振动沉管水泥碎石桩在处理涵洞地基中的应用

李尚武

葛洲坝集团第五工程有限公司 重庆 400030

摘要：文章结合江綦高速公路软弱地基上的涵洞采用振动沉管水泥碎石桩处理实例，对其加固机理、成桩工艺、质量控制、效果检验等，提出全面的分析与判断，对今后该施工方法的推广具有较好的借鉴意义。

关键词：软基处理；振动沉管；水泥碎石桩；复合地基

1工程概况

重庆江綦高速公路K22+595-K22+955段路堤位于沟谷区，沟谷内分布水田及水塘，第四系残坡积低液限黏土厚8-11.4m，软基范围0-11.2m，下伏基岩为侏罗纪系中统遂宁组泥岩夹粉砂岩，该路段设有盖板涵一处，该路堤中心最大填高为10.5m。各土层物理指标见表1

土层厚度

（m） 静探Ps值

（MPa） 容重

（KN/M3） 竖向固结系数

（cm2/s） 径向固结系数

（cm2/s） 快剪摩擦角

（。） 固结快剪摩擦角

（。） 快剪内聚力

（KPa） 压缩模量

（KPa）

0-2.4 0.47 19.0 0.000375 0.0110 3.6 13.75 24.2 2980

2.7-7.2 0.75 19.0 0.000480 0.0115 4.8 14.80 28.0 4050

7.2-10 0.54 19.0 0.000390 0.0110 3.8 13.90 24.8 3260

結合实际情况，设计上针对于该涵洞地基采用了振动沉管水泥碎石桩来形成复合地基以提高地基承载力。

2振动沉管水泥碎石桩设计

2.1加固机理

采用振动沉管法处理软土地基，提高了松散土体的密度，增大土体强度，减少了其压缩性，从而提高了复合地基的工作性能。由于软土非松散土体，土粒间具有粘聚力，使得土体透水性差，孔隙水不易排出，所以在振冲碎石桩施工中，土体难以振挤密实，软土本身的土性改善不明显，并且受振冲置换、填筑碎石过程中振、冲、挤压等剧烈的扰动，使桩周土体产生超孔隙水压力，导致土的强度减低。而粘性土具有触变性，在土中填筑的碎石大大缩短了排水路径，加速了土体的固结速度，使得桩间土排水固结强度提高。

2.2设计方案

盖板涵基础下采用满堂布桩，设计桩径为0.5m，按等边三角形布置，桩间距为1.5m，涵基边缘线以外设置3排保护桩，保护桩间距按逐渐加大方式处理，便于顺适过渡到临近的处理路段。碎石桩桩长要求穿透软土层至压缩性较低的硬层0.5m。设计单桩承载力1250kPa，单桩复合地基承载力350kpa。

材料采用碎石，粒径为2-5cm，含泥量不大于3%，且不得含粘土块，在制桩时，先用水浇湿碎石，然后加入4%-8%的32.5水泥，经现场搅拌后立即使用，要求水泥碎石混合料28天无侧限抗压强度大于3MPa，抗剪强度大于1500KPa，试件尺寸及试验方法要符合规范要求[1]。

3振动沉管水泥碎石桩施工方法

本项目沉管的桩尖采用内藏活门桩尖，封底为两块钢板，藏于桩管低口以上0.4-0.6m处，封口时钢板形成一定的角度，以便于拔管时下料畅通。桩的施工顺序采用由里向外，间隔跳打方式，成桩时采用逐步拔管法。

3.1具体施工工艺为：

a管桩垂直对准桩位；

b启动振动锤，将管桩振动锤入土中，到持力层或硬土层0.5m，使桩管周围的土进行机密；

c从桩管上端的投料斗加入水泥碎石，每米数量根据计算确定；

d边振动边逐步拔管，拔管速度为1-2m/min，每拔50cm后，暂停拔管而继续振动，停拔振动时间为20-30s；

e重复c，d工序，直至将桩管拔出地面，拔管过程中要及时向桩管内补充石料；

f移动桩架到下一孔位，重复作业。

3.2施工注意事项

a水泥碎石桩桩长必须穿过软弱土层至压缩性较低的硬层50cm，桩端终孔标准宜现场试打，通过试打测定最后50cm桩长的锤击数作为终孔控制的标准。

b为避免缩径或断桩，必须控制每米桩长投石量，实际用量不得小于计算用量的1.15倍，桩体密度主要靠贯入度控制及“少吃多餐”予以保证，贯入度控制就是在保证桩长和投石量的前提下，每米桩要见到“不进锤”（即在锤击行程大于3 cm，一次锤击后桩面下降小于5cm的这一锤）。“少吃多餐”就是根据设计桩身直径和所用的成孔管直径（不小于32.5cm），计算好好每次投石量，控制每次投石量在导管内堆高应小于1.5m，成桩高度小于34cm。

