公路工程软基加固碎石桩施工技术的应用

【摘要】由于软土地基具有较大沉降量、地基承载力小、固结时间过长等特征，无法符合公路建设需求，为改善地基条件、提升地基承载力，确保工程质量，需选取科学有效的措施。作为复合地基法的重要类型，碎石桩施工技术常常用于公路工程软基加固中，其通过砂、碎石等材料进行软土置换，或利用桩振动、挤密等功能和没有加固位置形成復合地基，进而实现地基加固目的。由于碎石桩能有效提升地基承载力、降低沉降量，更具有加固时间短、施工便捷等优势，在工程软基施工中得到了广泛应用。本文通过具体工程案例，对碎石桩的概况及公路工程软基加固碎石桩施工工艺进行了分析与探究。

【关键词】公路工程；软基加固；碎石桩；概况；施工工艺；试验段；粘性土质

伴随公路事业的快速发展，全国各地越来越多地开展软土路基工程设计和施工工作，进而增加了软基加固施工的方式。公路工程对路基沉降具有较高要求，路基失稳、过量沉降等都引发安全事故，为此，地基处理方法选择是否合理对工程质量、投资与进度等都会造成直接的影响。碎石桩施工技术作为公路工程软基加固的主要方式，其最早由德国凯勒公司设计的振动水冲法发展而来，为现代振动器雏形机具，主要功能为砂土地挤密。因填料为碎石，则被称为碎石桩，继而在世界范围内得到了广泛应用。该施工技术在公路工程软基加固施工中的运用，可全部提升工程质量，具有良好的加固效果。

一、碎石桩概况

碎石是碎石桩的主要材料，在国外碎石桩与砂桩一般被叫做散体桩、粗颗粒土桩。其是指无粘结强度的桩，散体桩复合地基由碎石柱、砂桩等散体桩与桩间土构成。碎石桩是指在松软土地基中通过振动、冲击或水冲等方式成孔后，再在土孔内将碎石挤入，形成由碎石组成的大直径密实桩体，进而将软土地基整体抗剪强度有效提升，并达到地基沉降减少的目的。

作为散体桩的主要构成部分，根据其制桩工艺，可将其分为2类：振冲碎石桩与干法碎石桩。振冲碎石桩、湿法碎石桩主要由振动加水冲的制桩工艺制成；干法碎石桩则是指选取各类无水冲工艺制作而成。因软土质不同，其主要作用也有所区别，主要为挤密与置换，具体如下：

1、挤密沙土类

单粒结构为疏松沙土的结构类型，其具有较大孔隙及不稳定的颗粒位置。在静力与振动作用下，土粒可向稳定位置移动，进而减少孔隙，达到压密的作业。在碎石桩挤密成桩过程中，桩套管应向沙层挤入，此时该位置沙则向附近挤压呈现出挤密效果。挤密碎石桩加固效果可分为4点：第一，确保松沙地基挤密到临界孔隙比以下，避免沙土振动液化；第二，形成高强度挤密碎石桩，达到地基强度、承载力提升的目的；第三，加固后可对地基沉降量进行大幅度降低；第四，挤密加固后，地成呈现出均匀状态。

2、置换粘土性土质

粘性土地基内运用碎石桩，可对碎石桩自身强度、排水效果充分利用，其作用如：（1）粘性土内可形成大直径密实碎石桩体，碎石桩和粘性土可形成复合地基，对上部荷载起到支承作业，进而对地基承载力与稳定性大大提升。（2）上部荷载可集中碎石桩应力，降低粘性土应力，进而达到地基固结沉降量减少的目的。通过碎石桩对淤泥质粘性土地基进行处理，可有效降低20%到30%沉降量。（3）在粘性土地基内碎石桩可形成排水通道，进而加快固结速度。

二、工程实例

某公路工程其线路涉及地质包括：粘质黄土、粉质粘土、细砂等。因具有较高地下水位，导致其地基较为松软，且饱和细砂地震液化层，路基需通过填方方式施工，4米为路堤高度，耕地为地表形式，承载力与路基需求不符，进而可选取碎石桩进行地基加固。

通过测试计算，60到80Kpa为该工程天然地基承载力，因其具有较低地基承载力，1到1.5米为其地下水位埋设深度。为此，可选取0.8米桩径碎石桩，2米为其间距。根据等边三角形布设桩位，2侧路堤坡脚外3米范围为处理宽度，碎石桩桩长可将松软地基打穿到卵石土层顶面，并将一层碎石垫层铺设到碎石桩顶部。具体施工流程如图1所示。

