【碎石桩在软基加固中的应用】碎石桩在码头软基处理中的应用

　　摘要 结合碎石桩在高速公路软基中的应用和处理效果,探讨碎石桩加固原理、碎石桩排水固结作用、碎石桩设计,证实碎石桩是一种可行的软土加固方法。 　　关键词碎石桩;软基;设计;承载能力
　　中图分类号TU7文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0032-01
　　
　　碎石桩是指用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后,再将碎石压入已成孔中,形成大直径碎石所构成密实桩体,碎石桩有挤密、置换、排水、垫层、加筋等五种作用,对不均匀天然地基,经碎石桩地基加固处理后可成为均匀地基,满足工程地质变形要求。采用碎石等硬质透水材料成桩后改变地基排水条件,且桩体是良好排水体,排水通道大,有利于地基土排水固结,且抗腐蚀性强,碎石桩对地质条件限制少、造价低,适合软土路基处理。
　　1碎石桩加固机理
　　1.1碎石桩加固原理
　　碎石桩是在地基中用碎石设置一定高度竖向桩体,形成复合地基,通过桩土协调变形,荷载传递给刚度大、强度高碎石桩体,土体上负荷减少,改善复合地基工程性能,增强地基承载力,碎石桩能使软土密实度增加,孔隙比减小,压缩性减少。碎石桩还可提高抗震性能,减少沉降与不均匀沉降,缩短沉降期,达到加固软土的目的。其加固机理主要表现在以下方面。
　　碎石桩在黏性土地基中力学和变形特性由散粒材料组成碎石桩有它独特的力学性能,不同于钢筋混凝土桩。碎石桩特点有:1)桩直径较粗大,一般在70-110cm之间;2)它沿轴向可以是变直径,由于振冲器输出能量固定,在地基土遇到较软地方,桩直径增大,较硬处桩直径就减小;3)碎石桩刚度比四周地基土大;4)碎石桩在受力过程中可以适应较大变形,它属于柔性桩。
　　1.2碎石桩排水固结作用
　　碎石桩能发挥与砂井相同的排水作用,由于在制桩过程中振动,挤压和扰动等因素使桩中土出现了较大附加空隙水压力,桩间土强度相应降低,制桩结束后随着土空隙中水压力消散,土结构强度不断恢复,在地基加载过程中桩体排水作用使土体中超静孔隙水压力不断消散,有效应力和桩周土强度不断增大,复合地基强度也随着增加。碎石桩本身是散粒体材料,完全依靠桩周土体对侧向约束作用。
　　2碎石桩的参数确定
　　路基要求处理后软基承载力为130KPa,处理前地基为第四纪新近沉积地层,密实度很差,承载力标准为90kPa,区域内砂土,饱和粉尘土为中等液化。根据拟处理场地工程地质条件拟设计标准值按120KPa考虑。根据施工机械及工艺,选取桩径d=400mm,桩面积A=0.1257m2碎石桩。根据复合地基承载力要求对各参数计算,拟定复合地基承载力标准值为:=120KPa。
　　3施工工艺
　　3.1准备工作
　　1)材料要求。加固材料采用砂砾石材料,粒径不大于50mm,其中5-50mm含量不小于50%,填料含泥量小于10%,已风化石料不能作为填料。2)施工机械。砾石桩采用振动沉管施工工艺,振动沉管施工机械包括:振动机、料斗、振动套管组成的打桩机,套管内直径选用385-450mm,成桩直径不小于500mm,振动头工作频率24.5Hz;稳定电压(380±20)V;激振力控制采用100-150kN;振孔器密实电流在80A左右作业。
　　3.2施工放样
　　平整场地后测量地面高程,按设计图现场放样,间距2.5m,按等边三角形布置,用小木桩标出桩位,桩位偏差不得大于3cm。
　　3.3施工工艺参数
　　根据试桩情况,采用振冲器成孔,分次分层填料,桩施工顺序采用由线路右侧往左侧方式,有利于挤走部分软土。为减少制桩时对原土扰动,用间隔跳打方式施工。经试验确定,该段碎石桩各主要要素如下:
