余國凱

安徽省交通建設(shè)股份有限公司 安徽合肥 230041

在軟土地基加固工作中，振動(dòng)沉管碎石樁是較成熟的方法，該施工工藝簡(jiǎn)單、成本低、速度快，并可以有效地加固樁間土壤，代替貧瘠松軟的土壤，提高地基承載力，減少基礎(chǔ)的固結(jié)和沉降現(xiàn)象。因此這種施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

1 關(guān)于振動(dòng)沉管碎石樁的加固原理

碎石樁的加固可分為兩種功能：壓縮和置換。對(duì)于飽和粘性土壤采取替代施工。對(duì)于沙質(zhì)土壤采取壓實(shí)法施工。粘性不飽和土壤同時(shí)具有壓縮和位移兩個(gè)特性。通常情況下，飽和土壤的壓實(shí)度，隨細(xì)顆粒含量增加而降低，而其位移效果隨含量的增加而增加。對(duì)于沙子等和不飽和粘性土壤，利用碎石樁技術(shù)進(jìn)行壓實(shí)、排水和預(yù)振，能生產(chǎn)非常好的效果作用。碎石樁對(duì)飽和粘性土壤的作用是轉(zhuǎn)換和排水。碎石樁由散裝材料制成，材料本身沒有粘性。樁身強(qiáng)度由土壤和樁身的摩擦力來維持。在支撐頂部載荷的同時(shí)，其強(qiáng)度集中在樁頂附近約為樁直徑4倍范圍。同時(shí)配有碎石枕，具有良好的過濾性，縮短了土壤排水路徑，提高了土壤固結(jié)速度和整體承載能力。

2 關(guān)于振動(dòng)沉管碎石樁的加固設(shè)計(jì)

振動(dòng)沉管碎石樁可以有效加固軟土路基，根據(jù)土壤的承載力，有效減少其變形并和地基沉降，增加地基的抗剪強(qiáng)度和穩(wěn)定性。沉管碎石樁加固軟土地基的機(jī)理是，對(duì)于粘性土壤基礎(chǔ)，由于粘土顆粒的含量比較高，顆粒之間的低滲透性，土壤中的水在振動(dòng)或壓縮力的作用下不利于排水效果。因此，很難去除振動(dòng)的卵石樁，所以要對(duì)其進(jìn)行置換。應(yīng)用振動(dòng)沉管碎石樁，在粘土層形成了良好的排水通道，并縮短水平滲透路徑，使排水過程和土壤固結(jié)變得平穩(wěn)。使基地的穩(wěn)固性得到加強(qiáng)。在淺層軟土層利用碎石樁技術(shù)，可有效穿透整個(gè)軟土層。使樁體在載荷下起應(yīng)力集中作用，減輕了對(duì)軟弱地基的壓力。與原地基相比，復(fù)合地基的承載力明顯提高，可壓縮性也大幅降低。當(dāng)軟土層較厚時(shí)，振動(dòng)碎石樁可能無法穿透全部土層。此時(shí)的增強(qiáng)復(fù)合地板對(duì)土層產(chǎn)生緩沖層用作，以分散載荷，因此提高了基礎(chǔ)的整體載荷能力，就地基應(yīng)力分布趨于均勻。碎石樁應(yīng)用沉管成孔，孔的直徑約50cm，布樁采用正三角形，碎石樁的平均長(zhǎng)控制在8.7m，要在樁頂位置鋪設(shè)50cm的碎石及5層加筋格柵，樁的間距為1.5m，施工排距為0.87m。采用粒徑20～80mm的扎制碎石填料，其含泥量小于10%。

3 振動(dòng)沉管碎石樁的施工準(zhǔn)備及工藝流程

靜動(dòng)力排水固結(jié)法是一種新型的軟土地基處理技術(shù)，具有投資低和工期短的特點(diǎn)。它是在傳統(tǒng)的強(qiáng)夯法及排水固結(jié)法基礎(chǔ)上加以發(fā)展的，它是利用強(qiáng)夯法的機(jī)具與排水固結(jié)中排水進(jìn)行軟土地基處理，如1圖所示。

圖1 排水法原理示意圖

3.1 施工原材料的準(zhǔn)備

樁的制造需要使用直徑20至50毫米的碎石，現(xiàn)時(shí)泥漿含量要控制在10%以內(nèi)?；炷令A(yù)制樁頭和碎石材料均應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。裝載機(jī)鏟斗在進(jìn)行校準(zhǔn)，使用體積為0.25立方米的鏟斗[1]。

