公路软土地基碎石挤密桩处治技术研究

冯 勇

(山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006)

1 工程简介

国道108线神堂堡至砂河段公路工程，起点桩号为K353+950，终点桩号为K405+791.631，总里程53.402 km，双向四车道一级公路标准，设计速度60 km/h，整体式路基宽度采用23 m，分离式路基宽度采用2×11.25 m，桥涵设计汽车荷载等级采用公路—Ⅰ级。主要工程量有：路基土石方363.89万m3；大中桥1 793.04 m/11座，涵洞81道，平面交叉道77处，通道1道，服务区1处，养护工区1处，主线收费站1处。公路沿线分布有多处软土地基，主要以软质黏土为主，部分路段有大量淤泥。为有效提高地基承载力，结合施工现场实际情况，设计采用碎石挤密桩对软土地基进行加固处治。

2 碎石挤密桩设计参数

(1)桩径。根据软土地基土质类别、施工设备和现场施工条件等确定碎石挤密桩桩径，通常为300～800 mm。桩基越大地基承载力加固效果越好，如软基为饱和粘性土应适当增大桩径。

(2)桩长。当软土地基软土层较薄时，碎石挤密桩应穿透整个软土层，达到下部持力层。当软土地基软土层较厚时，应综合考虑软土地基上部填料的厚度、地基土变形特性等确定桩长，不低于最危险滑动面以下2 m，确保地基沉降不会造成路基路面结构破坏。

(3)桩位布置及桩距。碎石挤密桩桩位布置可采用梅花型和正方形布置。桩距应根据施工现场实际情况确定，通常不大于3倍桩径。

(4)处治范围。碎石挤密桩处治范围应超过公路地基宽度范围，通常不低于1.2倍地基宽度，基础外部桩体主要起侧限作用，降低软土地基的侧向变形。

(5)垫层。碎石桩施工完成后，挖除桩顶松散土层，铺设30～50 cm厚碎石垫层，碾压密实，以进一步扩散软基土体应力、提高排水固结速度。

(6)加固效果检测。碎石挤密桩完工后进行地基加固效果检测，可采用标准贯入试验或圆锥动力触探试验对成桩质量进行检测，检验合格方可进行下一道工序施工。

3 单桩复合地基荷载现场试验操作

3.1 试验设备

试验操作过程中，选择利用压重平台反力系统进行操作，主要由承压板、组合钢梁以及液压千斤顶等相互组合而成。其中液压千斤顶自身的最大量程控制在1×106N，以液压千斤顶为基础，促使其在挤密桩上可以直接施加垂直方向的荷载，通过对精密压力表的合理利用，可以对现场的加载值进行准确有效的分析和控制。最为重要的一点是精密压力量程控制在100 MPa，其等级为0.4。挤密桩的沉降值以便是利用基准梁、百分表进行观测和分析，其中涉及到的方法在应用时，主要是在试验点的2个正交直径方向基础上，对称安装4个百分表。需要注意的一点就是百分表在经过万能表架之后，可以直接固定在工字钢组合而成的基准梁当中，百分表的量程为50 mm，而基准梁的长度则为6 m。

3.2 现场实验方法

结合实际要求对现场实验进行操作时，对加载方案进行编制和落实，同时还要对逐级加载方法进行合理利用。在具体操作中，荷载分级通常可以直接加载到最大值，每级的荷载在达到比较稳定的状态后就会直接开始下一级的荷载。在整个操作中，一直加载到最大加载值为止，促使其呈现出稳定状态后进行卸载处理，在卸荷过程中，也可以利用分级卸荷的方式，一直到荷载为零为止，后可以停止试验操作。在本次市场试验操作过程中，其中最大的荷载值为400 kPa，加载的荷载等级为40 kPa，其中卸载的荷载等级则为80 kPa。

