振沖碎石樁加固高速公路路基施工與檢測(cè)

王俊杰

（中鐵三局集團(tuán)四公司，北京 102300）

振沖碎石樁在巖土工程中處理軟土地基已得到了廣泛應(yīng)用。眾所周知，依靠在軟土中制造一群以碎石散粒材料組成的樁體與原地基土一起構(gòu)成的復(fù)合地基，能使承載力提高，沉降減少。

在砂層中，用碎石、卵石等透水性較強(qiáng)的填料制成一系列樁體，這種粗大的樁體具有排水功能，能有效地消散地震等震動(dòng)引起的超靜孔隙水壓力，從而使液化現(xiàn)象大為減輕。

振沖碎石樁處理液化砂層的原理，一方面依靠振沖器的強(qiáng)力振動(dòng)使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減少；另一方面依靠振沖器的水平振動(dòng)力，在加回填料情況下還通過填料使砂層擠壓加密。

試通過某工程在處埋路基可液化土層與軟土互層中的工程實(shí)踐，探討振沖碎石樁樁體質(zhì)量檢測(cè)方法和手段。

1 工程概況

某工程為昭待公路路基加固處理工程。云南昭通至待補(bǔ)公路地處云南東北部，位于東經(jīng) 102°43′～103°20′，北緯 24°50′～25°02′之間，是國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目“五縱七橫”國(guó)道主干線之一（GZ40二連浩特—昆明—河口公路），也是云南省公路網(wǎng)主骨架的重要組成部分。經(jīng)云南昭通、曲靖兩個(gè)地區(qū)及貴州省威寧縣，北連四川省，南接國(guó)家級(jí)邊境口岸河口，服務(wù)于滇東北、滇中、滇南等廣闊地域。

本工程位于昭待公路K316+950～K317+180段，段內(nèi)路基由于液化土層與軟土呈互層狀分布。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層

第一層：亞黏土：灰色、褐灰色，含少量灰?guī)r礫石，表層0.50 m為松散狀種植土。容許承載力60～130 kPa，深度在0～4.2 m范圍內(nèi)。

第二層：淤泥：褐灰、褐紅色，含少量園礫，局部夾薄層狀砂。容許承載力55～112 kPa，深度在4.2～9.4 m范圍內(nèi)。

第三層：亞黏土：褐灰色，含15%的園礫，粒徑2～10 mm。容許承載力60～130 kPa，深度在9.4～15 m范圍內(nèi)。

第四層：黏土：褐灰色、灰黑色，含少量有機(jī)質(zhì)。軟塑，局部可塑。容許承載力115～140 kPa，硬塑狀容許承載力312 kPa，深度在15～17.1 m范圍內(nèi)。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)之滇東臺(tái)褶皺帶，主要在滇東臺(tái)褶束與會(huì)澤臺(tái)褶束之間，處于川滇南北向構(gòu)造-小江深大斷裂帶東緣與其次級(jí)構(gòu)造-雨斷裂帶結(jié)合部位。地質(zhì)構(gòu)造以北東向?yàn)橹?，斷裂次之。?gòu)造較為復(fù)雜，北東向構(gòu)造比較發(fā)育；南北向構(gòu)造集中分布在西部（系小江斷裂帶的組成部分）、東北部，其余零星殘出現(xiàn)；北西向構(gòu)造大部分屬于南北向構(gòu)造和北東向主干構(gòu)造的配套成分。與本段路線關(guān)系密切的北東向構(gòu)造為五星背斜及窩都斷裂。

新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈，主要形式表現(xiàn)為大面積的升降、斷塊差異性升降和斷裂活動(dòng)等3種類型。共同特點(diǎn)是斷裂破碎帶發(fā)育、新構(gòu)造變動(dòng)形跡或跡象較多：眾多的小型山間盆地、湖泊、新生帶地層的斷錯(cuò)、明顯的斷層三角面、成串的（溫）泉、頻繁的地震活動(dòng)等。路線穿越小江大斷裂東側(cè)的滇東臺(tái)褶帶，是我國(guó)強(qiáng)烈地震活動(dòng)帶之一，區(qū)域穩(wěn)定性差。

2.3 地震

根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局2001年發(fā)布的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2001）全線地震動(dòng)參數(shù)劃分如下：地震動(dòng)峰值加速度為0.1～0.2 g（對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度）。地震動(dòng)反應(yīng)譜周期為0.4～0.45 s。

2.4 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

液化砂土：段內(nèi)地震動(dòng)峰值加速度為0.1～0.2 g，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。據(jù)本區(qū)勘察資料，按《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ004—89）第2.2.2條檢算，埋深20 m以內(nèi)的（2-2）淤泥質(zhì)砂層黏粒含量為14.7，對(duì)該砂層進(jìn)行液化判定，為可液化砂土，液化抵抗系數(shù)Ce=0.1～0.8，承載力折減系數(shù)u=0～1/3。

3 工程措施

對(duì)本路段軟土地基，采用振沖碎石樁復(fù)合地基加固。其平面位置布置見圖1。

圖1 碎石樁平面布置示意圖

4 碎石樁施工

4.1 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）采用江蘇產(chǎn)ZCQ 3O型振沖器，碎石樁樁徑377 mm。根據(jù)《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJOO4—89），結(jié)合段內(nèi)地質(zhì)剖面資料，碎石樁樁長(zhǎng)按10 m，間距按d=1.2 m，按正三角形滿堂布置，見圖2。

