论文部分内容阅读
摘 要：从工程实例出发，对挤密碎石桩的处治原理和挤密碎石桩的设计进行了分析，探讨了挤密碎石桩在软基处理中的施工工艺，得出了质量控制与检验结果。
关键词： 挤密碎石桩；施工工艺；软土路基
1 工程简介
本项目位于海南省**县，，全长约1.4公里，沿线建有居民小区、学校等建筑物、农田和河流。设计的道路等级为城市支路。根据地勘报告显示，道路全线揭露第①层人工填土厚度较大，湿度类型为干燥型，欠压实，局部已压密，不均匀，标贯实测击数为4～8击，堆填时间约5年以上，需要进行处理后方才作为道路路基。
1.1工程地质条件
根据岩土工程勘察报告（详细勘察），场地分布地层为一套第四系河流相冲洪积层（Q4al+pl）和花岗岩风化残积层（Qel）。依据地基土岩性结构与新老沉积关系，自上而下可分为以下3个工程地质层，现分述如下：
第①层人工填土（Q4ml）：灰褐、褐黄色，稍湿，土质不均匀，上部呈松散状，以粘土质中粗砂为主，且夹较多碎石，间夹粘性土，表层有较多杂草和建筑垃圾。该层沿线各地段均有分布，直接出露于地表。
第②层含淤泥质细砂（Q4al+pl）：灰黑色，颗粒成分为石英质，粘粒含量30～35%，土质不均匀，稍湿～饱和，松散状，局部见腐植质。该层沿线各地段均有分布。
第③层砂质粘性土（Q el）：灰、黄褐色，稍湿，为花岗岩风化残积土，原岩结构尚可辨，含少量砾石，d=2～10mm，可塑，干强度中等，韧性中等，土质均匀。该层沿线各地段均有分布，。
2 挤密碎石桩软土路基的处治原理及目的
挤密碎石桩加固软弱地基主要是在成孔过程中桩管对周围的土产生很大的横向挤压力，从而减小周围土层的空隙比、增大密实度，致使土基趋于均匀并提高承载力。
3 挤密碎石桩的设计
挤密碎石桩的设计内容主要包括碎石桩加固范围、布桩形式、桩长、桩径、桩间距、材料要求、复合地基承载力以及压缩模量等。
3.1设计原则
3.1.1加固范围和布桩形式
加固范围应根据建筑物重要性和基础形式及尺寸大小、荷载条件及工程地质条件确定。挤密碎石桩复合地基的加固宽度应超出基础的宽度，一般小于基础宽度的1.2倍。一般基础外缘每边放宽应不少于1-3排桩。对于抗液化要求的地基基础，外缘每边放宽不宜小于处理深度的1/2，并且不小于5m；当可液化层上覆盖厚度大于3m的非液化层时，基础外缘每边放宽不宜小于液化层厚度的1/2，并且不应小于3m；一般在基础外缘放宽2-4排桩。
挤密碎石桩布桩形式应根据基础形式确定。对大面积范围处理，桩位宜采用等边三角形（即梅花形）布置；对于独立或条形基础，桩位宜采用正方形、矩形或等边三角形布置；对于圆形或环行基础，宜采用放射形布置。由于公路路基，尤其是桥头路基需要大面积范围处理。
3.1.2桩长
桩长主要取决于需要加固土层的厚度。满足地基的强度和变形控制要求。
①对于松散砂土或其它软上层，当其厚度不大时，挤密碎石桩应穿透软弱土层至较好持力土层上：当厚度较大而挤密碎石桩因机械设备限制或工程造价太高而不能穿透时，其桩长应根据工程地基的允许变形值确定。
②在处理可液化软土层时，桩长应穿透可液化层。
③对于稳定性控制的工程，加固深度应大于原危险滑动面的深度。
④桩长一般不宜小于4m。
3.1.3桩径
挤密碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定，可采用的桩径范围为30-80cm。对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。
3.1.4桩间距
桩的间距应通过试验确定，但不宜大于挤密碎石桩直径的4倍，一般为1.8-4.0倍桩直径。如仅为加速地基下沉，间距可为4-5m。
