【碎石桩技术在软土路基中的应用探讨】路基碎石土比例

　　摘要：本文主要对碎石桩技术在软土路基中应用问题进行了探讨，首先概述了碎石桩地基的分类和作用，然后分析了碎石桩的加固机理，最后研究了碎石桩技术在软土路基中的应用问题。 　　关键词：碎石桩技术;软土路基;应用
　　中图分类号: U416.1文献标识码:A
　　一、碎石桩技术概述
　　1、碎石桩技术的概念
　　我国的地理特征是幅员辽阔、地质结构复杂，很多地区有属于软土地质特点，随着高等级公路的大量修建，软土路基如何处理已经成为公路建设中非常重要的一个问题。采用碎石桩技术加固土体已经被证明是一个行之有效的复合地基处理方法，碎石桩技术是指采用水冲、振动或冲击的方法在软土地基中形成孔洞，再将碎石压入孔洞中，形成碎石桩体的技术。由于该桩体具有很强的密实性，所以能够极大的提高地基的承载能力，因此被称为复合地基，碎石桩复合地基有效的解决了软土地质构造下地基承载能力较弱的问题。
　　2、碎石桩地基的分类
　　碎石桩地基根据施工工艺的不同，可以分为振冲碎石桩复合地基、沉管碎石桩复合地基、强夯置换碎石桩复合地基、射水成孔袋装碎石桩复合地基等几类。振冲碎石法主要是依靠振冲机械的强烈振动来使饱和砂层液化，并依靠振冲机械的水平振动力将填料在砂层挤压加密；沉管碎石法主要使用沉管打桩设备在地基中设置碎石桩，从而形成复合地基，其具体的施工方法可以是管内投料重锤夯实，也可以是先拔管后投料复打密实；强夯置换法是近年来新兴起的一种方法，主要施工过程是首先利用重锤夯击成孔，然后再回填碎石等坚硬原料，接下来一边夯实一遍填充碎石料，最后形成深度为3米至6米，直径2米左右的碎石主体，与周围土体形成碎石桩复合地基；射水成孔法主要用于高含水量的软土地区，施工中要使用射水设备将软土地射水成孔，然后用织物袋围在地基中设置碎石桩，形成袋装碎石桩复合地基。
　　二、碎石桩的加固机理分析
　　1、对松散砂土的加固
　　松散砂土属于单粒结构，颗粒之间孔隙大、颗粒位置不稳定，在外力的作用下很容产生位移而造成严重的沉降现象，所以松散砂土未作处理之前不宜作为建筑地基使用。采用碎石桩技术对松散砂土进行加固主要起到三个方面的作用：（1）挤密作用：在成桩过程中桩管会对周围松散砂土产生很大的横向力，在这种力的作用下，桩管周围的砂层会横向挤压并导致砂层的密实度增大，有效挤密范围会达到桩体直径的3倍到4倍；（2）排水减压作用：在砂土没有排水条件时如果体积快速收缩会导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升，这样向上的超静孔隙水压力会大于上面的自重应力，当砂土的有效应力降为零时就会使砂土完全液化。碎石桩技术由于填充了粗粒砂等泛滤性较好的粗颗粒料，所以可以较好的防治砂土产生液化，并加快地基的排水固结；（3）预震作用：当碎石桩在施工的时候，由于有强烈的振动作用，会使填入料和地基在挤密和振密的同时获得强烈的预震，这对增加砂土抗液化能力也是极为有利的。
　　2、对粘性土的加固
　　采用碎石桩技术加固粘土可以有效地提高地基的抗剪强度、承载力以及防止地基沉落，其作用机理主要表现在以下两个方面：（1）置换作用：由于粘性土质的粘粒含量高，粒间应力大，并且呈蜂窝结构，所以在振动力或挤压力的作用下，土中的水分并不易排走，这样就会出现很大的超静孔隙水压力，使地基缺乏承载力，碎石桩复合地基在承受外力时，可以将外力向桩体集中（因为桩体刚度大），这样就会降低桩体之间土质的压力，从而减少沉降；（2）垫层作用：如果粘性土层较厚，桩体无法穿透整个土层，那么碎石桩就能起到垫层作用，垫层可以将承受力负载像四处扩散，使扩散到下层顶面的应力减弱并且趋于均匀分布，这样就达到了提高整体地基抵抗力、减少沉落的作用。