在现场观测方法现在和利用过程中，要结合实际要求，对沉降值的间隔时间进行读取和测量，一般在每级加载前后，需要对1次承压板的沉降量进行有效测量。需要注意的是在整个观测过程中，要对1次间隔时间进行记录，一般时间为30 min。基于此，在沉降量值小于等于0.1 mm/h的时候，意味着该级加载的沉降已经达到一种相对比较稳定的状态，所以可以立即展开下一级的荷载施加处理。卸载的级数是加载级数的一半，每间隔半小时可以进行一次荷载处理，同时还要对沉降的回弹量进行记录和分析，一直等到完卸荷载之后，间隔3 h左右，可以对沉降的总回弹量进行计算和分析。

3.3 现场实验数据整理

结合试验操作记录以及目前提出的诸多要求，对各试验点以及其与沉降关系曲线等进行确定，同时还要对沉降量与时间之间的关系曲线进行分析。结合目前提出的一系列要求以及对其中隐藏的规律进行总结，在加载过程中，前期的陈腔相对比较缓慢，会呈现出三条曲线几乎重叠的状态。尤其是在荷载级数不断增加的形势下，尤其是在200 kPa之后，沉降速度越来越快，但是关系曲线仍然呈现出光滑连续的状态，其中并没有任何的激变拐点，在达到400 kPa的时候，已经明显超过设计要求的180 kPa的2倍。所以可以满足中终止加载条件基本要求，所以立即对其进行停止加载，也就意味着其并没有达到极限荷载状态，就可以满足目前公路地基承载力设计中的基本要求。在整个卸载过程中，三条拟合曲线基本上呈现出平行的状态，其中参与的变形回弹量的变化率比较接近，意味着复合地基的承载力基本上处于相对比较稳定的状态，承载力的特征值也可以将其作为衡量的标准和要求来进行确定。

在经过实验点分析和沉降观测值累计研究之后，在现有时间段范围内可以达到相对比较稳定的状态。尤其是在200 kPa时150 min达到加荷沉降稳定的基本条件，而其中一级只用2 h就可以达到荷载加级的沉降量问林条件。由此可以看出，部分试验点的沉降相对比较大，在曲线上也可以呈现出来，尤其是在相同时间累计背景下，沉降量相对比较大，但是并没有出现任何的拐点，所以并没有平稳下沉。由此可以看出，在整个试验检测过程中涉及到的几个点，都可以满足路基复合地基承载力特征值在确定时的基本要求。

3.4 复合地基承载力特征值的确定

结合目前现有的曲线图展开深入分析时，其中部分试验点最终加荷到400 kPa的时候，最终的沉降值为59.44 mm，而在卸荷载之后，其参与沉降则为46.78 mm。基于此，该点的曲线呈现出平缓光滑型的状态，其自身的特点并不是很明显，同时也没有明显的陡降段，结合目前建筑地基处理技术规范中提出的一系列要求以及规定，按照不同的需求对其中的变形s/d=0.01对应的压力值进行确定，其为233 kPa。除此之外，还要结合目前提出的一系列要求，按照相对变形确定的承载力特征值进行分析，促使其不能够超过最大加载值的一半。在该背景下，将其一半的200 kPa作为该点的复合地基承载力特征值。

由此可以看出，在实践中对现场试验方法进行合理利用，有利于对特殊路基碎石挤密桩地基承载力、承载力特征值等展开深入分析。在经过试验操作之后不难看出，在目前现有的单桩试验中，利用200 kPa作为试验段特殊路基碎石挤密桩的复合地基承载力特征值，其可以满足目前整个地区公路地基承载力在设计时提出的基本要求。对于特殊路基碎石段来说，必须要结合实际要求，对碎石挤密桩工作展开深入分析，在保证各种不同类型材料资源充足的基础上，要对各种含水量比较大的人工填土地基进行优先处理，避免留下严重的隐患问题。除此之外，还要结合实际要求，对桩体的重型动力触探试验结果进行合理利用，结合试验结论，在2.7～4.6 m范围内的桩体密实呈现出相对比较精密的状态。其他相关的余桩段桩体密实度都可以中密或者是密实的状态，此时可以满出挤密碎石桩的整体施工质量相对比较良好，同时还可以达到良好的承载效果。