3.1.5材料
填料宜采用粒径为20-50rnrn的未风化的干净砾石或轧制碎石，含泥量不应大于10%。由于本项目砾石料源丰富，且符合规范要求，所以采用砾石作为填料，并要求含泥量不大于5%。
3.2 挤密碎石桩计算方法
3.2.1粘性土计算方法
3.2.1.1等边三角形布置时：S=1.08√Ae
3.2.1.2正方形布置S=√Ae
S-碎石挤密桩间距
Ae-一根碎石桩承担的处理面积Ae=Ap/m
Ap-碎石挤密桩的截面积m-面积置换率
m=d2/de2 d-桩的直径
de-等效影响圆的直径
等边三角形式：de=1.05S
正方形形式：de=1.13S
矩形布置时de=1.13S√（S1*S2）
S1、S2-分别为纵向间距和横向间距
4 挤密碎石桩在软基处理中的范围、深度、施工工艺：
4.1根据经验，拟定本次道路设计数据：
4.1.1处理范围：
砂石挤密桩仅处理机动车道下卧层。
4.1.2处理深度（桩长）：
K0-9.599～K0+580处理深度为6米。
K0+580～K0+800处理深度为5米。
K1+240～K0+1419.464处理深度为5米。
4.1.3桩径：
砂石挤密桩孔径φ500mm
4.1.4间距：因本道路为滨河道路，为防止地下水的影响，故适当加密，间距按照1.8米，等边三角形布置。
4.2设计计算：
经按照挤密碎石桩计算方法计算得出：m=0.283 根据碎石桩复合地基承载力计算方法得出处理后复合地基承载力值为：
计算结果满足密实度的要求，提高了均匀度，故本设计按照拟定值，进行设计。
4.3施工工艺：
整理路床桩位编号（放线）——桩机就位（导杆垂直1.5%以内，提升管桩离地0.5米，闭合桩头活页，振动加压至设计深度——投料并满管——起管前留振1分钟，边振边提升，提升3～5米时再投入余料， 边振边提升速度1.5m/分钟，每提升1.5米留振0.5分钟并反插直至孔口——投完余料，在孔口的仍需反插。
为避免应移位造成缩径断桩现象桩位应隔行施工并隔列跳打。
砂石挤密桩的实施，首先要进行试桩以解决：
○1确定符合设计的施工工艺
○2确定合理的投料量（压实系数）
○3确定压实度质量标准。
4.4 处理后密实度要求：
碎石桩处理完成后，采用重型动力触探法进行检测，要求其锤击数（N63.5）≥12击。
4.5处理完毕后路槽压实度：
路槽开挖后，进行砂石桩处理，完毕后对路槽进行碾压，压实度达到95%。
5质量控制与检验
5.1质量控制
施工单管法施工时，以提管速度控制桩身连续性，提管速度可根据试验确定，在一般情况下提升 1.0-3.0m/min灌碎石量来控制桩直径，当实际灌碎石量未达到设计要求时，可在原位再将桩管沉入灌碎石一次或旁边补加一根碎石桩。孔内灌入的碎石量一般为桩孔体积的2倍，实际灌碎石量（不包括水重）不应小于设计值的95%。灌碎石量应满足单位米深度的灌量要求。灌入碎石的含水量应加以控制。对饱和水的土层，碎石可采用饱和状态；对非饱和土或杂填土或能形成直立孔的土层，含水量采用7%-9%。
5.2质量检验
质量检验应在施工结束后间隔一定时间进行。对饱和粘性土应待孔隙水压力基本消散后进行，间隔时间一般为1-2周。
本项目采用了动力触探检测密实度，下表列举了部分路段承载力检测结果。从表中可以看出：挤密砾石桩处治路段复合地基的承载力均达到了设计要求，这表明，采用挤密砾石桩技术来加固软弱地基，可以大大提高地基承载力。
参考文献：
[1]程泽海.群桩基础在饱和软土地基中的工作性状研究[D]，杭州：浙江大学，2003
[2]张超杰.结构性软土一维弹粘塑性固结性状研究[D].杭州：浙江大学，2003
[3]刘玉卓.公路工程地基处理，人民交通出版社，2003.