　　1)造孔:根据现场地质情况,振冲器造孔电流为60-80A,制桩水压应控制在600-800KPa之间为宜。2)清扩孔:由于造孔时间长,孔内泥浆较清,因此清孔、扩孔同时进行。倒少量石料,振冲器由上向下成孔。3)制桩:试桩,为确保工程质量,振冲器密实电流为50-55A,制桩水压为200-400Kpa。采用连续填料法,由下向上逐层填筑密实。每层50-80cm,留振时间为5-10s。在施工中,主要控制制桩过程中桩体密实电流、填料量及留振时间。
　　3.4施工工艺
　　1)将振冲器喷嘴中心对准桩位,开水开电。检查水压、电压和振冲器的空载电流值是否正常。2)启动吊车,使振冲器以1-2m/min的速度在土层中下沉。在下沉过程中电流值不得超过电机额定值,超过时必须减速下沉,或暂停下沉,或者向上提升一段距离,借助高压水冲洗松动土层后再继续下沉。在开孔过程中要记录振冲器经过各深度时电流值和时间。电流值变化定性地反映出土强度变化。3)当振冲器达到设计加固深度以上30-50cm时,开始将振冲器往上提,直至孔口。提升速度可增至5-6m/min。4)如果孔口有泥块堵住,挖去将振冲器停留在设计加固深度以上30-50cm处,借循环水使孔内泥浆变稀。清孔时间为1-2min,然后将振冲器提出孔口,准备加料。5)每次向孔内倒0.15-0.5m3填料,将振冲器沉至填料中进行振实。振冲器不仅使填料振密,并且使填料挤入孔壁土中,扩大桩径。由于填料不断挤入,孔壁土约束力逐渐增大,约束力与振冲器产生振力相等,桩径即不再扩大。振冲器电机电流值迅速增大。当电流值达到规定值时确认该深度桩体已经振密。如果电流值达不到规定值需提起振冲器继续往孔内倒一批填料,然后再下降振冲器继续进行振密。反复操作至该深度电流达到规定值为止。每倒一批填料进行振密记录深度、填料量、振密时间和密实电流。将振冲器提出孔口,准备下一步骤桩体施工。施工中应及时填写施工记录表及制桩统计图。制桩完成,即关机、关水,移位到另一根桩位上继续制桩。6)加固区碎石桩全部完成后推平表层,碾压密实。碎石桩顶全断面铺设一层厚50cm碎石垫层,碾压密实整平并满铺双向土工格栅,以提高地基整体受力性能,使基底压力均匀作用于复合地基上。该层也可当作基底排水层,加速复合地基的排水固结。
　　4施工注意事项
　　1)桩管拔起时速度不能过快,可根据试验确定,通常的拔管速度为2m/min。2)控填碎石桩灌料量,一般按桩孔体积和碎石在中密状态时干密度计算,实际灌料量不得少于计算值95%。3)每段拔起高度和留振时间由现场试验确定。4)在软粘土中施工桩管未入土前先向桩管内灌1.0-1.5m3碎石,打到预定深度后复打2-3次以确保桩底成孔更好。
　　5处理效果
　　本工程采用振冲碎石桩加固软土,对抽检桩身进行动力触探试验,检验密实度。本工程完成碎石桩总长14321m,通过挖除试验桩周围土体量测及N63.5动力触探,按2%抽检试验结果显示:有效桩身直径在0.85-0.92m,桩底高程偏差7-24cm,成桩效果良好;每根桩平均N63.5值为13击,均大于10击要求,根据实际锤击数修正值与密实度间关系,确认桩体均匀连续,密实程度达到紧密状态,桩身整体质量良好,满足设计要求。
　　6结语
　　采用振动碎石桩进行软土路基加固,是高速公路软土路基处理中常用处理方法,该方法有效地消除路基液化,提高软土路基承载力。施工中要严格控制工艺流程,认真实施并检验各工程技术过程和环节,保证施工质量,避免人为因素造成工程质量降低。
　　参考文献
　　[1]JTJ024-85,公路桥涵地基与基础设计规范[S].
　　[2]孙勇军.碎石桩处理软土地基的施工工艺研究[J].山西建筑,2007,8:130-131.