挤密桩在公路软基处理中的应用

孙博杰

（张家口通泰城乡建设发展有限公司，河北 张家口 075000）

0 引言

软基在公路建设中较为常见，由于其土层强度和压缩模量较小，易导致地基承载力和沉降量难以满足设计要求，需要对公路软基采取相应的处理，结合软基土层特点，选取经济合理的处理方案[1]。其中振动挤密砂桩处理方案具有施工便捷、成本较低等优势，针对松散砂土、粉质黏土、粉土、杂填土和素填土等公路软基，本文提出采取振动挤密砂桩处理方案。下文针对该处理方案，从理论和工程实践角度分析其处理公路软基的可行性。

1 挤密桩处理公路软基可行性分析

振动挤密砂桩对软基处理主要是起到挤密和置换作用，主要取决于土质条件。

（1）针对松散砂土和粉土，振动挤密砂桩起到挤密效果。砂质土在振动和挤密作用下，土层的孔隙比将会减少，同时，桩间土和桩构成了复合地基，从而提高了地基承载力；另外由于土层受到挤密，压缩模量相应提高，减少土层沉降量；并可消除砂土层液化问题。

（2）针对软弱黏性土，由于土层透水性差，土层含水率较高，振动挤密砂桩对此类土层难以起到挤密效果，而是起到置换作用。通过置换作用，使砂桩与黏性土行成了复合地基，砂桩体形成了有效排水通道，加快土层的排水固结速度，从而提高地基承载力和减少土层沉降量[2]。

从目前国内外实际工程经验证明，振动挤密砂桩对于处理砂土或填土地基的挤密效果是比较显著。因此从理论分析，针对松散砂土、粉质黏土、粉土、杂填土和素填土等公路软基，采取振动挤密砂桩处理是可行的。

2 工程实例

2.1 工程概况

某新建公路标段K1+230—K1+650段路基下存在约6～8m的软土层，由于软土层承载力以及压缩模量较小，对路基的稳定性带来安全隐患，需要对该软土层采取处理。根据地勘报告反馈，本公路标段地表水丰富，地下水位埋深较浅。场地岩土层自上而下划分为：Ⅱ层人工填土层、Ⅱ1层淤泥质粉质黏土层、Ⅱ2层粉质黏土层、Ⅲ层砂质黏性土层、Ⅳ层全风化混合岩层。其中①层人工填土层和Ⅱ1层淤泥质粉质黏土层为本公路标段弱土层，采用振动挤密砂桩对其进行处理。

2.2 挤密桩处理方案

本标段软基处理采用振动挤密砂桩方案，挤密桩采用三角形布桩，桩直径为Φ500mm，桩间距为1.2m，如图1所示。桩端进入硬土层（Ⅲ层砂质黏性土层）约2m，总桩长约为10m。桩体材料选用含泥量不大于5%的碎石、卵石等硬质材料，而且材料粒径宜为30～100mm。另外在桩顶上铺设厚度为300mm的垫层，垫层材料选用级配砂石，最大粒径不宜大于30mm。

图1 挤密桩三角形布置（单位：mm）

2.3 挤密桩施工技术

（1）施工前应根据原土强度、设计桩长和桩体材料等条件合理选用振动机。同时在施工前须采取现场试验，以确定振动时间、振密电流等相关施工参数。

（2）正式施工时，首先平整施工场地，按照设计要求的桩距对施工机具就位，使振动机对准桩位。本项目施工过程中应当确保振动器的平稳性，避免钢套管倾斜于地面，倾斜率应小于1.5%；同时还需控制好造孔速度，结合工程实践经验，造孔速度宜为0.5～2.0m/min，直到满足设计深度要求。同时本项目施工时严格按照桩距、桩长以及灌砂量等相关设计参数执行，确保砂桩桩体材料的均匀性和完整性。在整个施工过程中应当记录好相关施工参数，如水压、电流和留振时间。造孔后应扩大孔径并使孔内泥浆变稀，然后开始对孔内填料，制作桩体[3]。按照从下而上的顺序逐段制作桩体直至孔口标高，同时记录好各段深度的填料量和留振时间，便于对比各段桩体施工合理性，如判断是否断桩夹泥、缩颈等施工质量问题。

挤密桩施工顺序宜采取沿直线逐点逐行进行。所有桩体施工完成后，挖除顶部预留的松散土体。

（3）所有桩体施工竣工验收时，需要对复合地基施工质量和桩体施工质量采取检验。本项目对复合地基承载力检验采用静载荷试验，试验数量需满足不少于3点和总桩数的1%的要求。桩体采用重型动力触探试验，桩间土采用静力触探试验。

（4）针对场地中存在粗砂层时，由于渗透性较大，存在振动下沉困难可能性，可通过在振动器两侧增加水管，加大造孔水量，降低造孔水压。针对软弱地基做振动砂桩，采用跳打法，待打好的砂桩放置一定时间，软土强度得到一定恢复后，再在已打砂桩中间打新砂桩，此跳打法有助于提高软土约束力，起到加固作用。

3 软基处理效果分析

3.1 桩体重型动力触探试验

桩体作为本处理方案的重要竖向排水通道，其对于软基固结效果起着至关重要作用。另外，若桩体质量检测合格则可保障所需的单桩承载力，从而可以确保得到所需的复合地基承载力和土层强度，因此对桩体质量采取检测具有必要性[4]。本工程采用重型动力触探试验对桩体质量进行检测，通过重型动力触探试验锤击数变化情况可判断桩体的完整性及其均匀性。本项目桩体不同土层深度的标贯击数变化曲线如图2所示。

图2 挤密桩桩体不同深度的标贯击数试验结果

从图2变化曲线可以看出，本项目桩身动力触探锤击数较大，密实程度达到中密～密实；锤击数随着土层深度越大呈逐渐增大趋势，表明砂桩的完整性和均匀性较好，施工质量满足设计要求，可提高处理后的土层强度和压缩模量。

3.2 土层沉降量减少效果

本项目采取挤密桩进行软基处理，主要目的是使软土得到加固，提高土层压缩模量，从而减少软基沉降量。本工程预先埋设了沉降监测器，对处理后的公路路基进行沉降监测。本项目软基处理后的累计沉降量变化曲线如图3所示。

从图3累计沉降量变化曲线可看出，公路路基施工完后，沉降速度逐渐趋于稳定；月平均沉降量约1.7mm，最终累计沉降量约为20mm时趋于稳定，稳定后的总沉降量少于30mm，满足规范要求，进一步验证本项目软基采取挤密桩处理后，可有效减少沉降量。

图3 软基处理后的累计沉降量

4 结语

本文针对公路软基特点，提出挤密桩处理方法，并分析了该处理方案的可行性。同时，结合实际工程案例，针对该公路某标段存在的素填土和淤泥质粉质黏土层，采取振动挤密砂桩处理方案，严格按照设计和施工要求实施，总结了可行的施工技术。为验证软基处理效果，对桩体采取重型动力触探试验以及对路基采取沉降监测，得出以下结论：

（1）严格控制桩体施工质量，保障砂桩体完整性和均匀性，同时可使土层强度和压缩模量得到提高。

（2）从重型动力触探试验以及路基沉降监测数据表明，对于素填土和淤泥质粉质黏土类型的公路软基，采取挤密桩处理方案可以对土层起到加固作用，从而有效减少软基沉降，工程实例验证了挤密桩处理公路软基的可行性。

（3）挤密桩处理方案具有成本低、工期短和施工简便的优势，处理公路软基效果明显。