3.2 設(shè)備和施工隊(duì)伍人員進(jìn)入場(chǎng)地

根據(jù)工程總體施工進(jìn)度計(jì)劃和碎石樁的數(shù)量，選擇合適的工程振動(dòng)嵌入式管式碎石打樁機(jī)。使用打樁機(jī)，要配備2名操作人員，搬運(yùn)工4人還有1臺(tái)小型的裝載機(jī)[2]。

3.3 碎石樁的制作工藝

根據(jù)振動(dòng)施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求，對(duì)振動(dòng)碎石樁施工場(chǎng)地進(jìn)行平整，回填物上方至少保持0.5m的高度的具有滲透性較好的材料。樁位置根據(jù)網(wǎng)圖計(jì)算控制點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)置，并由專業(yè)的測(cè)繪人員確定位置和挖點(diǎn)用木樁進(jìn)行的定位。然后使用鋼卷尺檢查點(diǎn)附近的樁，并在樁上撒石灰。樁的放樣誤差應(yīng)1.5cm和定位打樁時(shí)間要控制在24小時(shí)內(nèi)。在施工中，應(yīng)注意防止和控制由標(biāo)記破壞引起的錯(cuò)誤樁位置，并適當(dāng)調(diào)整樁位置偏差。振動(dòng)鉆錘合格后，沉管在自由狀態(tài)下對(duì)準(zhǔn)樁的位置，并用錘的重量和沉管的自重緩慢壓入，然后振動(dòng)錘被驅(qū)動(dòng)并擰緊，振動(dòng)下沉。按下鋼絲繩，一次浸入設(shè)計(jì)深度，以提高下沉管的效率。當(dāng)沉管達(dá)到設(shè)計(jì)深度或?qū)⒊凉軓牡孛胬鰰r(shí)，應(yīng)進(jìn)料或重新裝填材料，并清除孔和管壁中的泥漿，以免混入巖石堆棧的反向插入數(shù)決定了堆棧的緊湊性與反向插入數(shù)之間的關(guān)系，振動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)孔后，停止振動(dòng)并填充材料，直到充滿為止。在振動(dòng)的同時(shí)開始拉動(dòng)，每個(gè)拔管的高度應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格控制每米反應(yīng)量。在壓力樁反向放置完成后，將物料填充到地面中，將下沉管放到樁上，擰緊壓力鋼絲繩，對(duì)樁施加壓力，并檢查樁頂?shù)母叨?，施工期間的施工記錄應(yīng)做好保存[3]。

4 公路軟基振動(dòng)沉管碎石樁施工要點(diǎn)及施工方法

4.1 軟基振動(dòng)沉管碎石樁施工要點(diǎn)

振動(dòng)沉管碎石樁技術(shù)在軟基處理中的應(yīng)用，應(yīng)充分注意施工點(diǎn)的質(zhì)量。在施工過程中，控制單個(gè)樁中的碎石數(shù)量更為重要，這是確保技術(shù)實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。技術(shù)的應(yīng)用必須與設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，振動(dòng)水下碎石樁倒入單個(gè)碎石樁時(shí)，應(yīng)根據(jù)頻率控制其應(yīng)用。將層需求與數(shù)量注入結(jié)合起來，為了確保澆筑的整體質(zhì)量，必須執(zhí)行相應(yīng)的測(cè)試，并且土壤要通過澆筑測(cè)試。振動(dòng)式埋管碎石樁用水量少，泥漿不被熱污染，在軟土地基中，必須弄清楚樁的次序，避免使樁位置偏移現(xiàn)象。在軟土地基的施工中，振動(dòng)式碎石樁的用水量較低，由于該技術(shù)的應(yīng)用不同于壓實(shí)碎石樁，因此樁身不易破碎。為了避免混凝土的初始凝結(jié)過快的情況，必須使用地面泵進(jìn)行混凝土澆筑，并且泵送管道必須用網(wǎng)眼袋覆蓋，以防止在施工中泵堵塞管道現(xiàn)象。在施工中遇到可液化土層時(shí)，應(yīng)通過重復(fù)反向放置來加固鋼筋，以確保填充滿足設(shè)計(jì)要求，有助于改善軟土地基過程的質(zhì)量。必須進(jìn)行相關(guān)的質(zhì)量控制工作，以確保軟土地基上處理振動(dòng)的碎石樁的效果。

