砾石桩加固公路盐渍化软土路基施工技术要点

李希杰

（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050021）

砾石桩指的是通过水冲、振动与冲击使软弱地基成孔，然后把碎石或砂等材料挤压到孔内，以此形成一个直径较大的由砂石或碎石构成的完整桩体。在砾石桩成型以后可以起到加筋、挤密、置换、排水等作用；在不均匀地基中采用砾石桩进行处理后能变成均匀地基，满足施工提出的要求；另外，在砾石桩成型以后会使地基排水条件发生很大变化，提供很大的排水通道，为地基土中水的排出创造良好条件，还能提高抗腐蚀能力，避免排水通道被结晶盐等物质堵塞。采用沉管的方法进行砾石桩施工对场地地质条件基本没有要求，而且公路所在地区的石料储备丰富，能实现就地取材，成本相对较低，十分适合在盐渍化软土情况中使用。

1 工程概况

某公路所在场地地下水埋深相对较浅，且地表排水情况较差，分布有大量盐渍土，经测试，其盐渍化程度可以达到过盐渍土，土体的天然含水量在27.4%～39.8%范围内，液限在28.1～39.1范围内，孔隙比在0.74～1.07范围内，压缩系数在0.24～0.43范围内，上述指标都十分接近软土标准，加之盐渍化程度超过弱盐渍土，故属于典型的盐渍化软土。对于该类土，不仅压缩性较强，而且有很高的盐渍化程度，主要含有硫酸盐和亚氯盐。在这种特殊条件下进行施工，容易产生很多病害，包括路基翻浆、不均匀沉陷和路面破坏，对公路正常使用有很大影响，应做好加固治理。

对于盐渍化路基，可采用以下几种方法处理：a）提高路基；b）设置隔断层；c）强夯处理；d）浸水预溶与强夯处理相结合；e）采用半刚性基层；f）挤密桩加固；g）二灰稳定法；h）换填处理；i）化学处置。在选择具体处治方案的过程中，应充分考虑软土性质及易溶盐的危害。该公路K382+400—K382+700段分布有沉积厚度可以达到5～7 m的盐渍化软土，应对其进行深层处治，通过对多方案的综合对比，决定采用砾石桩对本工程盐渍化段进行深层处理。

2 施工材料与设备要求

2.1 施工材料要求

加固材料以砂砾石为主，其粒径控制在5～50 mm范围内，颗粒含量在50%以上，且含泥量不超过10%，应注意已经风化的石料不可在施工中使用[1]。

2.2 施工设备要求

该工程砾石桩施工主要使用振动沉管的方法进行，沉管设置为振动机、料斗、打桩机，在打桩机中，套管内径为385～450 mm，使桩身直径达到500 mm以上。在振动沉管过程中，振动头的频率按照24.5 Hz控制，而电压应稳定在360～400 V范围内。对于激振力，应控制在100～150 kN范围内，对于振孔器的电流控制在80 A。振动沉桩锤作为施工主要设备类型，其主要技术参数包括：a）电动机功率为45 kW；b）激振频率为1 030 r/min；c）电机转速为980 r/min；d）激振力为288 kN；e）锤重为4 500 kg；f）容许加桩力为175 kN；g）工作电流为100 A；h）电压为380 V；i）桩头形式采用活页式平底桩头。除振动沉桩锤，还需使用到以下几种机械设备：自立式桩架，主要由行走机构、平台、支撑、动力机构、电器与附属起落架几个部分构成，依靠自身动力即可完成吊锤、行走、回转、起落、倾斜度调整，在多桩位施工中经常使用；灌砂桩管，由无缝钢管通过焊接而成，在管的下端设置圆锥形的桩尖，主要技术参数包括：外径500 mm、内径472 mm、桩管长7 m、桩尖长0.7 m、进料口长0.65 m、桩管容积1.22 m3；辅助设备包括装载机，型号为ZL-40，规格2 m3，数量为1台；自卸汽车1台；变压器，型号为SJ-320，规格为320 kV·A，数量为1台；千斤顶，型号为LQ-30，顶力为30 t，数量为3台；起重机，型号为QL3-16，规格为16 t，数量为1台[2]。

3 施工工艺流程

砾石桩的施工工艺流程为：a）清除场地范围内的表土并铺设厚度达到30 cm以上的砂砾；b）组织吊机进场；c）使振孔器到指定位置；d）开启振动器开始挤土成孔；e）将振孔器提起，并向孔内倒入砾石；f）振捣；g）再次将振孔器提起，并向孔内倒入砾石；h）二次振捣；i）制桩直到孔口处；j）移动到下一个点进行施工[3]。

