 m桩身的下沉时间不少于110 s，每根桩下沉所需时间应按桩身长度计算。振孔器留振时间一般控制在10～20 s，沉管每升1 m，悬振30 s，反插5次。拔管速度以1.5～3.0 m·mim-1为宜，倒入沉管内的砂砾高度不小于抽拔高度的3倍。加固密度采用边拔管边振动，留振和反插相结合的方法。在距地面1～2 m处，由于侧向约束薄弱，不利于成桩，应先采用超载投砂法，再通过振挤以提高粒料的密实度。充盈率一般控制在1.5左右。endprint

（2）式中：μS为桩间土应力折减系数；n为桩土应力比（一般经工程试验确定；无资料时，n取2～5，当桩底土质好、桩间土质差时取高值，否则取低值）；S为粒料桩桩长深度内原地基的沉降。

6.2 质量检查

（1） 检查设备及方法。检查设备采用轻型动力触探仪，这种仪器轻便灵活，操作简单，可沿深度连续测定，其测定结果与饱和砂土干密度之间的关系密切，误差小、相关性好，可根据N10得出地层的干密度。触探仪探头规格为：直径40 mm，圆锥角60°，截面积125 cm2。检查方法：在选定的检查位置连续锤击贯入，记录贯入10 cm的锤击次数（落锤量10 kg，落距50 cm）。

（2） 检查时间。因为打桩完成1 d后，孔隙水压力基本消散，故质量检查可在1 d后进行。

（3） 检查位置。应选在3根桩组成的等边三角形中心。

（4） 检查数量。在每台桩机打完桩的地段，隔30 m划分1个检查地段，并将此段沿线路纵向等分分成四区，在第一、三或二、四区各抽查1处，检查不合格时，则须在未检查的两区各抽查1处，以便评定施工质量和确定处理方法。

6.3 质量评定

（1） 施工时，应以设计深度为依据，以桩管实际下沉深度和下沉时间的长短来判定桩深是否达到要求深度。

（2） 打桩后，判定桩深范围内地层密度是否达到设计密度的标准为：自原地表测量，设计桩深在1.5 m以内时，设计桩深范围内的地层密度不应小于1.70 g·cm-3，相应锥探锤击次数不少于10次；设计深度在1.5 m以下时，设计桩深范围的地层密度不应小于1.68 g·cm-3，相应锥探锤击次数不应少于9次。对于粉细砂地层，沿深度连续有3个及以上锥探值不合要求时，即为不合格。

（3） 根据质量检查结果，评定施工质量的好坏。质量不合格者应分具体情况，对部分或成段进行补桩。具体评定标准参照表2[5]。

7 结 语

通过严格的质量控制，并进行成桩检测，各项控制指标满足设计要求，达到了预期处理特殊路基的技术要求。在施工过程中，杜绝了赶工期和不按规定时间成桩的现象。严格按照施工控制流程和设计要求（必须达到持力层）进行深度控制，稳定路基持力层，使得路基稳定性满足承载力要求。

参考文献：

[1] 刘松玉，易耀林，杜延年，等.变径搅拌桩处理成层软弱地基的现场试验[J].中国公路学报，2012，25（2）：18.

[2] 崔新壮.交通载荷作用下低路堤软粘土地基累积沉降规律分析[J].中国公路学报，2009，22（4）：18.

[3] JTG F10—2006，公路路基施工技术规范[S].

[4] JTG D30—2004，公路路基设计规范[S].

[5] JTG F80/1—2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[责任编辑：袁宝燕]endprint

（2）式中：μS为桩间土应力折减系数；n为桩土应力比（一般经工程试验确定；无资料时，n取2～5，当桩底土质好、桩间土质差时取高值，否则取低值）；S为粒料桩桩长深度内原地基的沉降。

6.2 质量检查

（1） 检查设备及方法。检查设备采用轻型动力触探仪，这种仪器轻便灵活，操作简单，可沿深度连续测定，其测定结果与饱和砂土干密度之间的关系密切，误差小、相关性好，可根据N10得出地层的干密度。触探仪探头规格为：直径40 mm，圆锥角60°，截面积125 cm2。检查方法：在选定的检查位置连续锤击贯入，记录贯入10 cm的锤击次数（落锤量10 kg，落距50 cm）。

（2） 检查时间。因为打桩完成1 d后，孔隙水压力基本消散，故质量检查可在1 d后进行。

（3） 检查位置。应选在3根桩组成的等边三角形中心。

（4） 检查数量。在每台桩机打完桩的地段，隔30 m划分1个检查地段，并将此段沿线路纵向等分分成四区，在第一、三或二、四区各抽查1处，检查不合格时，则须在未检查的两区各抽查1处，以便评定施工质量和确定处理方法。