Q=kπd2 /4

Q：计算每米桩长投石量（m3/m）

d：设计桩径（m）

k：挤密系数，取1.2

c桩位中心与桩点尽量重合，桩位偏差不得大于3cm，竖向偏斜不得大于1%。

d第一遍成桩直径应达50cm，然后复打一遍，分段复打时要保证至少有50cm的重叠段。

施工完毕，待桩体强度达到设计要求后，应将桩顶部的松散体挖除，且应保证底面线以下至少1.2m的范围内应挖除处理，同时，挖去的复合地基顶面应低于涵基底面至少60cm，然后铺筑级配碎石垫层，分层压实至涵基底面标高处，压实度应大于96%，按重型击实标准[2]。

4施工质量检验

4.1现场检验

碎石桩复合地基现场检验主要有桩径、桩距、桩长、成桩垂直度、桩体材料，桩型布置等指标。各指标要求见 表2

项目 单位 允许偏差 检查方法和频率

桩距 mm ±30 抽查2%

桩径 mm 不小于设计 抽查2%

桩长 cm 不小于设计 查施工记录

垂直度 % 不大于1% 查施工记录

投料数量 Kg/M3 不小于设计 查施工记录

4.2处理效果检测

检验时间：水泥碎石桩及其上部级配碎石垫层完工后间隔一个月进行试验。

单桩竖向抗压承载力试验

水泥碎石桩单桩承载力采用静载试验测定，荷载板直径为50cm的刚性板，利用压重平台反力装置作为荷载反力，采用油压千斤顶分级加载。

单桩承载力设计值为不小于1250KPa，按500mm直径水泥碎石桩换算为245KN，最大试验荷载取单桩承载力极限值（250KN）。

加载采用分级逐级加载，分级荷载为最大荷载的1/10，其中第一级取分级荷载的2倍，试验分为10级加载[3]。

在桩顶对称位置装设2个百分表，每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量。

试验采用快速加载法，每小时加一级荷载。

现将该涵基检测中的一根桩做分析（见图1）

从图1可以看出，Q-S曲线变化缓慢，且竖向抗压承载力未到达极限值，故竖向抗压极限承载力取最大试验荷载值[3]，最大试验荷载为250KN，满足单桩承载力不低于1250KPa要求，换算为单桩复合地基承载力为600KPa。

4.3桩间土检测：

桩间土采用标准贯入试验[4]及室内土工试验[2]进行检测，对比地基处理前后的各项指标见表3

指标 粘性土

处理前 处理后 处理后

含水量 25.7 21.2 19.8

干密度 1.57 1.73 1.75

湿陷系数 0.045 0.025 0.025

标贯击数 3 6 7

孔隙比 0.617 0.501 0.480

5結论

以上试验结果表明单桩承载力大于设计值，满足设计要求。桩间土的试验表明，桩间土的各项指标较处理前明显提高。由此可见，采用振动沉管水泥碎石桩对涵基进行复合地基处理是可行的。它克服了山区软弱地基受施工场地限制且要求结构物快速加固提高承载力而促进施工进度的困难，既保证了施工质量又相对节省了工程造价。随着施工工艺的日趋成熟，振动沉管水泥碎石桩会在更多工程中广泛使用。

参考文献：

[1]王旭东 李美江等 公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTG E51-2009）[S]北京 人民交通出版社 2009.12

[2] 王园 冯瑞玲等 公路土工试验规程（JTG E40-2007）[S] 北京 人民交通出版社 2007.9

[3] 陈凡 徐天平等 建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2014）[S] 北京 中国建筑工业出版社 2012.3

[4] 李珍英 林颂恩 标准贯入试验规程（YS5213-2000）[S] 北京 中国计划出版社 2001.7