市政路基强夯和挤密碎石桩处理施工工艺

2021-06-05王皆友

工程建设与设计 2021年8期

王皆友

（中交一航局西南工程有限公司，广西玉林537000）

1 工程概况

玉林路网二环南路及综合管廊项目，道路部分为城市主干路，设计速度60 km/h，主路双向八车道、辅道双向四车道。施工现场的地质以人工填土层、第四系冲洪积层、坡积及残积层居多，不具备直接于该处施工的条件。对此，项目采用强夯法和挤密碎石桩，通过2种方式的综合应用切实提高路基的稳定性。

2 强夯法和挤密碎石桩的应用概述

强夯法指的是通过设备的外力作用冲击和振动地基土，降低其压缩性，改善地基的受力条件。强夯法的适用范围较广，在各类型土层中均具有可行性，且施工所需的机具较为简单，高效便捷[1]。

挤密碎石桩在路基处理中也取得广泛的应用，用机械设备挤压成孔，再向其中填入碎石，通过碎石与桩间土的共同作用构成完整且稳定的复合地基，可有效提高地基的承载力，避免沉降量过大和差异性沉降的情况[2]。挤密碎石桩的加固机理为：在桩体施工中，当其作用于下部坚硬层时，外加荷载在经过桩间土后转移至桩体上，从而减少桩间土的承载量，使地基维持稳定；部分软弱土层厚度较大，此时碎石桩未触及底部硬质层，软弱土层仅有部分厚度形成复合土层，该部分兼作垫层使用，地基内的应力可通过垫层向周边扩散，提高地基土中应力分布的均匀性，避免大范围沉降的情况。

3 强夯施工工艺

3.1 强夯方案概述

1）在现阶段的强夯法施工中，普遍利用梅纳经验公式计算加固深度，公式为：式中，H为加固深度，m；M为夯锤重，kN；h为落距，m；α为梅纳系数，取值区间为0.4～0.9，具体需考虑现场土质条件、夯击能大小、夯锤尺寸（主要为夯锤底面积）等因素，经多方面分析后合理取值。

2）夯点布置和夯击遍数。（1）点夯参数：夯击能5 000 kN·m，4遍，前2遍夯击5～9次，后2遍的夯击次数视实际情况控制，直至收锤为止；夯点按3.5 m×3.5 m正方形布置；2遍夯间隔跳夯。（2）满夯参数：夯击能2 000 kN·m，1遍，夯击次数为2次。最后2击平均夯沉量≤10 cm时可收锤。

3.2 强夯施工的要点、流程及质量检查方法

强夯前组织试夯，全面考虑施工现场的各类夯击工程单元，各单元至少规划1处试夯区，面积至少达到400 m2。以试夯施工结果为主要依据，验证夯击参数的可行性，若不满足要求则及时调整，必要时可增加夯击遍数。

在强夯施工前需全面清理现场，不可存在杂草、水塘淤泥等情况，在确保无杂物后再平整现场，保证无明显的起伏现象。单击能5 000 kN·m点夯4遍，前2遍夯击5～9次，后两边持续夯击至达到收锤标准为止；再按照单击能2 000 kN·m的标准满夯一遍，共夯击2次。

结合前述分析，确定点夯施工流程：（1）现场准备，即清理杂物、平整；（2）测量，确定强夯点位，做好标记，同时测定施工现场的地面高程；（3）起重机就位，调整夯锤的姿态，使该装置的中心对准夯点；（4）测量初始状态下的夯锤顶标高，作为后续分析的参照基准；（5）吊起夯锤至指定高度后脱落，使其自由下落，再检测锤顶标高，与初始标高对比分析，判断夯击效果（若存在坑底倾斜的情况需及时填平，否则夯锤易歪斜），按照相同的方法重复操作，完成一个夯点的夯击作业；（6）更换夯点，并按“（3）～（6）”的流程夯击；（7）推土机填平夯坑，测量场地标高；（8）在完成强夯作业后用低能量满夯，保证表层松散土可维持稳定。

强夯施工期间加强质量检查，具体工作要点有：（1）经强夯施工后，组织物探或载荷板试验，确定地基的实际承载力；（2）在道路纵剖面处设置沉降观测点，通常约每200 m布设1个测点，根据各测点的数据判断道路是否存在不均匀沉降现象。若施工过程中存在异常状况或检查结果偏离设计要求，则及时与设计单位取得联系，视实际情况探寻处理措施。

4 挤密碎石桩施工工艺

4.1 施工方法

以振动成桩机为主要施工设备，成孔期间桩孔位的土受外力作用而被挤压，可提高地基土的密实性，成孔后向内部倒入碎石，再采取捣固措施，按照此方式多次操作，直至形成完整、稳定的碎石桩为止[2]。

4.2 施工工艺流程

测量放样→场地平整、桩机就位→桩机调试校正→成孔→填料→加密→下一桩孔施工→进行下道工序。

4.3 准备工作

施工准备工作主要包括以下内容：

1）规划施工场地，清理杂物并平整处理，夯实回填素土至地面；遇液化较严重的地基时设备易倾斜，此时可在该处铺设适量的碎石，改善失稳的状态，确保打桩机可稳定运行，施工作业落实到位后再将该部分碎石清理干净。

2）测量放线，恢复中线，确定边桩和中桩；设置排水系统以高效清理现场的积水；绘制碎石桩施工平面图，确定桩位并编号，作为正式施工的控制基准。

3）材料方面，选择的是粒径为20～40 mm的级配碎石，保证其具有洁净性，含泥量＜10%。

4.4 成桩试验

先成桩试验，确定一套切实可行的施工工艺参数，再将其应用于大面积的成桩施工中。成桩试验的关键要点有：

1）有针对性地分析各类地质条件，确定不同地质环境中的碎石桩质量控制标准，如长度、直径等；

2）充分考虑桩机的运行参数，包含振动频率、反插深度、电机的工作电流等；

3）分析振动沉管的使用情况，尤为关键的是其阻力值，保证挤密的均匀性以及成桩后桩体结构的完整性；

4）经室内试验后确定碎石灌入量，分析该值，验证其可行性。

4.5 桩机就位

以前期准备工作中设置的桩位标记为准，移动桩机使其精准就位；调整导向架，使其与地面呈垂直的关系。

4.6 成孔

利用振动沉管成孔，施工期间加强对钢管柱的姿态控制，使其维持垂直的状态，若倾斜则容易影响成孔施工效果。振动过程中及时检查，发现误差后尽快校正，以免造成大范围的不良影响。

在钢管桩体上设置标记以便控制桩长。振动锤振动的过程中同步提拔，操作多次，直至钢管桩内部的碎石具有密实性为止。在确保桩身质量无误的前提下分批加入填料并振实。

4.7 成桩

成桩施工环节以桩锤为主要装置，启动其电机，在桩锤的振动作用下使桩管沿既定的桩位有序下降。以桩身和充盈系数（通常可取1.3～1.5，具体计算方法为“碎石填料体积/沉管体积”）为参考，合理制作进料斗，将碎石装入桩管内。如桩管单次无法完全装入所有碎石，可先装入一部分，在桩管提升下料振动密实后将剩余部分装入，若依然无法完全装入，则重复操作多次。首次桩管提升量为80～100 cm，其间桩尖自动开启，向下反插0.5 m，再反复沉管拔管，最终使所有的碎石料均进入孔内。在此基础上降落桩管，予以持续15～20 s的振动挤压处理。桩管的单次提升量取50 cm，若桩管无下沉的趋势即可停止挤压[3]。在完成单根桩的施工后转至下一根桩，依次推进。