浅析碎石桩+塑料排水板处理西南地区软土地基的应用

杨波

（山西机械化建设集团有限公司）

1 该工艺特点

（1）采用了碎石桩和塑料排水板的组合施工工艺，能充分发挥碎石桩和塑料排水板各自进行地基处理的优点，进行优势互补，避免单一地基处理方法的缺陷。

（2）缩短填筑体沉降稳定周期，加快机场道面施工进度。

（3）采用在盲沟上铺设排水垫层的方法，保证了场地的排水通畅。

2 该工艺适用范围

该工艺适用于西南地区机场对淤泥质黏土、软塑状黏土和可塑状黏土进行地基加固处理的机场地基处理工程。

3 工艺原理

碎石桩采用振动沉管法，梅花形布桩，桩长应穿透软弱土层和硬塑夹层，达到持力层。待碎石桩施工完毕并检测合格后，对桩顶碎石进行碾压，在桩顶铺设底层土工布，再铺设级配碎石褥垫层，用插板机在桩间形心插塑料排水板。使碎石桩、塑料排水板和原土层构成复合地基，显著提高地基承载力，降低压缩性。排水板检测后，再铺设级配碎石褥垫层和上层土工布覆盖塑料排水板。

排水盲沟穿越碎石桩+塑料排水板区域时，应先施工盲沟，后施工碎石桩及插板，最后在盲沟顶部铺设排水垫层。在上部预压荷载作用下，软土地基中的孔隙水由塑料排水板排到上部铺设的碎石垫层中，再通过场地的盲沟系统排出，加速软基排水固结。

4 施工工艺及操作要点

4.1 施工工艺流程

铺设施工垫层→碎石桩施工→检验、验收→铺设排水垫层底部土工布→铺设第一层排水垫层→塑料排水板施工→测量、验收→铺设第二层排水垫层覆盖排水板和盲沟顶部→铺设排水垫层顶部土工布。

4.2 操作要点

4.2.1 铺设施工垫层

场地清表后，铺设50cm厚中风化砂岩垫层并平整，用振动压路机压实，要求压实度≥90%，以满足桩机行走。

4.2.2 碎石桩施工

（1）工艺流程

试验性施工→布点和桩机定位→桩尖到达持力层→桩管装入碎石→挤密碎石成桩→拔管至原地面。

（2）试验性施工

正式施工前，应结合地质情况选取代表性位置进行成桩工艺和成桩挤密试验。需确定的施工参数包括：持力层最大电流、充盈系数、反插次数、留振时间等。碎石桩施工完成21d后，进行桩身重型动力触探检验和桩间土标贯检测，检验是否满足设计要求。

（3）布点和桩机定位

碎石桩的布点采用等边三角形布点，间距1.8m，布桩误差控制在±5cm内。

待桩机就位后，合拢合瓣桩尖，将桩管向下垂直，校正桩管垂直度≤1.5%，使桩尖对准桩位标记，利用桩尖徐徐静压1～2min后，开启振动锤使桩管下沉。

（4）桩尖到达持力层

启动振动锤，使桩尖下沉到持力层，要求达到持力层电流值≥150A，并持续振动1～2min，确保穿透软弱土层和硬塑夹层。

（5）桩管装入碎石

停止振动，稍提升桩管使桩尖打开，立即将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论体积与充盈系数计算。严格控制碎石灌入量，充盈系数一般控制在1.2～1.4。

（6）挤密碎石成桩

①振动拔管：管内灌入碎石高度需大于2/3管长，方可开始振动拔管；拔管速度应均匀，不宜过快，宜控制在1m/min，每提管50cm留振20s。

②每拔管达到1m向下反插深度不小于30cm至稳定电流，在距离地表2～6m范围内，反插深度不小于50cm，进行数次反插直至桩管内碎石全部灌入。

③拔管过程中，应经常敲击沉管，确保沉管内碎石流入桩孔内，避免缩颈现象发生。

④投料时要分批加入，并有专人负责记录碎石灌入量，直至该桩设计碎石用量全部投完为止，以防超灌或少灌。

（7）拔管至原地面

①桩尖拔出地面后，启动振动，进行最后一次反插。

②孔口加压至前机架抬起时，完成一根桩施工。

③移动桩机至另一点位，重复以上操作。

4.2.3 检验、验收

（1）桩身重型动力触探检验

动力触探检测应符合以下要求：最小值不小于3击，平均值不小于8击，加固面以下1～6m范围平均值（超过10击时应予以剔除）不小于5击。检验数量不少于桩孔数2%，且每个碎石桩作业区至少3点。

