碎石桩在处理湿陷性黄土地基上的应用

[12-11 16:59:29] 来源：http://www.tmgc8.com 建筑设计 阅读：3513次

摘要：文章根据笔者现场施工实践与经验，就碎石桩法加固软弱地基在新建张家口至集宁铁路线上的应用，提出了自己的建议，并用实例证明了该种方法的时效性。
关键词：碎石桩；湿陷性黄土地基；铁路
中图分类号：TU475^+.3 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2010)11—0083—02
1 概述

新建张家口至集宁铁路经过地区多为冲、洪积平原，出露地层多砂质黄土，承载力较低，且多具湿陷性。故较多采用碎石挤密桩进行地基处理，取得了较好的效果。本文根据现场施工实践与经验，就碎石桩法加固软弱地基在新建张家口至集宁铁路线上的应用提出几点思考。

碎石桩属于散体材料桩，其桩体承载力很大程度上取决于桩周土体所能提供的侧限力，因此在砂性土地基中的碎石桩承载力比在黏性土地基中相同尺寸的碎石桩承载力高得多。砂性土地基桩间土承载力经过振冲挤密提高幅度会比较大，而黏性土地基经振冲置换后，因扰动初期桩间土强度反而下降，后期可望恢复，并会随土体固结强度稍有提高。从这一意义上讲，新建张家口至集宁铁路线上应用碎石挤密桩加固地基的优势是明显的。

需要指出的是，通常意义上桩体填料可用粗砂、砾石、碎石、矿渣等材料。理论上填料粒径越大，挤密效果越好。实际应用中还要视施工方法及施工机具区别对待。新建张家口至集宁铁路线沿线碎石来源较为丰富，选用碎石填料优势明显，但需选用质地坚硬的石料，不能用风化或半风化的石料，因为后者经振挤后容易破碎，影响桩体的强度和透水性能。
2 施工应用实例
2.1 工程概况

该工点位于霸王河阶地，起讫里程DK140+015～DK140+450。出露地层为第四系上更新统冲积砂质黄土，厚度较厚，土质均匀，具孔隙，松软～硬塑。具Ⅱ级非自重湿陷性，湿陷土层厚 2.5m～4.0m。承载力仅为60～90KPa。区内地表水及地下水均不发育。
2.2 处理措施

本段线路多为填方，部分属于浅挖段。工点范围内采用碎石桩加固地基。处理宽度路堤为坡脚外2m～3m；路堑为基床范围内。碎石桩直径为0.8m，桩长5.0m，桩间距2.0m，采用等边三角形布置，碎石桩桩顶铺设0.5m厚碎石垫层。其横断面详图见图1、图2所示。

2.3 加固原理
2.3.1 碎石桩由粒径为10mm～30mm的碎石、石灰、水泥、河沙、水按一定比例搅拌后灌注到桩孔，与周围的黄土形成复合地基，石灰、水泥吸收黄土周围的自由结合水，降低水的含水量，黄土的收缩湿陷性减弱，土趋于更密实。
2.3.2 密实的碎石桩体取代了与桩体体积相同的软弱黄土，由于桩的强度和抗变形性能均优于周围的黄土，所以由桩与桩间黄土共同组成的复合地基的性能得到改善，沉降量也比天然地基小，从而提高了地基的整体稳定性和抗破坏力。
2.3.3 在黏质黄土中沉入桩管时，对其周围产生很大的横向挤压力，桩管将地基中等于桩管沐积的土挤向桩管周围的土层，使土体孔隙比减小，密度增加，从而消除黄土湿陷性，提高地基承载力。
2.3.4 土层密实度增加，结构强度提高，表现在标贯击数增加，从而提高土层本身的抗液化能力；同时，碎石桩为良好的排水通道，可以加速挤压作用产生的超孔隙水压力消散，降低隙水压力上升的幅度，从而提高桩间土的抗液化能力。
2.4 施工工艺