三、公路工程软基加固碎石桩施工工艺

1、施工准备

施工前需平整场地，按照地形图确定场地平整标高，按照宁填勿挖的原则实施整平作业。地表坚硬物体需彻底挖除，以此确保机械设备顺利下钻。在场地内需隽星运输道路、道路2边排水盲沟、纵向排水沟等设置，并对清理、拆除范围加以确定。施工前，需进行现场成桩试验，一般试桩数量在5根以上，以此获取实际技术参数，为工程建设提供保障。在完成各项施工准备作业后，施工前可按照试桩结果与设计规定由技术人员进行技术交底。

2、碎石桩试验段施工

按照施工设计要求，碎石桩施工前需按照试验段施工，并对制桩时间、深度等进行记录，并对设计参数与施工控制相关数据进行准确验证，确保技术参数选用的科学性、合理性，并将其作为碎石桩施工的控制指标。按照现场试桩结论，获取的施工技术参数，施工过程中必须重视其对附近结构物的影响。

3、施工流程

（1）施工场地清理整平后，需对整平后的场地进行标高测量，以此对桩底、桩顶标高加以控制；

（2）按遵循设计文件，施工前期，在施工现场可将路基中心线测出，相隔20米可设置一个桩，并遵循填筑层顶面标高可进行每层填筑边线的放出。并进行相应标识，如路线控制桩、护桩、水准点等。同时照设计规定对桩位进行布设、测量放样，平面等边三角形为选取的主要形状，并做好编号施工；

（3）大面积施工前，需按照试桩结果获取正确的技术参数，如15到20分钟为每根桩成桩的时间，碎石投入量公式如下：

S=ApLK

其中，填碎石量由S表示；碎石桩截面积由Ap表示；碎石桩桩长由L表示；碎石桩充盈系数由K表示（K大于/等于1.15）。

（4）选取DZ40—60系列走管式振动沉桩机作为机械设备，桩机移动就位后，应确保其垂直度。施工过程中在人工配合下电动沉管机可准确找出桩位，人工闭合活瓣式桩尖后实施沉桩作业，在土层内振动下沉桩管，确保其符合设计深度。

（5）桩管与设计深度相符后，人工与装载机相配合进行上料施工，根据试验段参数，将一定量的碎石料添加到桩管内，整个上料过程应避免断桩、缩颈等问题的出现；

（6）为确保桩管下端碎石具有良好密实度，要求振动、拔管作业同时进行，并确保拔管具有均匀的速度，同时在每分钟1到1.5米之间有效控制其速度。

4、质量控制

首先，利用现场成桩试验对施工工艺、施工控制措施加以确定，如出现问题，需向相关部门及时上报做出整改。在施工各项记录工作检查中，如部分桩与施工规定不符，需做好补救措施。在检验复合地基施工质量时，通常选取的试验方式为单桩荷载试验；并选取多桩复合地基大型荷载试验进行加固效果检验；选取重II型动力触探法对碎石桩复合地基检验，如100毫米为其贯入量，击数则在5次以上，如表1所示。

表1 碎石桩密实度判别标准

其次，在制桩时，要求各段桩体必须与密实电流、填料量、留振时间等需求相符。制桩时应把振动器从孔口提出加料，或同时进行振捣与填筑作业。为确保施工质量，需详细观测与记录施工过程。随时间变化桩管下沉情况、碎石预定灌入数量和实际数量、提升桩管与挤压施工等都为观测的内容。按照桩管下沉时间曲线可对伴随时间变化土层松软度的实际情况进行分析，并对碎石料投放数量加以确定。碎石桩桩顶施工过程中，因上覆压力不断降低，桩顶极易出现松散层，加载施工前期需做好挖除与压实作业，并将复合地基的作用充分发挥出来。

四、结束语

综上所述，随着社会经济发展速度的不断提升，我国公路工程建设规模也随之扩大。碎石桩施工作为公路工程软土地基加固施工的重要技术之一，为确保工程建设整体质量，施工企业必须严格遵循工程实际情况，规范施工工艺，选取科学有效的防护措施，延长工程使用寿命，提升行车安全性。

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作者简介

翟光明，男，（1976-），河南驻马店人，本科，研究方向：公路桥梁。