圖2 碎石樁平面布置大樣示意圖

（2）碎石材料采用粒徑為20～100 mm未風(fēng)化的花崗巖碎石，含泥量≤10%。

（3）密實(shí)電流經(jīng)試樁確定為45～50 A，留振時(shí)間為10～20 s，水壓0.4～0.6 MPa。

（4）碎石樁頂鋪設(shè)一層300 mm碎石墊層。

4.2 試樁

施工前根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的分區(qū)地質(zhì)資料進(jìn)行試樁，據(jù)此確定各區(qū)碎石樁的密實(shí)電流、留振時(shí)間及水壓等施工參數(shù)，是處理可液化砂土與軟土互層地基的關(guān)鍵。

4.3 施工工藝流程

定樁位→樁機(jī)就位→沉振沖頭至設(shè)計(jì)深度成孔→提升至孔口→沉振沖頭至孔底清孔→回填碎石料并分層振實(shí)到地面止→移機(jī)至下一個(gè)樁位→結(jié)束。

4.4 施工工藝要求

（1）平整場(chǎng)地至設(shè)計(jì)標(biāo)高，按樁位設(shè)計(jì)平面布置圖在現(xiàn)場(chǎng)用竹簽作標(biāo)記，樁位偏差不大于±5 cm。

（2）成孔：對(duì)準(zhǔn)樁位，啟動(dòng)供水泵和振沖器，待振沖器電流穩(wěn)定后緩慢下沉振沖器成孔，直到符合設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)要求，記錄振沖器經(jīng)各深度的電流變化值和時(shí)間，提升振沖器至孔口。

（3）清孔：成孔后，上下串動(dòng)振沖器1～2遍進(jìn)行清孔。根據(jù)試樁要求減小水壓。

（4）填料及振密制樁：清孔后將振沖器提離孔口。向孔內(nèi)投入約0.5 m碎石，然后下沉振沖器將碎石振密到試樁要求的密實(shí)電流；再次將振沖器提升0.3～0.5 m投料。下沉振沖器留振振密；如此重復(fù)自下而上逐段振密制樁至孔口，并記錄各深度的最終電流值和填料量，即完成一根樁施工。

5 碎石樁檢測(cè)

5.1 碎石樁檢測(cè)方法

本次碎石樁質(zhì)量檢測(cè)采用重（II）型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，對(duì)碎石樁成樁質(zhì)量（密實(shí)度、連續(xù)性）進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)碎石樁226棵。

重（II）型動(dòng)力觸探設(shè)備規(guī)格：63.5 kg的自由脫鉤落錘，落距76 cm，探頭直徑74 mm，圓錐角60°，探桿直徑42 mm。

試驗(yàn)時(shí)探頭必須對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)孔中心位置，保證探桿垂直不產(chǎn)生側(cè)向晃動(dòng)，錘擊貫入應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，特別是防止錘擊偏心，偏心不得超過2%。

試驗(yàn)按每貫入10 cm記錄其錘擊數(shù)，直至試驗(yàn)結(jié)束。

試驗(yàn)過程中，每貫入1 m時(shí)，將探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半，減小側(cè)摩阻力的影響。

5.2 碎石樁檢測(cè)結(jié)果

對(duì)處于地下水以下的碎石樁段的錘擊數(shù)按式（1）進(jìn)行修正。

式中：N63.5：經(jīng)地下水影響校正后的錘擊數(shù)；

N'63.5：未經(jīng)地下水影響校正而經(jīng)桿長(zhǎng)校正后的錘擊數(shù)。

本段碎石樁的樁身質(zhì)量按以下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)：取重（II）型動(dòng)力觸探試驗(yàn)錘擊數(shù)5擊為臨界值，修正后擊數(shù)大于等于5擊的樁段密實(shí)度達(dá)標(biāo)；修正后擊數(shù)小于5擊的樁段密實(shí)度不達(dá)標(biāo)；對(duì)局部欠密實(shí)現(xiàn)象容許值規(guī)定：修正后擊數(shù)小于5擊的單樁長(zhǎng)度不超過1m，累計(jì)長(zhǎng)度不超過樁長(zhǎng)的30%的樁視為合格樁，不滿足以上容許值規(guī)定的樁即為不合格樁。

按以上標(biāo)準(zhǔn)，本段碎石樁共按5%檢測(cè)的226棵（1 480 m）全部合格。

6 工程效果及評(píng)價(jià)

6.1 工程效果

施工處理后的地基還進(jìn)行了5次復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。復(fù)合地基承載力分別為 200 kPa、210 kPa、190 kPa、240 kPa、260 kPa，試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6.2 工程評(píng)價(jià)

在碎石樁質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)的選擇上，本段碎石樁是根據(jù)本場(chǎng)地的地質(zhì)條件，并參考有關(guān)工程及專家對(duì)重（II）型動(dòng)力觸探檢測(cè)碎石樁樁體質(zhì)量的以下經(jīng)驗(yàn)和建議。結(jié)果表明，該方法確實(shí)可行。振沖法適用范圍為飽和松散粉細(xì)砂、中粗砂和礫砂、飽和黃土、雜填土、黏性土和軟土。隨著振沖設(shè)備方面的不斷改進(jìn)，樁體質(zhì)量檢測(cè)方法不斷積累和豐富，振沖法在我國(guó)地基處理的領(lǐng)域有著廣闊的前景。

[1]《地基處理第三冊(cè)》（第二版）編寫委員會(huì).地基處理手冊(cè)[M].200Z，9.

[2]云南省公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.昭待公路第11合同段兩階段施工設(shè)汁圖(第四冊(cè))[R].2003.

[3]《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）[M].2001