振動(dòng)擠密砂樁施工技術(shù)在高速公路軟基處理中的應(yīng)用

黃國(guó)慶 （福建路信交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，福建 福州 350000）

振動(dòng)擠密砂樁施工技術(shù)是沿海地區(qū)高速公路一種較為常見(jiàn)的處理軟土地基的技術(shù)方式，其一般采用振動(dòng)打樁機(jī)施工，通過(guò)荷載振動(dòng)的形式將砂壓入到相應(yīng)的軟土地基當(dāng)中，在重復(fù)壓拔管、振動(dòng)擠密后對(duì)地基形成相應(yīng)的密實(shí)砂樁[1]；一般用于擠密松散砂土、粉土、黏性土、素填土、雜填土等軟土地基，對(duì)于飽和軟土地基的處理主要起置換作用，同時(shí)可以縮短軟土地基的穩(wěn)定時(shí)間，并具有豎向排水通道的作用[2]。

1 工程實(shí)例概況

福州沿海地區(qū)某施工合同段，某互通軟基處理地段表層為海積層較厚的黏土層及淤泥層，下部海積成因的粉、細(xì)砂層及沖積成因的卵石層，局部夾雜海積成因的淤泥質(zhì)土層；地表多為人工灌溉引水溝渠、人工蓄水池塘；地下水類型主要為上部土層孔隙水，埋藏較淺，富水性強(qiáng)且受地表水及大氣降水補(bǔ)給。屬高壓縮，高靈敏度，低承載力，易變形的不良土層。

本次工程實(shí)踐中，振動(dòng)擠密砂樁主要采用等邊三角形布設(shè)，樁間距為1.2～1.5m不等，成孔直徑為50cm，樁打穿軟土層進(jìn)入下臥層不得小于0.5m，砂樁的長(zhǎng)度在12～16m范圍不等，在樁頂設(shè)置中粗砂褥墊層50cm，對(duì)路基填土高度超過(guò)4m以上的段落夾兩層雙向鋼塑復(fù)合土工格柵。砂樁示例布置圖見(jiàn)以下圖1、圖 2。

2 振動(dòng)擠密砂樁施工工藝

圖1 砂樁橫斷面結(jié)果布置圖

圖2 砂樁平面布置圖

2.1 砂樁施工工藝流程

圖3 砂樁施工工藝流程圖

2.2 砂樁施工工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)設(shè)路基中心線和軟基處理寬度，首先用全站儀放出路基軟基處理范圍，用石灰粉標(biāo)明邊界線并確定路基兩側(cè)控制樁位，再根據(jù)施工計(jì)劃并結(jié)合樁位布置圖用卷尺逐樁放出砂樁位置，用小木樁定出每個(gè)砂樁位置同時(shí)用石灰粉撒點(diǎn)標(biāo)記；在樁管沉入前，根據(jù)試樁樁長(zhǎng)將沉管深度用紅油漆標(biāo)識(shí)于樁管上，來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)砂樁施工深度。裝機(jī)就位后，檢查樁機(jī)是否平穩(wěn)及樁管豎直度是否滿足要求，可采用全站儀按水平、垂直兩個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整，以保證樁身的豎直度；啟動(dòng)樁錘電機(jī)振動(dòng)樁錘，通過(guò)樁長(zhǎng)紅色標(biāo)記控制樁管下沉至設(shè)計(jì)深度，開(kāi)始上料，上料時(shí)控制灌砂量，按照不小于計(jì)算灌砂量進(jìn)行灌入（拔管過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)砂），直至灌滿樁管。在樁管內(nèi)加入砂料后，邊振動(dòng)邊緩慢拔出樁管，同時(shí)結(jié)合試樁情況，選擇合理的拔管速度，待完成設(shè)計(jì)灌砂量且樁管提至地面后，根據(jù)控制樁確定下一根樁的樁位，將機(jī)械移到下一樁位，移動(dòng)過(guò)程中嚴(yán)禁壓過(guò)已施工的砂樁。

2.3 檢樁、加筋砂墊層施工

在成樁30d后，采用靜力觸探檢測(cè)樁身密實(shí)度和樁長(zhǎng)，檢驗(yàn)頻率應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)分析判斷樁身完整性。

砂墊層鋪設(shè)前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工用中粗砂及雙向鋼塑格柵進(jìn)行檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求后，方可用于鋪設(shè)墊層。

