碎石桩堆载预压处理公路软基施工技术

张凤禄

(贵州省遵义公路管理局)

1 引 言

预压地基指当地基承载力或变形不能满足设计要求时，道路施工前通过在地基表面施加荷载，使地基土压密、沉降、固结，从而提高地基承载力和减少建筑物的工后沉降量的一种地基处理方法。可以分为加载预压法和真空预压法两大类。其中加载预压法包含堆载预压法、碎石桩堆载预压法、袋装砂井堆载预压法、塑料排水板堆载预压法等方法。

2 挤密碎石桩堆载预压特点

碎石桩堆载预压法称砂(桩)或砂井排水堆载预压法，靠桩管上震动器的激振力将桩管振动下沉，其振动力以波的形式向周围土体传播，将土体振动密实灌入碎石砂混合料，通过振动桩管缓慢提升及反插成桩，设置碎石桩作为竖向排水通道，并在桩顶部设置碎石垫层作为水平排水通道，在透水垫层上部压载以增加土中附加应力，而土中附加应力产生超静水压力，使土体中孔隙水较快地通过碎石桩及碎石垫层排出，以达到加速土体固结，提高地基土强度的目的。

碎石桩堆载预压法的特点是通过加速饱和软土的排水固结，使沉降及早完成和稳定，从工程实践效果来看，其沉降速度可加快2.0 ～2.5 倍，可大大提高地基的抗剪强度和承载力，防止地基土剪切滑动破坏;该软基处理的施工机具和方法简单，成桩砂石材料贵州山区可以就地取材，可缩短施工期同时还可有效地降低工程造价。因此该软基处理技术可适用于透水性低的饱和软弱粘性土的加固，较适用于大部分地区的道路、路堤等工程软基处理，但是对泥炭等有机沉积地基则不适用。

值得注意的是对于碎石桩堆载预压施工，存在着以下普遍性问题:(1)碎石桩成孔方法易使桩周围土扰动，使透水性减弱(即涂抹作用)或难使孔壁直立。(2)碎石桩不连续或缩颈、断颈、错位现象很难完全避免。(3)所用成桩设备相对笨重，在软弱地基上进行大面积施工需设置较厚的透水垫层。(4)从施工角度来考虑，碎石桩需要采用大截面，而从排水要求考虑则不需要较大截面砂井，因此两者之间的矛盾则较易造成材料浪费。

3 碎石桩布置施工

(1)碎石桩的直径和间距。碎石桩堆载预压施工中碎石桩直径以及间距按置换率合理选取是设计和施工的关键。从工程实践效果来看，碎石桩的直径和间距取细而密时固结效果较好，因此工程中宜采用直径为300 ～500 mm 的碎石桩。同时碎石桩直径和间距还需要结合粘性土层的固结特性和施工期限来综合考虑，过大的碎石桩直径并不经济，过小碎石桩直径则为施工质量控制带来麻烦，容易造成灌砂率不足、缩颈以及碎石桩不连续等施工质量问题。结合工程实践经验，间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度来确定;同时也可以根据井径比(有效排水直径与竖并直径之比)n =de/dw=3 ～6 选用(其中，de为每个碎石桩的有效影响范围的直径;dw为碎石桩直径)，常用且施工效果较好的井距为碎石桩直径的3 ～5 倍，并且其间距不适宜小于1.0 m。

(2)碎石桩深度。碎石桩深度应当结合公路路基的稳定性和变形的要求确定。抗滑稳定性控制的工程中，碎石桩深度至少应超过最危险滑动面2 m。对以路基沉降控制的公路压缩土层厚度不大时，碎石桩宜贯穿压缩土层;对较厚的压缩土层，碎石桩深度应根据在限定的预压时间内应消除的变形量确定，若施工设备条件达不到设计深度，则可采用超载预压等方法来满足工程要求。碎石桩深度一般为10 ～20 m。

(3)碎石桩的布置和范围。碎石桩布置可以采用等边三角形和梅花形排列;布置范围应当比路基软基处理范围稍大，这主要是考虑到软基以外的一定范围内还会产生由于荷载而引起的压应力和剪应力，扩大的范围可由软基轮廓线向外增大约2 ～4 m。

(4)砂碎石垫层。对于碎石桩堆载预压处理软基应当在碎石桩顶面铺设排水砂石垫层，以连通各个碎石桩顶面并形成通畅的排水面，将水排到场地以外。砂垫层通常作成反向过滤式，根据工程实践，其厚度可以选取0.5 ～1.0 m;水下施工时，砂垫层厚度—般为1 m 左右。为节省砂碎石，也可采用连通砂井的纵横砂碎石盲沟代替整片砂石垫层，砂石盲沟的高度一般为0.5 ～1.0 m，砂沟的宽度取砂井直径的2 倍。

4 碎石桩堆载预压施工技术

4.1 施工要点

桩机对位桩位偏差值应小30 mm，桩管垂直度偏差应小于或等于1.5%，在成桩过程中，边振动边下沉桩管，达到设计深度或硬层时，还需持荷振动一定的时间，深度位置的留振时间至少10 ～20 s，桩管拔出速度适宜控制在1 ～2.0 m/min，采用分批连续加料法自上而下逐段制桩，每提升1 m 反插30 cm，每次填料后进行反插复打，严格要求做到“少吃多餐”原则。

碎石桩的灌砂率应当结合桩孔的体积和砂的密度通过试验室振实计算和试桩确定，实际灌砂量不得小于计算值的95%。当桩管内进泥水应当先在桩管内装入2 ～3 斗砂将活门压住，堵塞缝隙。另外，在施工中采用激振法沉桩管，管内沙子通过缓慢提升振动和反插达到密实。

4.2 施工质量控制

在采取砂井堆载预压施工中，使布设的桩位、桩距及平面布桩形式符合设计文件，桩间距、排距在允许偏差范围内，检测地面平整后的孔位标高，并作记录。

用于挤密碎石桩的碎石应是洁净的自然级配碎石，并具有足够的强度和耐磨耗性，粒径宜为20 ～50 mm，含泥量不超过10%，对进场碎石材料随时进行抽样检测，含泥量及粒径级配必须满足要求，保证成桩质量。材料细骨料过多、粉尘含量高或级配不连续的碎石材料对桩体密实度影响较大。堆放碎石场必须规范。做好碎石桩相关试验，如碎石筛分(检验碎石粒径级配是否满足设计要求)、含泥量、堆积密度及振实密度等数据。

为指导挤密碎石桩施工，了解成桩各类施工技术参数(包括桩孔间距、成孔末电流、振密电流、留振时间、填料量、振密段长度、每延米碎石量、提管速度等)，鉴别各项技术参数对施工的指导性，通过试桩可提出完善和充实的意见。

成桩过程检查项目有桩距±15 cm，桩径不小于设计，桩长不小于设计，竖直度1.5%，灌碎石量不小于设计和试桩测定量。

用标准贯入度试验测定桩体及桩间土的密实度，桩体密实度按规范要求抽5%，用重Ⅱ型动力触探测试贯入量10 cm 时，击数不小于5 次。

堆载预压施工过程中应当进行现场测试，包括边桩水平位移观测，主要用于判断地基的稳定性，决定安全的加荷速率，要求桩位移速率控制在3 ～5 mm/d;地面沉降观测主要控制地面沉降速度，要求最大沉降速率不超过10 mm/d;孔隙水压力观测主要是用于计算土体固结度、强度及强度增长;分析地基的稳定控制堆载速率，防止堆载过多、过快而导致地基破坏。

［1］龚晓楠.地基处理手册(第二版)［M］. 中国建筑工业出版社，2000.

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