　　3、碎石桩地基的破坏模式
　　碎石桩地基的破坏模式主要有以下几种类型：（1）桩端鼓出破坏：其现象是在距桩顶端不深的范围内，桩体被压溃，从而向侧面呈现出膨胀鼓型，挤压周围地基的土地，一般基础面积不大的单桩或群桩容易出现这类破坏形式；（2）桩的切入破坏：在荷载力的作用下，桩体向下呈切入式下沉，这会使整个地基失去承载能力，这种情况往往会出现在打桩没有打到硬层的情况下，另外如果桩比较短小也会出现这种情况；（3）整体剪切滑动破坏：地基土质联通建筑物沿着某一破裂面滑动，滑动面一般呈弧形，由于加载过快导致了其固结速率要比加载速率慢，地基的破坏表现为不排水剪切性质的破坏或者部分排水性质的破坏，该破坏主要在高路堤的地面容易发生。
　　三、碎石桩技术在软土路基中的应用
　　1、振动成桩法施工方法
　　振动成桩法施工所用的主要设备是振动打桩机，该机械包括振动机、料斗、振动套管等配件，套管的下方还要装有底盖和排砂活瓣，为了能够使砂有效的排出还要装有高压空气喷射装置，另外在施工中还需要起重机、碎石机、空压机等配套机械。振动成桩法的施工方法是在振动的作用下，把带有底盖或排碎石活瓣的套管打入到规定的深度，然后再投入碎石，通过振动使碎石密实最终成桩，其具体的工序为：首先根据设计要求在地面上把套管的位置确定好，然后开动振动机，将套管打入到土中，当打入到预订深度后，从上部送料斗投入套管一定量的碎石，接下来将套管拉拔到一定的高度，使碎石排卸到土中；再次将套管打入规定的深度，并通过振动将排出的碎石振密，使碎石不断的挤压到周围的土体；最后将套管拉拔到规定的高度，上述过程多次反复，一直打到地面，最终形成了碎石桩。
　　2、软土路基保证成桩质量的措施
　　为了保证成桩的质量，在软土路基采用碎石桩技术时，应该采取以下一些措施：（1）在套管的拉拔操作时速度不要太快，要保证桩体的连续性，通常拉拔套管的速度控制在每分钟2米左右；（2）每段成桩不能太大，否则会出现无法顺利排出碎石的情况，如果遇到此类情况可以加大拉拔高度或者加大风压；（3）为了使碎石能够从套管中顺利排出，可以在向套管内灌入碎石的同时加入压缩空气或水；（4）如果实际灌入碎石量没有达到设计要求（低于设计要求的95%）则需要在原位再次沉下套管复打一次，或者也可以在旁边补打一根碎石桩；（5）要测定填料的排出率，在套管拔起到规定高度后，要使用测锤测定管内碎石面的位置。
　　3、成桩质量的检测试验
　　采用碎石桩处理地基最根本的目的是为了满足承受荷载、抗变形和抗液化的要求，所以要通过对成桩质量的检测试验，来判定是否能达到上述要求，具体的检测试验有：（1）载荷试验：单桩载荷试验的压板直径要与桩体直径相同，单桩复合地基压板直径要与单桩等效直径相同。一般在粘土地基上制桩后要留出30天的恢复期，砂性土或粉土地制桩后需要有15天的恢复期才可进行载荷试验。载荷试验主要包括桩体试验、桩间土试验、桩体和桩间土复合试验；（2）触探试验和标贯试验：桩体测点位于桩体轴心，桩间土测点则包括几根桩之间的形心点，一般认为形心点是碎石桩加固效果的最差点，把测试结果与有关规定进行比较和换算，可以得出复合地基的承载力、模量等结果；（3）沉降试验：主要有沉降杯、沉降板、水平测斜仪以及剖面沉降仪等几种观测手段，其目的就是为了掌握路基在施工过程中以及竣工后的沉降变化规律。
　　参考文献
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　　[3]谢静.浅谈市政道路软土路基处理技术应用.《黑龙江科技信息》.2011年第8期.