2.4 堆載、卸載

可利用本身路基填筑用的材料進(jìn)行堆載預(yù)壓，路基填筑時(shí)應(yīng)按堆載計(jì)劃實(shí)施，要求分層均勻攤鋪填筑，壓實(shí)度應(yīng)滿足相關(guān)要求；根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推算的工后沉降小于10cm，同時(shí)滿足連續(xù)兩個(gè)月觀測(cè)的沉降量中每個(gè)月累計(jì)不超過(guò)5mm時(shí)方可卸載土方鋪筑路面。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)包括表面沉降觀測(cè)、分層沉降觀測(cè)、側(cè)向位移等測(cè)試項(xiàng)目。按照設(shè)計(jì)圖紙軟基監(jiān)控的項(xiàng)目數(shù)量，由專門(mén)的監(jiān)測(cè)單位制定監(jiān)測(cè)方案并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，通過(guò)軟基監(jiān)控對(duì)設(shè)計(jì)方案和加固效果進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)為填方卸載及后續(xù)路面施工時(shí)間提供依據(jù)。

3 振動(dòng)擠密砂樁施工過(guò)程中常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題及解決辦法

3.1 樁身不密實(shí)

3.1.1 原因分析

灌砂量不足，砂的含水率不佳或加水量不足，成樁樁身密實(shí)度不足，引起疏松現(xiàn)象。

3.1.2 解決辦法

按照設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制投砂量和拔管速度，樁管內(nèi)的加水量必須充足，確保管內(nèi)砂料振動(dòng)密實(shí)，定期對(duì)樁機(jī)振動(dòng)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)檢修，防止機(jī)械振動(dòng)力不足。

3.2 樁身傾斜

3.2.1 原因分析

沉樁時(shí)樁管豎直度不夠，或受鄰樁振沖影響，容易引起已成砂樁傾斜。

3.2.2 解決辦法

①沉樁時(shí)要現(xiàn)場(chǎng)校正樁管豎直度，對(duì)于偏差值大于規(guī)范要求的，應(yīng)及時(shí)調(diào)整機(jī)身。

②按規(guī)范要求布置樁位及打樁順序，相鄰樁采用間隔跳躍施工，避免因相互間振動(dòng)對(duì)樁身豎直度造成影響。

③施工前按規(guī)范要求，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整，壓路機(jī)振壓密實(shí)，避免樁機(jī)鉆孔時(shí)產(chǎn)生不均勻沉降造成機(jī)身偏斜。

3.3 短樁

3.3.1 原因分析

①樁底空松、樁底端砂料偏少或無(wú)料會(huì)引起短樁。

②沉管時(shí)遭遇局部硬土層或孤石，處理不當(dāng)也會(huì)造成樁長(zhǎng)不夠。

3.3.2 解決辦法

①拔管前必須保證管內(nèi)灌滿砂料，并留振1min，確保砂料填滿孔底。在拔管過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)下料不足，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充填料，確保樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

②沉管成孔時(shí)，遇到硬土層或孤石，應(yīng)立即停機(jī)，向現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理上報(bào)情況，拔出沉管，在樁位旁邊試打，確定硬土層范圍，報(bào)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)及業(yè)主進(jìn)行樁長(zhǎng)樁位變更或采取其他措施。

3.4 斷樁

3.4.1 原因分析

斷樁是砂樁施工中常見(jiàn)的病害，造成的原因有塌孔、沉管活頁(yè)打不開(kāi)等。

3.4.2 解決辦法

①嚴(yán)格按照工藝性試樁及規(guī)范要求，嚴(yán)格控制拔管速度，確保砂料及時(shí)填充密實(shí)。禁止在管內(nèi)無(wú)料時(shí)進(jìn)行空振，造成塌孔。

②對(duì)沉管底部活頁(yè)經(jīng)常進(jìn)行檢修，確保施工時(shí)開(kāi)合順暢。

3.5 堵管

3.5.1 原因分析

①活頁(yè)開(kāi)啟不靈活，造成砂料下料困難。

②現(xiàn)場(chǎng)裝載機(jī)鏟運(yùn)砂料時(shí)，帶進(jìn)泥團(tuán)，造成堵管。

③下雨天施工，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)堆放施工用的的砂料含水量增大，造成沉管內(nèi)的砂容易在重復(fù)壓拔管、振動(dòng)等作用下達(dá)到密實(shí)而不易下料。

3.5.2 解決辦法

①樁管就位沉管前，先行向管內(nèi)灌注部分砂料，防止淤泥擠入樁底活頁(yè)縫隙。

②砂料按規(guī)范要求檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)場(chǎng)，確保堆放場(chǎng)地預(yù)先清理干凈，確保無(wú)雜物、泥團(tuán)混入。若現(xiàn)場(chǎng)砂料中混入泥團(tuán)等雜物，灌砂前一定要將泥團(tuán)等清理出來(lái)，防止堵管。