4 操作方法与要点

a）借助振动沉桩锤以1～2 m/min的速度把桩管打入到地基当中，直到设计要求的深度，然后振动0.5 min的时间，通过振动将桩管拔出5 cm。通过这样的处理，能使桩尖开口，起到减小起拔过程中所受摩阻力的作用。

b）向沉入到位的桩管中倒入之前准备好的砾石料，使砾石料高度达到实际抽拔高度的2～3倍。

c）采用振孔器进行留振时，应持续10～20 s的时间，同时每向上提升1 m的高度，都要悬振30 s的时间，并反插5次。

d）在拔管时，速度按照1.5～3.0 m/min严格控制。

e）在拔管的同时做好振动，将留振与反插充分结合到一起。在与地面相距1～2 m的地方，因侧向约束力相对较小，所以不容易成桩，对此，在这一深度部位，可采用超载投砂的方法，并通过振挤来保证粒料密实度[4]。

f）继续在振动的同时向上拔桩，直到地面。

g）对桩架进行移位，开始对下一个孔位进行施工。

5 质量保证与控制

在实际施工过程中，应采取以下措施保证施工质量：

a）在桩管起拔过程中，速度不能太快，具体的起拔速度可通过试验确定，一般情况下按照1.5～3.0 m/min严格控制。

b）对每段桩的砾石灌注量进行严格控制，通常按照桩孔体积，结合砾石处于中密状态下的干密度通过计算确定，实际灌注量应达到计算结果95%以上。

c）每段桩的实际起拔高度与留振的时间都应通过现场试验来确定。

d）在软黏土条件下进行施工时，要在桩管进入到土体当中之前先向桩管当中灌入一定量的砾石，将砾石打入至设计要求的深度后，连续振打2～3次，这样能有效保证成孔质量，为之后的施工奠定良好基础[5]。

6 质量检验

a）对砾石桩进行质量检验的内容、标准：

（a）桩身垂直度，采用观测桩架与桩管实际垂直度的方法来检验，要求不超过桩长的1.5%。

（b）桩点位置，采用对两个方向上的最大值进行检查的方法来检验，要求偏差不超过±15 cm。

（c）灌砂石量，采用对施工记录曲线进行检查的方法来检验，要求不小于单位长度的要求值。

（d）桩身强度，采用重型动力触探仪进行检验，桩体密实度达到10 cm、贯入的锤击数不小于5击的要求，场地范围内的砾石桩大部分处在中等密实状态，承载力保持在300～450 kPa范围内。

（e）桩身，采用对施工记录曲线进行检查的方法检验，不得小于设计要求的值。

（f）桩径，采用尺量的方法进行检查检验，不得小于设计要求的值[6]。

b）完成对砾石桩的施工后，应对加固效果进行全面检查，具体内容包括：

（a）静力触探检测 根据检测结果可知，因施工振动会使土体产生液化，孔隙水还没有完全消散，工后10 d砾石桩之间的土体在挤密与振动作用下导致孔隙水压提高，强度只有原地基80%左右；工后20 d伴随孔隙水压不断消散，以及固结程度不断提高，砾石桩之间土体的强度可以恢复到原始状态，局部点位承载力更是提高了10%～20%。

（b）载荷试验 对砾石桩与桩周土都进行载荷试验，以此确定桩体及桩周土的实际承载力，然后通过计算确定复合地基整体的承载力。通过对相关试验结果的统计可知，复合地基整体承载力达到170 kPa以上，相较于处理之前提高了近70%，加固效果十分显著。

7 结语

综上所述，盐渍化软土不仅压缩性较强，而且还有很高的盐渍化程度，若作为公路工程的路基，则会产生诸多病害，如路基翻浆、沉陷与路面破坏，针对这种实际情况，可采用砾石桩的方法进行加固处理。该方法将砂砾石作为主要加固材料，其粒径控制在5～50 mm范围内，颗粒含量在50%以上，且含泥量不超过10%。另外，风化后的石料不可在施工中使用，以免对地基土正常排水固结造成影响，并应提高抗腐蚀能力，避免排水通道被堵塞。施工主要采用振动沉管的方法，在向上起拔桩管的过程中，注意速度不能太快，并对各段实际灌料量进行严格控制。经试验可知，该工程盐渍化软基砾石桩处理技术合理可行，加固效果显著，值得类似工程参考借鉴。