成桩方法分为震动成桩和锤击成桩两大类。震动成桩对临近建筑物影响较大，为保证临近建筑物的安全，选用影响较小的锤击成桩法施工。

锤击成桩法分为单管成桩和双管成桩两种。比较而言，双管成桩浪费较小、操作简便，易于控制桩身质量。
2.5 质量控制及检测
2.5.1 桩身连续性。拔管时如没有拔空管现象，一般可避免断桩，确保桩身连续，出现桩突然急剧下沉，或同时发生倾斜，一般是桩尖劈裂，桩突然难于下沉、桩回跳严重，要拔出芯管看是否有岩石粉末，继续、用桩锤连续打击3～5次，排除有小块岩石夹在中间，若多次连续打击不能击破后，才能确认此桩已达设计要求。www.tmgc8.com
2.5.2 桩身直径和密实度。本工点以减少黄土孔隙比，增强密实度消除湿陷性为主要处理目的，故施工中以填料量控制为主。通过现场试验，级配碎石压实系数为0.62。
2.5.3 质量检测。通过挖除试验桩周围土体量测结果显示：成桩效果良好，满足设计要求。
3 关于施工的几点思考

施工结束后，我们特别注意了设计理论与现场施工实践的结合情况，根据现场施工情况，碎石桩有不同施工工艺，按照施工方法不同，有振冲碎石桩法、干振挤密碎石桩法、沉管碎石桩法、夯扩碎石桩法等。以上方法因地制宜，各有优势。
3.1 应用振冲法在砂性土地基和黏性土地基中设置碎石桩其加固机理是有区别的

在砂性土地基中，一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减小；另一方面在回填碎石时，依靠振冲器的水平振动力通过填料使砂层进一步挤压密实。根据试验通常桩间土相对密度可达75％以上，地基承载力可提高2～5倍。采用振冲法在黏性土地基设置碎石桩不可能使饱和黏性土挤密，制桩过程其实是置换过程。在制桩过程中，由于振动、挤压对桩间土产生扰动，桩间土强度会降低。实测资料表明桩间土十字板抗剪强度可能会降低10％～40％。在制桩结束后，桩间土结构强度会随时间得到恢复，特别是桩间土抗剪强度会随排水固结而增长。
3.2 干振挤密碎石桩法加固原理是形成复合地基〖HTSS〗在成孔和挤密碎石桩的过程中，土体在水平激振力的作用下产生径向位移，在碎石桩周围形成密实度很高的挤密区，该挤密区对碎石桩起约束作用。桩间土密实度不均匀，靠近碎石桩周围，密实度增大。桩间土强度比原天然地基土强度高得多。经干振挤密碎石桩加固得地基，承载力提高约1倍以上。由此可见，干振挤密碎石桩法尤其适用于二级以上非自重湿陷性黄土，实际施工中是应用较多的，而其加固效果也是比较好的。
3.3 夯扩碎石桩桩体直径大，且密实度高，桩体承载力大，适用于非饱和土地基，对杂填土、素填土地基加固效果很好

根据现场施工经验，若地基中各土层强度不同，在相同夯击能作用下，低强度土层中碎石桩桩径较大，高强度土层中碎石桩桩径较小，形成葫芦状，有利于提高加固效果。
4 结束语

根据资料记载，早在1835年法国人就在海湾沉积软土地基上建造厂房时采用了碎石桩。20世纪30年代，随着德国人发明的振冲法应用于加固黏性土地基形成振冲碎石桩法，碎石桩法加固软弱地基被人们开始广泛采用。发展至今，在工程应用方面已积累了丰富的实践经验。兰州至武威增建二线上的应用说明采用碎石桩法加固软弱地基对二级以上非自重湿陷性黄土是极为有效的处理手段，现场试验结果也表明是成功的，今后在挤密机理的认识和设计理论的开发方面还需施工同仁做进一步的探索。
［参考文献］
［1］《湿陷性黄土地区建筑规范》［S］.GB50025-2004.
［2］《建筑地基基础设计手册》［S］.GB50007-2002.
［3］工程地质手册［M］.北京：中国建筑出版社,2007.
［4］地基处理手册［M］.北京：中国建筑工业出版社,2000.

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