4 软土地基碎石挤密桩处治技术

4.1 施工准备

做好施工现场临时施工设施的规划和建设工作，施工人员、机械设备进场，做好料场、搅拌站和项目部建设工作。原材料进场，对施工现场进行清理整平，做好施工作业面准备。施工人员上岗前必须进行技术培训，特殊工种必须持证上岗。施工现场配备履带式柴油锤打桩机1台、装载机1台、装载机1台、自卸汽车3台，发电机1台及相关辅助施工设备。进场原材料必须有出厂合格证，施工前按照要求对碎石级配、含泥量等指标进行抽检，在现场开展试验，如现场实验室资质不能满足要求，必须到具有相应资质的检测机构进行检验。组织施工技术人员进行图纸审核，将图纸中的错误或施工现场与设计不符等问题反馈给设计单位，并做好施工变更。由项目部负责，进行三级技术交底，对施工现场施工和管理人员开展技术培训，对各工序和质量控制要求进行文字技术交底。将施工现场的地质情况与设计图纸进行对比，如发现地基工程地质与水文地质存在较大差异，应及时向设计单位反馈。

4.2 施工放样

根据设计图纸确定碎石挤密桩轴线和桩位，在施工现场建立平面方格网，制定测量放样方案。结合设计图纸，测量技术人员使用GPS对碎石挤密桩处治区域的道路中线和边线进行精确放样。碎石挤密桩桩位放样采用钢尺定位、白灰标记，并钉设木桩。放样完成后进行自检，确定桩位定位精度满足要求后进行向测量监理工程师报检，抽检合格后方可开始正式施工。

4.3 柴油锤成孔

根据测量放样确定的桩孔位置，对履带式柴油锤打桩机进行定位，使桩机对准打桩线。启动卷扬机，根据桩位操纵导向架移动桩管(尖)，对准桩孔中心，然后刹紧卷扬机离合器。桩尖对中桩孔中心后调整桩管垂直度，垂直度误差不得超过5%。施工技术员应做好现场管理，在成孔过程中进行现场监测，并做好数据记录。

4.4 钻机就位

调整钻机进行定位，使桩尖(活瓣)对准桩位，将桩管沉入土0.5～1.0 m，并进行垂直度校核。碎石桩施工前对桩位对中和垂直度进行检验，确保合格后开始钻进施工。在钻进过程中做好现场监测，记录桩位偏差和垂直度等技术指标的检查结果。桩位水平偏差不得超过0.3倍套管外径，垂直度偏差不得超过1%。

4.5 成孔投料

碎石投料采用人工配合小型装载机分批灌入套管中，投料顺序是先桩孔外围或两侧向投料，后进行碎石桩中心投料。当碎石挤密桩间距较大时，可安排投入碎石，同一排应隔孔施工。碎石含水量一般控制在7%～9%，如果地基为饱水状态，可选用饱水状态的碎石。严格控制碎石灌入量，充盈系数控制在1.2～1.4。通过桩管上下往复运动，桩体长度不断增加，贯入桩孔内的碎石不断被挤密。

4.6 质量检验及垫层施工

碎石挤密桩施工完成后，对桩间距、桩径和垂直度等指标进行检测，检验合格后即可进行垫层施工。垫层施工前清除碎石挤密桩桩顶和地基表面的松散土体，整平碾压后摊铺30～50 cm厚碎石垫层。采用标准贯入试验或圆锥动力触探试验等检测方法，对桩身和复合地基承载力进行检测，承载力检测合格后方可进行下一道工序施工。

5 结 语

碎石挤密桩是公路软土地基常用的处治方法之一，通过碎石置换软土地基中的软土和淤泥，可以加速排水固结，起到挤密、排水降压的作用，有效提高路基承载力。通过阐述碎石挤密桩软基加固机理，从设计与施工两个方面全面分析了设计与施工要点，可为一线施工提供技术参考。