孔祥奎

摘要：振动沉管碎石桩能够有效地提高地基的承载力，减少地基的沉降量和不均匀沉降，是处理软弱地基的一种有效施工技术。本文结合云南省麻昭高速公路D4工区工程案例，介绍了振动沉管碎石桩的加固机理、施工工艺、质量控制措施等。为类似软弱地基的加固施工提供了有价值的参考。

Abstract： Vibrating sinking pile can effectively improve the bearing capacity of foundation， reduce the settlement and uneven settlement of the foundation， which is an effective construction technique for dealing with weak foundation. In this paper， based on the engineering case of D4 work area of Mazhao Expressway， Yunnan Province， the reinforcement mechanism， construction technology and quality control measures of vibrating sinking pile are introduced， which provides a valuable reference for the reinforcement of similar weak foundation.

关键词：振动沉管碎石桩；软弱地基；加固

Key words： vibration sinking pile；weak foundation；reinforcement

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）11-0156-02

0 引言

软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩等沉积的细粒土，具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪度低等特点。软弱地基在我国分布十分广泛，对于高速公路施工要求而言，软弱地基往往无法满足稳定性和承载力的要求。近年来，随着高速公路建设规模的不断扩展，修建后的公路由于软弱地基的影响，常常会出现路基的滑移、失稳破坏或过量沉陷等病害。软弱地基加固处理需要在路基设计、施工中引起注意。现阶段，处理软弱地基的施工技术主要包括砂桩、振动沉管碎石桩、粉喷桩等。

本文通过对云南省麻昭高速公路D4工區软弱地基的探索，主要介绍了振动沉管碎石桩用于处理软弱地基的加固原理、施工技术及质量控制要点等。

1 CFG桩概念及工程特征

CFG（Cement Fly-ash Gravel Pile）桩是指水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用各种成桩机械制成的可变强度桩。碎石是其主要骨料，石屑的作用是填充碎石空隙，改善骨料级配的次骨架材料；粉煤灰的作用是细骨料和低标号水泥，有利于桩体后期强度的提高。

在处理软弱土地基的施工中，采用振动沉管打桩机将沉管打至设计深度，再加入石料，从而形成密实的碎石桩体。如此不仅可以减少地基的沉降量和不均匀沉降，还能够使地基的承载力得到提高，同时提高软土路基的稳定性，在软弱地基处理中得到广泛应用。

2 麻昭高速公路的项目背景

2.1 工程概况

云南麻昭高速公路D4工区，起点位于K92+500，止于K106+877.12，全长14.37712公里。路基宽度分别为33.5m、24.5m。本标段碎石桩共有13处，用于软弱地基处理。碎石桩桩径为0.5m，间距1.5m，单根桩长平均为5-12m，呈正三角形布置，桩顶设有100cm厚透水性较好材料，透水性材料上铺设碎石垫层和土工格栅。本文将重点介绍昭通南立交区碎石桩软基处理。

2.2 地形地貌

立交区位于昭通构造断陷盆地边缘与高原山地过渡地带，地质作用以流水侵蚀和构造剥蚀作用为主，地形地貌属侵蚀、剥蚀缓丘地貌区。立交于一丘间浅沟区展布，地面标高约为1908～1955m，相对高差小于50m，地形较平坦开阔，起伏不大。整个立交区地表沟槽地带垦为水田，斜坡地带垦为旱地。该立交为高速公路与昭通市区连接的一个互通，于现既有昭麻二级公路接出，交通便利。

2.3 地层岩性

据地质调绘及钻探揭露，测区上覆第四系全新统人工填土（Qhme）碎石土、冲洪积（Qhal+pl）软土、黏土、坡洪积（Qhdl+pl）粉质黏土、残坡积（Qhel+dl）黏土及上第三系（N）黏土；局部见溶洞充填物（Qhca），下覆基岩为泥盆系中统曲靖组（D2q）白云质灰岩。

3 振动沉管碎石桩加固原理

振冲碎石桩施工原理是振密。挤密地基土，增大地基承载力；降低水压，增强地基抗液化能力。

3.1 挤密作用

在沉管振动成孔过程中，振动器的振动使松砂在振动荷载作用下颗粒重新排列，体积缩小，变成密砂。一方面，桩管对桩位原土体产生横向挤压作用，将与桩管体积相同的土体挤向桩孔周围。另一方面，在桩管成孔和上拔过程中，垂直激振力所产生的能量引起桩管周围土体的强烈振动，使桩周土体产生竖向振密。如此土体在竖向和横向的双重作用下，实现了自身的加固挤密。

3.2 排水作用

碎石桩有良好的渗透性和反滤性，在地基中形成良好的竖向排水减压通道，大大缩短了孔隙水的排渗途径，有效消散和防止超孔隙水压力的增高和土层的液化，有利于沉降稳定度的提升和加固。

3.3 预振作用

强烈的振动使土体产生较大的动应变，使饱和液化土层中的土的孔隙体积减少，密实度增加，获得强烈的预振效果，大大改善地基土的抗液化性能。

4 麻昭高速公路振动沉管碎石桩施工工艺

4.1 准备工作

①处理场地内所有的异物，确保场内无任务障碍物；②测量放线，获取地面整平后的标高；③布设桩位，按设计间距布设并用竹签钉出，桩间距偏差小于10cm，在临近桥台基桩布设桩位时，预留钻孔灌注桩施工位置，预留净距为140cm；④采用DZ-60系列走管式振动沉桩机，内置平底活页式桩尖；桩管内直径426mm最大沉桩深度能達12m；锤重≥35kN；激振力≥280kN；配套发电机功率≥120kN；并且每台机应配有磅秤及小推车；另有电焊机等设备。

