碎石桩加固路基施工技术
2015-12-03
根据原施工图设计和现场实际情况，宁道高速公路第七合同段存在有大量的深厚层软土，通过对换填、抛石挤淤、碎石桩加固等几种方案进行比选，最终确定采用比较经济的碎石桩加固地基的方案对原深厚层软土进行处理。用碎石桩加固软弱地基的方法自提出以来，世界各地得到了广泛应用。我国从开始进行这一方法加固软土地基的应用研究，成功加固了许多软土地基。该法施工简便、快速，是一种较经济合理的加固松、软土的技术。
一、振动沉管碎石桩的性能与特点
深厚层软土处理方法有预压、粒料桩、加固土桩和综合（组合）处治，粒料桩是采用碎石、砂砾、砂废渣等散粒材料做成桩料，如碎石桩、砂桩等。用粒料桩加固地基主要是通过粒料在地基中形成密实桩体和挤密作用，与原地基构成复合地基，从而达到提高地基承载力减少沉降和不均匀沉降的作用。碎石桩用碎石做成桩料，该法适用于不排水抗剪强度大于20 kpa的软土地基，具有良好的透水性，可加速地基固结，使地基承载力达到使用要求，碎石粒径为2～5cm。碎石桩施工可采用振动沉管法、水振冲法。振动沉管碎石桩采用振动沉管法，是干法施工，其原地基的十字板抗剪强度应大于10kpa，特点是技术可靠、机具设备简单、操作技术易于掌握，可节省三材、加快施工速度节约投资。
二、工艺原理
1.砂土挤密
振动下沉桩管时，其周围砂土受到横向挤压，使其孔隙比减小，密度增大。然后在成孔中加入碎石并进一步振动压实，扩大孔径，从而使周围土体再挤压，达到增加地基承载力的目的。
2．粘土置换
通过碎石进入软粘土置换同体积土体，既挤密周围土体，又形成竖井加快软土的排水固结时间，使天然地基形成“复合地基”，从侧提高了软粘土的地基承载能力。
三、施工工艺
振动碎石桩是利用振动打桩机，在振动头下加设套管，利用振动力将桩管压至设计标高，将碎石灌入土中经反复振动，扩径并致密的一种方法。在施工前应进行实地制桩试验，试验桩数一般为7～9根，以验证设计参数的合理性，如发现不能满足设计要求时，应及时会同设计单位予以调整桩间距和碎石灌入量等参数，重新试验或改变设计。
1.工艺流程（荷叶瓣法）
施工工艺流程如右图。
1．1机具定位
将打桩机就位，合拢活瓣桩尖，将桩管向下垂移，使桩尖对准标记，继续向下垂移桩管至桩尖入土。调整桩机塔架，使桩管与地面基本垂直。
1．2振动沉管
桩管对位之后，即可进行沉管作业。先静压沉管，至桩管不能再向下移动时即启动振动锺振动沉管直至桩尖进入持力层，并达到设计深度后停止。
1．3灌注碎石
沉管达到设计深度后，进行碎石灌注作业，将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方量值与充盈系数计算。
1．4拔管成桩
振动沉管碎石桩的拔管作业与沉管灌注作业相关，其程序为：原位振动 → 振动拔管→振动反插 → 振动拔管 → 再次灌料 → 第二次振动，以此为循环周期直至设计桩标高完成一根桩的施工作业（反插次数及反插深度以满足桩身设计横截面积为控制依据）。
2.操作要点
2.1振密电流是保证质量的关键要素，使用打桩机，振密电流必须在允许范围内方能达到要求，电源电压应控制在380V±10V。
2．2下料要均匀，不宜过多，原则上要“少吃多餐”，适量勤加。
2．3成孔和下料要及时，当停留时间较长时须重新沉桩扩孔后再下料。
2．4填料扩径，是由振动锺的振动力所控制。因此，在正式施工之前，必须通过试打若干桩，用以确定扩径至设计要求直径所需的振动力。
2．5控制好桩与桩之间的间距，观察土体隆起速度和高度，密切注意观察桩顶和自然地面变化状况。
2．6控制好桩管入土的垂直度，一般控制在1.5%以内。
2．7做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，一般控制在1.2，避免先期大后期小的不良现象，以增加桩的均匀性。
2．8桩身拔管
2．8．1先振动5～10秒后再行拔管，应边振边拔，每拔高0.5~1m左右悬振停振，如此反复直至全管拔出。
2．8．2管内灌入碎石高度需大于1／3管长，方可开始拔管，应有专人负责碎石的灌注量统计，以防超灌或少灌。
2．8．3拔管速度要均匀，一般为0.2m/s（平均速度）。
2．9软粘土中施工碎石桩
若加固地基为松散的砂土层，施工沉管碎石桩打时，可在套管下端加设活动的荷叶瓣进行施工，入土时荷叶瓣合拢，在管内加入碎石料下振动提升即可完成施工。但若在饱和淤泥质粘土内进行碎石桩加固时，则不宜采用荷叶瓣施工，因为淤泥和套管之间形成很大粘聚力，拔管时下部容易形成真空产生负压，致使已
成孔收缩，活叶瓣无法打开。此时，应选择在套管头加设一预制砼桩头，使套管两端形成开口，消除负压。其施工过程见下图。
四、工程材料
振动沉管碎石桩填料为不溶于地下水或不受侵蚀影响的硬骨料，一般采用砾石、碎石、卵石、矿渣等，碎石的粒径为2～5cm，卵石的粒径可以大至2～7cm，各项填料的含泥量不得大于5％。
五、质量检测及控制
1.施工质量检查
施工前应设置试验区，通过试验确定各项参数。加固后应进行路基现场检测，
一般选择在桩和桩之间形成三角形或正方形的中间通过承载板堆载加压检测。砂土地基在成桩后的20天进行，粘土地基在成桩后40天后测试，冬季应再延长10天左右。
2.质量控制
2．1碎石质量控制。应选择石质良好的石子，碎石粒径一般控制在5厘米以内，碎石干容重为18.7kN/m3 。
2．2现场必须做好进料记录，计量要准确，确保碎石灌入量满足设计要求。
2．3严格控制振动挤密次数及电动机功率。
2．4施工中应进行成桩检查。一般每100根抽查1～根。主要检查桩体是否成形完整，扩径是否满足设计要求。
2．5碎石桩施工完成后，必须对地基进行复合承载试验，以最后确定地基处理效果。
2．6施工过程中坚持“三检”制度，合格后方可进行下一道工序的施工。
振动沉管碎石桩施工中遇到的问题及应对措施
六、振动沉管碎石桩施工中遇到的问题及应对措施
1.桩体密度不够时，放慢振密提升速度，增加反插次数，增大填料量。
2.桩位偏移超标：避免该问题出现的方法就是应使沉管对准桩位，控制初始下沉速度，保持沉管悬重状态下沉。
3.砂石灌入量不小于设计值的95%，如不能顺利下料，可适当往管内加水。
结束语
深厚层软土是一个普通的现象，处理的各种技术方案也已相对成熟，但从经济性、适用性以及施工的方便性等分析，采用碎石桩加固深厚层软土不仅可以加快施工进度，在质量方面也能达到很大的保证。