4.2 軟基振動(dòng)碎石樁施工方法

在軟土地基的處理中，振動(dòng)預(yù)埋管式碎石樁的應(yīng)用中，要充分注意相關(guān)的損傷步驟。場(chǎng)地平整是相對(duì)重要的部分，是工程施工質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。作為振動(dòng)嵌入式管道碎石的工作平臺(tái)，應(yīng)滿足堆積機(jī)的實(shí)際施工要求。校平后在確定樁的過程中，要測(cè)量和堆放碎石樁的位置，計(jì)算樁位置控制點(diǎn)的坐標(biāo)，結(jié)合設(shè)計(jì)圖檢查并進(jìn)行控制。并使用卷尺檢查樁的位置以進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記期間，誤差必須保持在一定范圍內(nèi)，以免在堆疊中發(fā)生偏差。振動(dòng)孔的形成是振動(dòng)水下碎石樁施工中一個(gè)重要的構(gòu)件。在施工中，應(yīng)按時(shí)完成柱塞的安裝。校準(zhǔn)埋管中的樁位置，并在自由底部上對(duì)齊。在施工中，在靜態(tài)抑制錘的重量和下沉管的重量下，操作振動(dòng)錘并進(jìn)行浸入，并且在施工期間必須擰緊鋼纜。在石材鋪設(shè)的后期，這是更為關(guān)鍵的施工循環(huán)。管道應(yīng)與設(shè)計(jì)深度齊平，并應(yīng)按時(shí)放置石頭，管道壁和涵洞應(yīng)至指定深度。振動(dòng)孔形成完成后，應(yīng)停止振動(dòng)填充，振動(dòng)后可將管拉出。反向插入時(shí)要注意深度控制，與測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行比較，確定次數(shù)，并保持反向插入速度恒定。在壓力樁施工中，下沉管下降到樁的頂部，壓力鋼絲被壓縮以將樁壓向樁，并且頂部的高度需要得到很好的控制。在振動(dòng)沉降碎石樁技術(shù)的應(yīng)用中，控制樁長(zhǎng)也很重要。

5 振動(dòng)沉管碎石樁在軟基加固中施工質(zhì)量控制

5.1 振動(dòng)沉管碎石樁的質(zhì)量控制

在軟土路基碎石樁施工結(jié)束后，必須經(jīng)過一定的時(shí)間才能執(zhí)行質(zhì)量控制。對(duì)于粘性土壤層，間隔需要為3至4周，對(duì)于粉質(zhì)基層，間隔可以為2至3周。關(guān)于施工質(zhì)量檢查，常用的方法是現(xiàn)場(chǎng)檢查、滲透測(cè)試和單樁荷載測(cè)試。關(guān)于鋼筋沖擊試驗(yàn)，常用的方法是單樁復(fù)合地基和多層樁復(fù)合地基的載荷試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查包括檢查樁直徑、距離、樁長(zhǎng)和物料數(shù)量，此項(xiàng)工作由檢查員完成。專職人員負(fù)責(zé)測(cè)量和記錄參數(shù)，例如樁位置坐標(biāo)、加固深度、高度和振動(dòng)的保持時(shí)間。使用標(biāo)準(zhǔn)穿透、靜態(tài)圓錐穿透或動(dòng)態(tài)圓錐穿透來檢測(cè)樁和土壤的壓實(shí)質(zhì)量。碎石樁壓縮效果的檢測(cè)是通過隨機(jī)檢查完成的，檢查次數(shù)不得少于樁孔總數(shù)的2%。如果檢查結(jié)果占不滿足要求的樁總數(shù)的10%，則必須采取其他措施。施工后的質(zhì)量控制應(yīng)在一定范圍內(nèi)，對(duì)于飽和土壤，多余的孔隙水壓力必須基本消散，這可以在其他土壤上完成。載荷的圓直徑等于樁的直徑，通過選擇一個(gè)隨機(jī)樁，可以檢查其是否達(dá)到設(shè)計(jì)值。如有必要，還可以測(cè)試復(fù)合基材的加工效果。