4.2 施工工艺

①施工顺序从外里，相邻桩间隔跳打；②边振动边沉入土层至10m深处，每下沉0.5m留振30秒；③少提升桩管，使桩尖打开；④停振，根据单桩设计碎石用量确定投料的数量及次数，加料至装满为止（用标定好的小推车）；⑤启动拔管，拔管前留振1分钟，以后边拔管，提升速度一般为0.5-1.5米/分，拔管1米留振1分；⑥确定第一次投料的成桩长度，进行多次反插至桩管内碎石全部投出；⑦拔管停振，二次投料；⑧启动拔管，边振动边拔管，并视需要多次反插，至管内碎石全部投出，反插深度小于桩管的一半；⑨提升桩管高于地面，停振，三次投料至地表，启动反插，并及时进行孔口补料至单桩设计用料全部投完；⑩移动桩架至另一孔位，重新作业；？輥？輯？訛在经检验合格的段落铺40cm碎石垫层，和30cm碎石土，分层压实；？輥？輰？訛碎石上铺二层土工格栅。

5 质量控制要点

5.1 技术管理措施

各阶段施工图纸设计应进行复核，并据此画出布桩图，确保施工的各个环节都符合相关规范白综合。

5.2 材料控制措施

①严格把好供货商资质关，保证供货商生产的材料质量好且稳定。所有入场的材料都必须具有相关的合格证，从正常途径入场，确保每项材料的质量都符合相关规范标准。②选用的碎石要求其具有强度高、水稳定性好、质地坚硬、不易风化、级配良好的特点。碎石料含泥量≯10%，最大粒径≯50mm。保证料场供应质量，每1000m3石料都要做一次上述各项指标的抽样检测。③现场设专人收料，不合格的材料拒收并清理出场。④为避免出现人为因素造成的失误，应标识好现场的材料，比如用红牌标识不能使用待清理出去的材料等，一目了然。

5.3 机械保证措施

选择性能良好的液压碎石桩机，且在施工过程中注意观察其动态，确保其一直处于正常的工作状态，一旦发现其存在异常问题，应及时采取有效的维修和管理措施。

5.4 施工工艺控制

①施工时按照规定的顺序进行，整个段落采用跳打形式，并由里向外进行。②根据成桩试验确定的技术参数进行施工，并将其变化记录在案。③控制碎石桩的振动频率，留振时间、反插深度、桩管提升高度和速度、确保桩身的连续性。④碎石桩成桩质量控制采用加固电流法或综合指标法来控制碎石桩加固质量。⑤桩长控制：成桩桩长要注意两点，一是桩尖为圆锥形，桩尖处的深度应比设计深度深一个桩尖长度，二是碎石桩桩头部分的密实度难以保证，成桩顶部也要高出设计桩0.5m。⑥成孔时的质量控制：桩管应沿导向架，并始终保持同导杆平行，桩管发生偏斜须及时扶正。

6 质量检验

①基本要求：碎石桩施工前，必须进行试桩试验，若试验过程中发现异常，应通过调整各参数使其恢复正常。施工时必须严格依照相关规范标准进行操作，并将操作过程记录在案，施工完毕必须进行检测，以检验处理效果。②检测方法：质量检验应在施工完成2周后进行，检验采用两种以上的方法，如单桩及复核地基荷载试验，动力触探试验等；按照《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》，检验点数不少于总桩数的5%，用随机抽样的方法确定应检验的桩，对碎石桩结合动力触探的试验，要求在每震击贯入深度10cm的情况下，每震击锤击数大于5击（荷载63.5kg）。单桩静载试验中其承载力不低于280kPa，复合地基静载试验试验中承载力不低于190kPa，如占检验总数10%的桩未能达到设计要求，应及时通知设计人员，复合地基承载力检测前应用碎石换填检测点附近30cm厚桩间土在放置承压板检测。

7 结语

①振动沉管碎石桩质量的好坏主要决定于：1）原材料，碎石由岩石或砾石轧制而成，应洁净、干燥，并具有足够的强度和耐靡性，其颗粒形状应具有棱角，不得掺有软质石和其它杂质，粒径为20-50mm，含泥量不大于10%。2）投料方法：要尽量做到“多吃少餐”，反插次数要足够，一般土质每1m反插一次，软弱层应增加反插次数7次左右；3）电流值：在施工过程中要严格控制电流，使其大于密实试验桩的电流值。对以上三点的控制是整个监控中的重点，总之，监控到位，工艺方法合适，是保证成桩质量和桩间土密实的关键。②振动沉管碎石桩是有效处理软基的方法之一，能够有效提高地基的承载力，确保软土路基的稳定性，有速度快，效果好，点多面长的特点，正是由于此特点，使得碎石桩施工监控面加大，因此，在碎石桩施工前应做好详细的施工组织计划，定人定机，实行24小时旁站，制定奖罚措施，积极开展劳动竞赛，使碎石桩施工全过程始终处于受控状态。

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