淺談?wù)駴_碎石樁在軟土路基處理中的應(yīng)用

淺談?wù)駴_碎石樁在軟土路基處理中的應(yīng)用Shallowlydiscusstheapplicationofthevibroreplacementstonecolumnreinforcesoftclayground摘要：振沖碎石樁加固軟土地基的方法在我國(guó)各類大小工程中都被普遍應(yīng)用，本文將以實(shí)例介紹振沖碎石樁的計(jì)算及設(shè)計(jì)過(guò)程，以及施工中應(yīng)該注意的問(wèn)題。Abstract:Themethodofthevibroreplacementstonecolumnreinforcesoftclaygroundisgenerallyappliedinallkindsofprojectsinourcountry,thearticleintroducedtheconputationanddesignofthevibroreplacementstonecolumnbyexampleandthequestionsweshouldpayattentiontoinconstruction。關(guān)鍵詞：振沖碎石樁加固軟土地基Keywords：ViboreplacementstonecolumnReinforceSoftclayground一、引言軟土路基處理是一項(xiàng)要花大量人力、物力、財(cái)力和時(shí)間，去進(jìn)行勘察、測(cè)試、設(shè)計(jì)和施工過(guò)程。本文就廣州市蘿崗中心區(qū)道路及配套工程道路1號(hào)路軟土地基加固處理的設(shè)計(jì)和施工，談?wù)動(dòng)谜駴_碎石樁加固軟土地基的心得體會(huì)。二、軟基的基本概況廣州市蘿崗中心區(qū)地處廣州城區(qū)的東部，該區(qū)域大部分建設(shè)場(chǎng)地均為農(nóng)田，根據(jù)勘察及試驗(yàn)結(jié)果顯示，場(chǎng)地?cái)嗬m(xù)有砂層分布。該砂層是場(chǎng)地的主要含水層，含水量較豐富，粘性土層透水微弱，含水貧乏，該場(chǎng)地軟土的主要特征是：天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，強(qiáng)度低，滲透系數(shù)小。且由1號(hào)路所處地質(zhì)資料揭示可知，該區(qū)域地下水位較高，含水量較大，且地底軟土除了含有淤泥之外，還含有嚴(yán)重液化的砂性土。本工程最初方案定為水泥攪拌樁處理，但是由于考慮到該區(qū)域地下水豐富，且含嚴(yán)重液化的砂性土，水泥攪拌樁很難成樁，并結(jié)合1號(hào)路南端接開創(chuàng)大道的軟基處理經(jīng)驗(yàn)，最后確定方案采用碎石樁處理。軟土巖性：1、填筑土及種植土呈松散、局部稍壓實(shí)狀態(tài)，密實(shí)程度不均勻，多數(shù)尚未完成自重固結(jié)，未經(jīng)處理不能作為擬筑構(gòu)造物的基礎(chǔ)持力層。2、第四系沖洪積層中，淤泥及淤泥質(zhì)粘土呈飽和、流塑狀態(tài)，強(qiáng)度低，壓縮性高，屬軟弱地基土；亞粘土呈濕~很濕，軟可塑~硬可塑狀態(tài)，具中等的強(qiáng)度及中等的壓縮性；粘土呈飽和、軟塑狀態(tài)，強(qiáng)度較低，壓縮性較高，屬相對(duì)軟弱層；粘土呈很濕~飽和、軟可塑、具中等偏低的強(qiáng)度及中等偏高的壓縮性；亞粘土呈很濕、硬可塑狀態(tài)，具中等的強(qiáng)度及中等的壓縮性；細(xì)砂呈飽和、松散狀態(tài)，粗砂呈飽和、松散狀態(tài)，粗砂呈飽和、稍密狀態(tài)，上述三層砂均為場(chǎng)地內(nèi)的強(qiáng)透水性地層且富含地下水。上述地層中的淤泥、細(xì)砂、粘土及淤泥質(zhì)粘土屬松軟層或相對(duì)軟弱層，未經(jīng)處理不宜作為擬筑構(gòu)造物的基礎(chǔ)持力層或下臥層。三、軟基處理措施及計(jì)算依據(jù)1、處理方案根據(jù)GB50007-2002《地基處理技術(shù)規(guī)范》[1]及以往施工經(jīng)驗(yàn)，碎石樁采用梅花形排列，樁徑統(tǒng)一采用d＝80cm，樁間距設(shè)置，行車道內(nèi)采用Ls＝1.5m，除行車道以外的路基部分均采用Ls＝1.8m的樁距，樁體填料為粒徑20～80mm的碎石。碎石樁要求穿過(guò)軟土層，進(jìn)入持力層至少50cm。