碎石樁法加固軟弱地基技術(shù)的應用與研究

喬楊

摘 要：根據(jù)近年來對碎石樁加固軟弱地基技術(shù)的應用和研究，對其加固原理，設計、施工和檢測等做了較全面的總結(jié)。

關鍵詞：碎石樁法；軟弱地基

前言：在公路、民航機場、工業(yè)與民用建筑中，經(jīng)常遇到與地基加固有關的巖土工程問題，如：處理路基、民用建筑地基的過量下沉或地基的穩(wěn)定處理。根據(jù)北京雙橋立交橋，哈爾濱鋼絲繩廠，大慶油田油罐，工業(yè)廠房、營口機場等地數(shù)十項工程軟弱地基加固設計、施工及監(jiān)測積累了一定經(jīng)驗。為林區(qū)建設推廣碎石樁法加固軟弱地基技術(shù)。

一、碎石樁法加固軟弱地基的原理

碎石樁法加固砂類土地基，主要是通過振沖器的強力震動，使飽和沙土液化后砂顆粒重新做緊密排列，以減少孔隙。同時依靠振沖器的水平動力，在施加碎石填料的情況下，使砂類土地基擠密，該方法又叫振沖擠密法。

對于粘性土地基而言，主要是通過振沖法置換部分軟土，和加速地基土的排水固結(jié)來達到提高由碎石樁和樁間土構(gòu)成的復合地基承載力的目的，該方法又叫振沖置換樁。

二、碎石樁法加固軟如地基的計算

（一）一般設計原則

對于加固范圍、樁點布置形式及樁距、樁徑、樁長、填料及施工質(zhì)量控制參數(shù)等設計遵循以下原則：

1、加固范圍：一般按建筑物的基礎形式確定，如為獨立基礎，加固范圍一般不超出基地面積；若為條形基礎，可適當超出基地面積；浮筏、板式、十字交叉或柔性基礎，一般按整個建筑物基礎外輪廓線范圍內(nèi)滿堂加固，并在此范圍外再加2～3排保護樁。

2、樁點布置形式及間距：依基礎形式選定，獨立基礎或條形基礎宜選用正方形或矩形布置樁點；對大面積滿堂加固的基礎應選擇等邊三角形布置樁點。樁點距一般為1.5～2.5米，具體確定時應遵循荷載大、原地基土強度低的取小值，特別是樁長不能穿過軟如土層時更應取小值，否則取大值。但是需要指出，當加固區(qū)臨近有加固經(jīng)驗時，可參照已有經(jīng)驗樁距確定。否則應在施工前通過試樁確定最佳樁距。

3、樁長設計：樁長是指基礎墊層以下的實際樁長。應依照巖土工程勘察報告，視軟弱土層的埋深、厚度及墊層底部標高來確定。當軟弱土層厚度較薄，埋深較淺時，樁長應穿過軟弱層，抵達下部相對較硬的持力層0.5～2.0米，最大樁長不宜超過10米。當軟弱土層厚度較大，最大樁長不能穿過軟弱層時，復合地基起墊層作用，樁長不宜小于4米。

4、填料與樁徑：按常用75KW振沖器的能量，填料（碎石）的粒徑不應大于50mm，一般應選在20～40mm為宜。

樁徑與振沖器直徑、地基土的類型等有關，若使用直徑為500mm振沖錘，在硬塑的粘性土層制樁時樁徑約600mm；在可塑、軟可塑粘性土段制樁時樁徑約達600～800mm；若在軟土或粉土段樁徑可達800～1500mm。同時，由于施工時振沖器下降的速度、水壓振密電流、留振時間的不同，即使地基土的類別、強度相近，其樁徑也會不同。為此，只能控制最小樁徑設計為≥600mm。

一般加固區(qū)總填料可按下式估算：

Q=〔（n×h）×q〕×k

式中Q—總填料量（m3）；n—總樁根數(shù)；h—單樁長度（自然地面算起，m）；q—按理論樁徑0.8m計算計算的每延長米填料量（m3/m）；k—填料附加系數(shù)（一般取1.35）。

5、試樁設計：

在無設計、施工經(jīng)驗的場地做加固設計時，應做試樁設計。其設計內(nèi)容除進行不同樁距的試制樁及效果檢驗外，還應對之樁工藝及最佳施工參數(shù)做出選擇。

（二）碎石樁單樁與復合地基承載力計算

1、單樁極限承載力計算

碎石樁承載力的發(fā)揮主要是依靠周圍土體提供的側(cè)向約束力，根據(jù)傳遞機理可將碎石樁視作一個三軸壓縮試驗中的圓柱試樣，確定單樁承載力的方法可分為兩大類：一類是圓筒形孔腔擴張理論；一類是被動土壓力理論。才采用的是被動土壓力理論中Braums法計算碎石樁單樁極限承載力。