③下雨天砂含水量大，一次性下料量不宜超過(guò)1.5m3（具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定，當(dāng)發(fā)生堵管時(shí)，及時(shí)調(diào)整一次性下料量），下料拔管過(guò)程中，同時(shí)向管內(nèi)充水，確保砂料全部沉入孔中。

4 沉降穩(wěn)定和位移監(jiān)測(cè)情況分析

4.1 監(jiān)測(cè)的目的

監(jiān)測(cè)是路基工程的重要組成部分。利用監(jiān)測(cè)及時(shí)反饋的信息來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，同時(shí)利用監(jiān)測(cè)成果控制施工速度，控制填土速率，確保工程施工的正常進(jìn)行和經(jīng)濟(jì)合理可靠。主要為監(jiān)測(cè)整個(gè)施工過(guò)程中軟基處理范圍內(nèi)路基的穩(wěn)定性，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定開(kāi)始鋪筑路面的時(shí)間。

4.2 監(jiān)測(cè)的方法

監(jiān)測(cè)工作主要包括：地表沉降監(jiān)測(cè)、地表水平位移監(jiān)測(cè)。其中地表沉降監(jiān)測(cè)待沉降標(biāo)埋設(shè)完成后，定期測(cè)度鍍鋅管上測(cè)量點(diǎn)與鄰近基準(zhǔn)點(diǎn)之間的高程差；位移觀測(cè)標(biāo)志埋設(shè)完成后，通過(guò)極坐標(biāo)法利用附近已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)讀位移觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)，以此來(lái)監(jiān)測(cè)位移觀測(cè)點(diǎn)的變化量。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

分級(jí)堆載預(yù)壓技術(shù)在振動(dòng)擠密砂樁當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛，在擠密砂樁加固處理之后，本次工程實(shí)踐采用分級(jí)分層堆載預(yù)壓；通過(guò)預(yù)壓期間，觀測(cè)得出的“累計(jì)沉降量-時(shí)間”、“累計(jì)水平位移量-時(shí)間”曲線圖，可以推算出軟土地基的最終固結(jié)變形量，以及不同時(shí)間的固結(jié)度和相應(yīng)的變形量，以分析軟基處理效果并為確定卸載時(shí)間提供依據(jù)。以下為該高速公路互通（AK0+120處）設(shè)置的沉降量、水平位移量監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)得數(shù)據(jù)曲線情況（圖4、圖5）。分析圖4“累計(jì)沉降量-時(shí)間”曲線圖可知，沉降量在前面3個(gè)月增加較快，第4個(gè)月后沉降量趨于緩和，且沉降量較小，說(shuō)明路基沉降比較穩(wěn)定，同時(shí)該沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)已滿足連續(xù)兩個(gè)月沉降量小于5mm，可以停止監(jiān)測(cè)；圖5水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化量較小，未超出日變化速率每晝夜5mm的標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)測(cè)水平位移速率為0.02mm/d），未見(jiàn)明顯發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)巡視未發(fā)現(xiàn)明顯路基病害。說(shuō)明本處理方案較為成功，軟土地基得到了有效的控制。

圖4 累計(jì)沉降量-時(shí)間曲線圖

圖5 累計(jì)水平位移量-時(shí)間曲線圖

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)振動(dòng)擠密砂樁處理后軟基沉降穩(wěn)定和位移監(jiān)測(cè)結(jié)果分析情況，說(shuō)明振動(dòng)擠密砂樁能夠有效的在軟土地基中發(fā)揮穩(wěn)定性作用，同時(shí)可以將軟土地基中的水分通過(guò)樁體本身及砂墊層排出；此外，因砂樁頂砂墊層施工過(guò)程中有鋪設(shè)雙層雙向鋼塑格柵，從而有效的提高了軟基處理段路基的地基承載能力，也加強(qiáng)了該段路基的抗滑穩(wěn)定性[3]。從本次工程實(shí)踐來(lái)看，振動(dòng)擠密砂樁施工技術(shù)對(duì)沿海地區(qū)高速公路軟土地基處理具有一定的應(yīng)用前景，具有施工設(shè)備單一，施工工藝成熟簡(jiǎn)單，沉降穩(wěn)定處理效果好等特點(diǎn)；在實(shí)際工程實(shí)施過(guò)程中，可結(jié)合工程地質(zhì)及施工前的試樁分析總結(jié)情況，來(lái)確定具體的砂樁施工工藝參數(shù)，使其處理效果符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。