碎石樁施工結(jié)束后，在地基上鋪設(shè)50厘米厚的碎石墊層，以加強(qiáng)路基排水。要求工后復(fù)合地基承載力不小于120kPa，沉降不大于30cm。2、計(jì)算依據(jù)2.1沉降驗(yàn)算路堤填料及持力層為粘土，其主要計(jì)算參數(shù)取值：γ土=18kN/m3，C土=25Kpa，Ψ土=15,粘土E＝4.0Mpa；軟基主要計(jì)算參數(shù)取值：γ軟=16kN/m3，凝聚力C軟=15Kpa，內(nèi)摩擦角?＝2°，Ψ軟=7，Es1＝2.0Mpa，fk＝65Kpa，固結(jié)系數(shù)Cv=1.5x10-7m2/s。S=Ψs《地基處理技術(shù)規(guī)范5.3.5》[1]S－未加固前復(fù)合土范圍的天然沉降；Ψs－沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由Es查表得；po－基底面處的附加應(yīng)力，取120Kpa；Zi－為9.5m；?－查《振沖碎石樁復(fù)合地基》[2]附錄三:附表3-1“矩形面積上均布荷載作用下角點(diǎn)的平均附加應(yīng)力系數(shù)?”,路基處理寬度b＝50m，路基處理長(zhǎng)度l＝500m，按應(yīng)力疊加原理l/b=500/50＝10，z1/b=2/50=0.04，z2/b=7/50=0.18，z3/b=9.5/50=0.19，查表得a1=0.25×4，a2=0.249×4，a3=0.249×4。Es1＝2.0Mpa；由公式Es=，——Ai＝p0（ziai-zi-1ai-1）《振沖碎石樁復(fù)合地基公式3-36》[2]，算得Es＝2.8Mpa，p0＝120Kpa>fk＝65Kpa，可查表3-8[2]，Ψs＝1.05由公式S=Ψs＝1.05×120×（）＝866mm根據(jù)《振沖碎石樁復(fù)合地基公式3-37》[2]加固后路基總沉降減少量：S減=[1/(1+（n-1）m)]×S式中n—樁土應(yīng)力比，對(duì)于粘性土n=2～4,取n=2m—面積置換率m=《振沖碎石樁復(fù)合地基公式3-4》[2]d—樁直徑de—等效影響圓的直徑，當(dāng)布樁為等邊三角形(梅花形)布置時(shí)，de＝1.05Ls（Ls為樁間距）《振沖碎石樁復(fù)合地基公式3-5》[1]可得m=0.258S減=[1/(1+（2-1）×0.258)]×866=688mm通過(guò)計(jì)算可知，地基采用碎石樁處理后，總沉降量減少69cm，剩余沉降18cm<30cm，滿足沉降量控制要求。2.2承載力驗(yàn)算復(fù)合地基的承載力特征值按《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的公式(6.2.8-1)[1]計(jì)算：fsp,k=mfp,k+(1-m)fs,k其中：fsp,k—復(fù)合地基的承載力特征值；fp,k—樁體單位面積的承載力特征值，根據(jù)基礎(chǔ)應(yīng)力情況，要求樁體承載力特征值為fp,k≥477KPa(根據(jù)樁上荷載扳試驗(yàn)成果試驗(yàn)資料，碎石樁承載力特征值可達(dá)240KN以上)；fs,k—擠密后樁間土體單位面積的承載力特征值，當(dāng)土體孔隙比達(dá)到一定值時(shí)，其擠密后樁間土體單位面積的承載力特征值fs,k會(huì)有所提高，但為設(shè)計(jì)安全起見(jiàn)，本處取fs,k=65kPa，；m-樁體相對(duì)于復(fù)合地基的面積置換率，m=d2/de2經(jīng)計(jì)算得：fsp,k=171.3kPa>120Kpa根據(jù)以上計(jì)算，采用振沖碎石樁擠密法對(duì)本工程軟基處理后的復(fù)合地基滿足基底應(yīng)力要求。通過(guò)以上計(jì)算證明，本方案加固后的地基承載力得以較大提高，沉降量控制在可靠的范圍內(nèi)，并且承載力的計(jì)算結(jié)果為后期的承載試驗(yàn)提拱了可靠的數(shù)字依據(jù)。四、施工工藝及注意事項(xiàng)施工前，應(yīng)清除流塑狀淤泥，鋪設(shè)0.5米厚的石屑臨時(shí)墊層，整平場(chǎng)地，以便施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)。墊層應(yīng)嚴(yán)格控制粒徑，以免無(wú)法進(jìn)行成孔。然后放線定出孔位。