6.3 质量评定

（1） 施工时，应以设计深度为依据，以桩管实际下沉深度和下沉时间的长短来判定桩深是否达到要求深度。

（2） 打桩后，判定桩深范围内地层密度是否达到设计密度的标准为：自原地表测量，设计桩深在1.5 m以内时，设计桩深范围内的地层密度不应小于1.70 g·cm-3，相应锥探锤击次数不少于10次；设计深度在1.5 m以下时，设计桩深范围的地层密度不应小于1.68 g·cm-3，相应锥探锤击次数不应少于9次。对于粉细砂地层，沿深度连续有3个及以上锥探值不合要求时，即为不合格。

（3） 根据质量检查结果，评定施工质量的好坏。质量不合格者应分具体情况，对部分或成段进行补桩。具体评定标准参照表2[5]。

7 结 语

通过严格的质量控制，并进行成桩检测，各项控制指标满足设计要求，达到了预期处理特殊路基的技术要求。在施工过程中，杜绝了赶工期和不按规定时间成桩的现象。严格按照施工控制流程和设计要求（必须达到持力层）进行深度控制，稳定路基持力层，使得路基稳定性满足承载力要求。

参考文献：

[1] 刘松玉，易耀林，杜延年，等.变径搅拌桩处理成层软弱地基的现场试验[J].中国公路学报，2012，25（2）：18.

[2] 崔新壮.交通载荷作用下低路堤软粘土地基累积沉降规律分析[J].中国公路学报，2009，22（4）：18.

[3] JTG F10—2006，公路路基施工技术规范[S].

[4] JTG D30—2004，公路路基设计规范[S].

[5] JTG F80/1—2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[责任编辑：袁宝燕]endprint

（2）式中：μS为桩间土应力折减系数；n为桩土应力比（一般经工程试验确定；无资料时，n取2～5，当桩底土质好、桩间土质差时取高值，否则取低值）；S为粒料桩桩长深度内原地基的沉降。

6.2 质量检查

（1） 检查设备及方法。检查设备采用轻型动力触探仪，这种仪器轻便灵活，操作简单，可沿深度连续测定，其测定结果与饱和砂土干密度之间的关系密切，误差小、相关性好，可根据N10得出地层的干密度。触探仪探头规格为：直径40 mm，圆锥角60°，截面积125 cm2。检查方法：在选定的检查位置连续锤击贯入，记录贯入10 cm的锤击次数（落锤量10 kg，落距50 cm）。

（2） 检查时间。因为打桩完成1 d后，孔隙水压力基本消散，故质量检查可在1 d后进行。

（3） 检查位置。应选在3根桩组成的等边三角形中心。

（4） 检查数量。在每台桩机打完桩的地段，隔30 m划分1个检查地段，并将此段沿线路纵向等分分成四区，在第一、三或二、四区各抽查1处，检查不合格时，则须在未检查的两区各抽查1处，以便评定施工质量和确定处理方法。

6.3 质量评定

（1） 施工时，应以设计深度为依据，以桩管实际下沉深度和下沉时间的长短来判定桩深是否达到要求深度。

（2） 打桩后，判定桩深范围内地层密度是否达到设计密度的标准为：自原地表测量，设计桩深在1.5 m以内时，设计桩深范围内的地层密度不应小于1.70 g·cm-3，相应锥探锤击次数不少于10次；设计深度在1.5 m以下时，设计桩深范围的地层密度不应小于1.68 g·cm-3，相应锥探锤击次数不应少于9次。对于粉细砂地层，沿深度连续有3个及以上锥探值不合要求时，即为不合格。

（3） 根据质量检查结果，评定施工质量的好坏。质量不合格者应分具体情况，对部分或成段进行补桩。具体评定标准参照表2[5]。

7 结 语

通过严格的质量控制，并进行成桩检测，各项控制指标满足设计要求，达到了预期处理特殊路基的技术要求。在施工过程中，杜绝了赶工期和不按规定时间成桩的现象。严格按照施工控制流程和设计要求（必须达到持力层）进行深度控制，稳定路基持力层，使得路基稳定性满足承载力要求。

参考文献：

[1] 刘松玉，易耀林，杜延年，等.变径搅拌桩处理成层软弱地基的现场试验[J].中国公路学报，2012，25（2）：18.

[2] 崔新壮.交通载荷作用下低路堤软粘土地基累积沉降规律分析[J].中国公路学报，2009，22（4）：18.

[3] JTG F10—2006，公路路基施工技术规范[S].

[4] JTG D30—2004，公路路基设计规范[S].

[5] JTG F80/1—2004，公路工程质量检验评定标准[S].

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