（2）桩间土标贯检验

桩间土检验点应位于桩间形心，检验深度不小于桩长，每2000m2检验1点，且每个碎石桩作业区至少3点，检测位置应靠近桩身重型动力触探检验点。

（3）检验宜在碎石桩施工21d后进行。

4.2.4 铺设排水垫层底部土工布

碎石桩施工并检测完成后，对场地进行清理、平整，用振动压路机对桩顶进行碾压2遍，在桩顶铺设一层渗水土工布，土工布规格为200g/m2。

4.2.5 铺设第一层排水垫层

在土工布上铺设25cm厚级配碎石垫层，垫层材料要求最大粒径≤5cm，含泥量≤3%。以便塑料排水板可以埋入碎石垫层，并且填筑体加载荷后，可以形成排水通道。

4.2.6 塑料排水板施工

（1）工艺流程

排水板试验性施工→插板点位放样→插板机定位→振动插入排水板→拔管并剪断排水板→插板机移位。

（2）排水板试验性施工

铺设排水垫层后，再进行插板施工。在正式施工前，应结合地质情况选取代表性位置进行试验性插板施工，保证排水板入土长度穿透软弱土层，试验后对排水板进行入土长度检测和排水板间距检测。

（3）插板点位放样

塑料排水板的布点在碎石桩间形心，平面定位允许偏差≤5cm。（4）插板机定位

将排水板与桩尖连接贴紧管靴并对准放样点位。

（5）振动插入排水板

排水板入土深度以穿透软弱土层到达持力层为准，实际打入深度不得小于设计深度，并参考碎石桩入土长度，施工要求插板进入持力层1～2m。

（6）拔管并剪断排水板

到达设计深度后，开始拔管，要求塑料排水板顶端埋入碎石褥垫层内的长度不应小于0.5m，并进行剪断。

（7）插板机移位

移动机架至另一点位，重复以上操作。

4.2.7 测量、验收

（1）塑料排水板入土长度检测，不得低于设计值，要求板长穿透软弱土层到达持力层，检测数量不低于插板根数的30%。

（2）塑料排水板间距检测，检测数量不低于插板根数的4%，允许偏差±150mm。

4.2.8 铺设第二层排水垫层覆盖排水板和盲沟顶部

插板完成并检测后，然后再铺设25cm的碎石垫层以覆盖排水板和盲沟顶部，确保塑料排水板外露部分埋入碎石排水垫层中。盲沟内碎石用渗水土工布包裹，盲沟土工布规格为300g/m2。

4.2.9 铺设排水垫层顶部土工布

对排水垫层进行平整，用振动压路机对垫层进行碾压2遍，再铺设排水垫层顶部渗水土工布，土工布规格为200g/m2。

排水盲沟穿越碎石桩+塑料排水板区域时，应先施工盲沟，参考盲沟设计图纸和实际地形开挖盲沟，结合软弱土地基处理的排水垫层，布置于原地基。盲沟出水口应延伸至边坡以外，并与坡外排水沟相连接。

5 材料与设备

5.1 材料

（1）桩体碎石和碎石垫层规格。

碎石饱和单轴抗压强度fr≥30MPa，连续级配，粒径≤5cm，含泥量≤3%。

（2）盲沟碎石规格。

碎石饱和单轴抗压强度fr≥30MPa，连续级配，粒径3～7cm，含泥量≤3%。

（3）垫层土工布规格：200g/m2。

（4）盲沟土工布规格：300g/m2。

（5）塑料排水板规格型号：SPB-B型。

5.2 施工设备

碎石桩机、塑料插板机、装载机、压路机、GPS、钢卷尺、洒水车。

6 质量控制

6.1 碎石桩施工质量控制

（1）根据碎石桩成桩质量分析及现场地质状况，碎石桩沉管电机应采用双电机，且每台电机功率为55kW；桩底到达持力层的电流值不小于150A，才能确保桩体穿过设计要求的软塑、可塑土层达到硬塑层，确保桩体着底深度（桩长）达到要求。

（2）桩底到达持力层后，应并持续振动1～2min，确保能穿透硬塑夹层。

（3）拔管速度和反插次数严格按工艺要求实施。拔管速度应均匀，宜控制在1m/min，不能过快，否则会导致成桩直径较小，甚至产生缩径或断桩。

（4）碎石桩拔管过程中，应经常敲击沉管，确保沉管内碎石流入桩孔内，避免缩颈现象发生。

（5）注意填料时要分批加入，不宜一次加料过多。应有专人负责记录碎石灌入量，以防超灌或少灌。

6.2 塑料排水板质量控制

（1）要求插板穿透软弱土层到达持力层，并进入持力层1～2m。

（2）塑料排水板接长时，采用滤膜内芯板平搭接的连接方式，搭接长度宜大于20cm。

（3）排水板定位偏差≤50mm，打设过程中套管的垂直度偏差≤1.5%。

7 效益分析

采用碎石桩+塑料排水板的组合施工工艺对软弱土地基进行处理。该工艺既能显著的提高软土地基的地基承载力和抗剪切能力，很好的控制地基深层水平位移，减少工后沉降；又能缩短软弱土地基的排水固结时间，提高地基软弱土的强度。对比换填处理，节约施工成本，具有良好的社会效益和经济效益。