关键词： 挤密碎石桩；施工工艺；软土路基
1 工程简介
本项目位于海南省**县，，全长约1.4公里，沿线建有居民小区、学校等建筑物、农田和河流。设计的道路等级为城市支路。根据地勘报告显示，道路全线揭露第①层人工填土厚度较大，湿度类型为干燥型，欠压实，局部已压密，不均匀，标贯实测击数为4～8击，堆填时间约5年以上，需要进行处理后方才作为道路路基。
1.1工程地质条件
根据岩土工程勘察报告（详细勘察），场地分布地层为一套第四系河流相冲洪积层（Q4al+pl）和花岗岩风化残积层（Qel）。依据地基土岩性结构与新老沉积关系，自上而下可分为以下3个工程地质层，现分述如下：
第①层人工填土（Q4ml）：灰褐、褐黄色，稍湿，土质不均匀，上部呈松散状，以粘土质中粗砂为主，且夹较多碎石，间夹粘性土，表层有较多杂草和建筑垃圾。该层沿线各地段均有分布，直接出露于地表。
第②层含淤泥质细砂（Q4al+pl）：灰黑色，颗粒成分为石英质，粘粒含量30～35%，土质不均匀，稍湿～饱和，松散状，局部见腐植质。该层沿线各地段均有分布。
第③层砂质粘性土（Q el）：灰、黄褐色，稍湿，为花岗岩风化残积土，原岩结构尚可辨，含少量砾石，d=2～10mm，可塑，干强度中等，韧性中等，土质均匀。该层沿线各地段均有分布，。
2 挤密碎石桩软土路基的处治原理及目的
挤密碎石桩加固软弱地基主要是在成孔过程中桩管对周围的土产生很大的横向挤压力，从而减小周围土层的空隙比、增大密实度，致使土基趋于均匀并提高承载力。
3 挤密碎石桩的设计
挤密碎石桩的设计内容主要包括碎石桩加固范围、布桩形式、桩长、桩径、桩间距、材料要求、复合地基承载力以及压缩模量等。
3.1设计原则
3.1.1加固范围和布桩形式
加固范围应根据建筑物重要性和基础形式及尺寸大小、荷载条件及工程地质条件确定。挤密碎石桩复合地基的加固宽度应超出基础的宽度，一般小于基础宽度的1.2倍。一般基础外缘每边放宽应不少于1-3排桩。对于抗液化要求的地基基础，外缘每边放宽不宜小于处理深度的1/2，并且不小于5m；当可液化层上覆盖厚度大于3m的非液化层时，基础外缘每边放宽不宜小于液化层厚度的1/2，并且不应小于3m；一般在基础外缘放宽2-4排桩。
挤密碎石桩布桩形式应根据基础形式确定。对大面积范围处理，桩位宜采用等边三角形（即梅花形）布置；对于独立或条形基础，桩位宜采用正方形、矩形或等边三角形布置；对于圆形或环行基础，宜采用放射形布置。由于公路路基，尤其是桥头路基需要大面积范围处理。
3.1.2桩长
桩长主要取决于需要加固土层的厚度。满足地基的强度和变形控制要求。
①对于松散砂土或其它软上层，当其厚度不大时，挤密碎石桩应穿透软弱土层至较好持力土层上：当厚度较大而挤密碎石桩因机械设备限制或工程造价太高而不能穿透时，其桩长应根据工程地基的允许变形值确定。
②在处理可液化软土层时，桩长应穿透可液化层。
③对于稳定性控制的工程，加固深度应大于原危险滑动面的深度。
④桩长一般不宜小于4m。
3.1.3桩径
挤密碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定，可采用的桩径范围为30-80cm。对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。
3.1.4桩间距
桩的间距应通过试验确定，但不宜大于挤密碎石桩直径的4倍，一般为1.8-4.0倍桩直径。如仅为加速地基下沉，间距可为4-5m。
3.1.5材料