施工順序應(yīng)從左到右，先邊部后中部，便于復(fù)合地基土體固結(jié)程度隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷深入。施工時(shí)要注意水、電、料三者的控制。水要充足，但水量不易過(guò)多，以防把填料回出流走；電主要是控制振密過(guò)程中的密實(shí)電流；料要注意加料不得過(guò)猛，原則上要勤加料，但每批不宜加得太多。碎石應(yīng)采用不風(fēng)化石塊,粒徑20～80mm,含泥量不得大于5%，完工后加鋪50cm厚的碎石墊層，以利于排水。施工工序：清淤排水、整平場(chǎng)地→鋪設(shè)墊層并碾壓→放樣定孔位→啟動(dòng)水泵振沖器→振沖器下沉至設(shè)計(jì)深度→記錄電流、電壓及深度→振沖器提至孔口→往孔口緩慢倒第一批碎石→振沖器下沉振密→重復(fù)往孔口倒碎石并振密直至孔口在正式施工前，先進(jìn)行試樁，初步得出本場(chǎng)地碎石樁施工參數(shù)等，特別是要得出樁底超過(guò)淤泥層時(shí)的振沖器工作特性，如電機(jī)工作電流等，試樁根數(shù)一般不少于3根。五、承載試驗(yàn)檢測(cè)及結(jié)論經(jīng)過(guò)半個(gè)月的緊張施工，共完成碎石樁總數(shù)36925米，成孔4336個(gè)。根據(jù)地基承載力計(jì)算數(shù)據(jù)，進(jìn)行了三組五個(gè)點(diǎn)承載板靜載試驗(yàn)，兩個(gè)樁上點(diǎn)，三個(gè)樁間土。試驗(yàn)用的圓形承載板與等效影響圓直徑相等，加載總荷載至少是復(fù)合地基設(shè)計(jì)值的一倍。荷載按24KN為一級(jí)分級(jí)加載，每級(jí)加載后，分時(shí)觀測(cè)沉降值直至每小時(shí)變形值小于0.1mm，即認(rèn)為底板已處于相對(duì)穩(wěn)定而終止觀測(cè)，然后進(jìn)行下一級(jí)加載，直至試驗(yàn)結(jié)束。其結(jié)束試驗(yàn)的條件為：累計(jì)加荷值達(dá)240KN，或在此荷載之前地基出現(xiàn)明顯變形，底板周邊出現(xiàn)裂縫、隆起等現(xiàn)象。卸載時(shí)測(cè)讀回彈量，直至變形結(jié)束。整理觀測(cè)數(shù)據(jù)，并繪制沉降S、荷載P、時(shí)間T三者之間的關(guān)系曲線，從編號(hào)A9-4號(hào)工程樁的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)試驗(yàn)加載到240KN時(shí)，可以看出P-S曲線平緩，無(wú)明顯陡降段，S－lgT曲線呈平緩規(guī)則排列，總沉降量為13.19mm，綜合分析，該樁極限承載力為QU≥240KN。編號(hào)A9-4號(hào)工程樁抗壓試驗(yàn)荷載－沉降數(shù)據(jù)匯總表本工程從幾組試驗(yàn)資料可知，各個(gè)點(diǎn)的累計(jì)觀測(cè)沉降量均小于14cm，當(dāng)加載至240KN以內(nèi)均未出現(xiàn)板底復(fù)合地基破壞跡象。所以加固后的復(fù)合地基處于壓密階段，承載能力有很大的提高，軟基處理是成功的。并且固結(jié)效果隨著時(shí)間還應(yīng)有所增加，故以后填方施工不能過(guò)快，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范分層進(jìn)行填筑，并作好堆載與路堤沉降觀測(cè)，以沉降值控制填方施工速率。六、結(jié)束語(yǔ)碎石樁加固技術(shù)對(duì)施工工藝要求較高，掌握不好容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。常見(jiàn)的有“斷樁”、“頸縮樁”；由于碎石樁施工速度快，且屬隱蔽性施工，不易監(jiān)控，個(gè)別施工單位偷工減料，致使樁身材料不夠或樁長(zhǎng)不夠等等。施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員，質(zhì)檢員、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理員要切實(shí)發(fā)揮出應(yīng)有的作用，施工人員應(yīng)具有高度的責(zé)任感，保證按施工規(guī)范施工，層層把關(guān)，并成立質(zhì)量管理小組，貫穿整個(gè)施工過(guò)程，確保工程質(zhì)量滿足規(guī)范