假設（1）極限平衡區(qū)位于樁頂附近，滑面呈漏斗形，樁的破壞長度h=2rotanδp；

（2） τM=0，σQ=0

（3） 不計地基土和樁身自重。導出如下單樁極限承載力計算公式： qfp=tan2δp[2Cu/Sin2σ〔（tanδp/tanσ）+1〕]

式中：qfp—單樁極限承載力（kpa）；δp—碎石剪切角（°）；δp=45°+φ/2；Cu—地基土不排水抗剪強度（kpa）（可用十字板現(xiàn)場剪切試驗取得）；σ—滑動面與水平面夾角（°），可按下式試算取得

tanδp=0.5tanσ（tan2σ-1）

碎石樁的內(nèi)摩察角一般取35°～40°，假定內(nèi)摩察角φ=38°，用試算法求得σ=61°，qfp=20.8Cu

2、復合地基容許承載力計算

復合地基在荷載作用下，應力將向碎石集中，其平衡方程為

σoAo=σPAP+σSAs

σo—復合地基極限承載力（kpa）；σP—碎石樁單樁極限承載力（kpa）；σS—樁間土極限承載力（kpa）；Ao—加固單元面積（m2）；AP—碎石樁單樁斷面積（m2）；AS—加固單元面積中樁間土所占面積（m2）。

求得復合地基極限承載力后，再除以2.0～2.5的系數(shù)，既可作為最終復合地基容許承載力R值。

三、碎石樁法加固軟弱地基的施工

振沖碎石樁法施工涉及的主要方面有：施工機具、試樁、施工準備、碎石樁制作、和施工質(zhì)量控制等。

振沖法對中、粗砂和礫石地基采取不加填料就地振密的方法；對粉細砂或粘土地基則采用加碎石填料振密的方法制成碎石樁。

1、制樁作業(yè)步驟

（1）吊起振沖錘對準孔位，開泵通水、啟動振沖錘，并檢查振沖器空轉(zhuǎn)時電流是否正常。endprint

（2）成孔：將振沖器以1～2m/min的速度振動水沖下沉造孔，至預定深度。

（3）沖孔：當振沖器下沉至加固深度以上0.3～0.5m處，應停止振沖，水泵繼續(xù)給水沖孔，直至泥漿變稀達到能填料設計標準為止。

（4）填料制樁：每次填料以堆積孔底1.0m左右厚為原則（約0.3～0.5m3），寧少勿多。每填料一次振沖振密一次，此時水壓應調(diào)小至200kpa左右，每次填料量、振密電流、振密時間和振密深度、厚度要做好記錄。

2、填料方式

目前國內(nèi)有三中填料方式：一是把振沖器提出孔口填料，然后振密，在提出孔口，填料，再振密，依次循環(huán)直至制樁完成；二是振沖器不提出孔口，在造孔完成后，只將振沖器向上提升1～2m然后填料，再下降振沖器振密填料；三是一邊振沖器緩慢提升，一邊在孔口向下投料。對于粘土地基加固宜采用第一種方式，對于砂土宜采用第二種或第三種方式。

3、施工順序

對于一般粘性土、砂土地基的加固，宜采用由里向外或由一邊向另一邊推進的施工順序；對于軟粘土地基，宜采用間隔跳打法；當臨區(qū)有已建建筑物時，宜先打臨近建筑物一側(cè)的碎石樁，然后向另一側(cè)推進。

4、施工質(zhì)量控制

對碎石樁施工質(zhì)量的控制，主要是對水、電、料三項因素的控制。其控制值應以土質(zhì)的不同而異，一般應以現(xiàn)場試樁結(jié)果確定。

（1）水的控制：主要是控制水的壓力和水量。以在造孔、制樁中水應始終充滿孔為原則；水壓在造孔時大，制樁時小，土強度高者大，反之土強度低的減小等為原則加以控制。

（2）電的控制：主要指制樁振密時密實電流的控制，密實電流以空載時電流值10～15A為低限值，一般在樁低取低限值，向上逐漸增大，其值將隨樁周土體對填料的約束力的大小而變化。

（3）填料的控制：按既定的填料方式填料，每次填料量和總填料量進行控制。嚴格控制填料質(zhì)量，填料粒徑不能超過50mm，碎石采用新鮮巖石，不得有風化巖，含土量應小于10%等。

結(jié)語：隨著經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，基礎設施建設也隨之增多，優(yōu)良地質(zhì)地段也隨之越來越少，在不良地質(zhì)地段，采用碎石擠密樁法加固處理工程中軟弱地基具有施工機具少，施工工藝簡單，加固費用低、工期短等一系列優(yōu)點，有利與一般工業(yè)與民用建筑地基加固的廣泛應用。但是，這種功法也有適用范圍，如果被加固土體的不排水抗剪強度低于19.6Kpa，無法成樁，不能采用該樁法。endprint