填料宜采用粒径为20-50rnrn的未风化的干净砾石或轧制碎石，含泥量不应大于10%。由于本项目砾石料源丰富，且符合规范要求，所以采用砾石作为填料，并要求含泥量不大于5%。
3.2 挤密碎石桩计算方法
3.2.1粘性土计算方法
3.2.1.1等边三角形布置时：S=1.08√Ae
3.2.1.2正方形布置S=√Ae
S-碎石挤密桩间距
Ae-一根碎石桩承担的处理面积Ae=Ap/m
Ap-碎石挤密桩的截面积m-面积置换率
m=d2/de2 d-桩的直径
de-等效影响圆的直径
等边三角形式：de=1.05S
正方形形式：de=1.13S
矩形布置时de=1.13S√（S1*S2）
S1、S2-分别为纵向间距和横向间距
4 挤密碎石桩在软基处理中的范围、深度、施工工艺：
4.1根据经验，拟定本次道路设计数据：
4.1.1处理范围：
砂石挤密桩仅处理机动车道下卧层。
4.1.2处理深度（桩长）：
K0-9.599～K0+580处理深度为6米。
K0+580～K0+800处理深度为5米。
K1+240～K0+1419.464处理深度为5米。
4.1.3桩径：
砂石挤密桩孔径φ500mm
4.1.4间距：因本道路为滨河道路，为防止地下水的影响，故适当加密，间距按照1.8米，等边三角形布置。
4.2设计计算：
经按照挤密碎石桩计算方法计算得出：m=0.283 根据碎石桩复合地基承载力计算方法得出处理后复合地基承载力值为：
计算结果满足密实度的要求，提高了均匀度，故本设计按照拟定值，进行设计。
4.3施工工艺：
整理路床桩位编号（放线）——桩机就位（导杆垂直1.5%以内，提升管桩离地0.5米，闭合桩头活页，振动加压至设计深度——投料并满管——起管前留振1分钟，边振边提升，提升3～5米时再投入余料， 边振边提升速度1.5m/分钟，每提升1.5米留振0.5分钟并反插直至孔口——投完余料，在孔口的仍需反插。
为避免应移位造成缩径断桩现象桩位应隔行施工并隔列跳打。
砂石挤密桩的实施，首先要进行试桩以解决：
○1确定符合设计的施工工艺
○2确定合理的投料量（压实系数）
○3确定压实度质量标准。
4.4 处理后密实度要求：
碎石桩处理完成后，采用重型动力触探法进行检测，要求其锤击数（N63.5）≥12击。
4.5处理完毕后路槽压实度：
路槽开挖后，进行砂石桩处理，完毕后对路槽进行碾压，压实度达到95%。
5质量控制与检验
5.1质量控制
施工单管法施工时，以提管速度控制桩身连续性，提管速度可根据试验确定，在一般情况下提升 1.0-3.0m/min灌碎石量来控制桩直径，当实际灌碎石量未达到设计要求时，可在原位再将桩管沉入灌碎石一次或旁边补加一根碎石桩。孔内灌入的碎石量一般为桩孔体积的2倍，实际灌碎石量（不包括水重）不应小于设计值的95%。灌碎石量应满足单位米深度的灌量要求。灌入碎石的含水量应加以控制。对饱和水的土层，碎石可采用饱和状态；对非饱和土或杂填土或能形成直立孔的土层，含水量采用7%-9%。
5.2质量检验
质量检验应在施工结束后间隔一定时间进行。对饱和粘性土应待孔隙水压力基本消散后进行，间隔时间一般为1-2周。
本项目采用了动力触探检测密实度，下表列举了部分路段承载力检测结果。从表中可以看出：挤密砾石桩处治路段复合地基的承载力均达到了设计要求，这表明，采用挤密砾石桩技术来加固软弱地基，可以大大提高地基承载力。
参考文献：
[1]程泽海.群桩基础在饱和软土地基中的工作性状研究[D]，杭州：浙江大学，2003
[2]张超杰.结构性软土一维弹粘塑性固结性状研究[D].杭州：浙江大学，2003
[3]刘玉卓.公路工程地基处理，人民交通出版社，2003.