5.2 施工質(zhì)量控制

為了保證樁長(zhǎng)控制工作，以確保樁的質(zhì)量。首先樁的端部必須是錐形的，端部必須是最深樁端的長(zhǎng)度，需要比設(shè)計(jì)深度要大，成品樁的頂部必須比設(shè)計(jì)樁高0.5m。使用具有與樁管相同直徑的普通閥樁端頭需要多次反向插入才能達(dá)到設(shè)計(jì)的進(jìn)料量。帶帽的閥樁尖的效果要優(yōu)于普通閥樁尖，這減少了樁管的下垂的抗拉強(qiáng)度，增加了反向放置和壓縮的效果，并提高了實(shí)際的應(yīng)用效率。良好的樁端密封可以減少進(jìn)入樁管的土壤量，并確保樁的建造質(zhì)量。當(dāng)閥樁端部在反向插入過程中完全打開時(shí)，石頭會(huì)在管道中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，而樁體將無法有效壓縮。樁端需要由四個(gè)閥組成，在擴(kuò)徑部分的外側(cè)焊接了邊界塊，使樁端閥的打開角度，提起樁管時(shí)閥打開，并向內(nèi)略微傾斜。在反向展開過程中，由于樁端的向上壓力，閥門關(guān)閉，從而使樁之間的土壤壓實(shí)。

5.3 原料的質(zhì)量控制

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)樁的橫截面，是碎石樁組成的主要材料，也是施工中的主要力傳遞工具。在振動(dòng)器的振動(dòng)下，松散的土壤層不斷被壓實(shí)。因此，碎石材料的選擇直接影響碎石樁的效果，以增強(qiáng)軟土地基。所選的碎石填充材料應(yīng)具有堅(jiān)硬的強(qiáng)度，良好的級(jí)配性，并控制泥漿含量不得超過3%的要求。在施工前，應(yīng)重新測(cè)試和驗(yàn)證地質(zhì)條件，在要處理的區(qū)域內(nèi)軟土層的深度和強(qiáng)度下，確定碎石樁的合理長(zhǎng)度。并根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行樁身試驗(yàn)，檢查設(shè)計(jì)參數(shù)和施工指標(biāo)。大面積的施工可以根據(jù)檢查并符合設(shè)計(jì)要求的碎石樁試樁進(jìn)行。施工過程應(yīng)主要控制舉升管的高度，抗彎振動(dòng)時(shí)間和填充的連續(xù)性。提升管的高度防止其卡住的振動(dòng)時(shí)間將影響樁的松緊度。碎石樁是由填充物自重的壓力和振動(dòng)器的水平振動(dòng)引起的，路堤的連續(xù)性會(huì)影響樁的形成，甚至?xí)绊憳兜钠教苟?。因此，必須?yán)格按照從試樁試驗(yàn)中得到的參數(shù)進(jìn)行施工，以保證施工質(zhì)量。碎石樁在軟土地基處理中的作用主要體現(xiàn)在加固深度和加固程度上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地質(zhì)條件確定樁的長(zhǎng)度，并根據(jù)設(shè)計(jì)高度控制導(dǎo)管的插入深度。確保通道中的碎石量足夠完整，確保單個(gè)樁的碎石量不少于理論計(jì)算值。很難控制單個(gè)樁中的碎石量。現(xiàn)場(chǎng)施工人員需要準(zhǔn)確記錄每個(gè)樁的碎石量。

6 結(jié)語

綜上所述，利用振動(dòng)沉管碎石樁法加固軟土地基，形成樁土復(fù)合基礎(chǔ)，是目前處理軟土地基的主要方法。并且該技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工后的承載能力強(qiáng)，并且具有柔韌性好的實(shí)用優(yōu)點(diǎn)。與排水固結(jié)法相比，用于深層軟土地基處理的振動(dòng)沉管碎石樁法加固施工時(shí)間較短，而且可以快速連續(xù)地施工，對(duì)縮短軟土地基的施工時(shí)間非常有利。與原始的自然基礎(chǔ)相比，碎石樁加固后的地基通常得到改善，加固效果顯著，施工后的沉降較小，并且排水效果較為理想。對(duì)于不適合粉噴樁技術(shù)的軟土地基，是理想且有效的方法。振動(dòng)式沉管碎石樁的質(zhì)量主要受回填量和振動(dòng)時(shí)間的影響。因此，現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)人員必須對(duì)施工過程中的過程和操作環(huán)進(jìn)行有效的監(jiān)督，并保證現(xiàn)場(chǎng)施工步驟的井井有條。