湛明刚

华汇工程设计集团股份有限公司惠州分公司

摘 要： 碎石桩是一种常见地基处理方式。以路桥过渡段为研究对象，分析软弱地基土层在碎石桩的处理下的强度变化，得出如下结论：软土的工程特性不适合直接作为地基基础，需采取相应的处理措施，经过对比发现，碎石桩是处理路桥过渡段软弱地基土最优的选择，既能节省工期，又可以提高强度；桩土比是描述碎石桩处理效果的重要参数；以实际工程案例分析碎石桩在施工中的工艺，并对碎石桩的应用效果和经济效益做出评价。

关键词： 碎石桩;路桥过渡段;软弱地基;施工工艺;

作者简介： 湛明刚(1990—),男，贵州贵阳人，本科，工程师，主要从事道路及交通工程设计工作;

1引 言

在公路桥梁施工中，公路与桥梁连接处被称为路桥过渡段。由于公路路段结构与桥梁路段结构不一致，因此在上部荷载作用下会出现不均匀沉降等工程问题。当路桥过渡段的地基土质为软土时，软土地基承载力有限，需进行地基处理。然而，部分传统的软土处理方法在路桥过渡段无法适用。例如，预压法通过在软土上方施加荷载，加快地基的排水固结速度，增大软土的抗剪强度。若将此方法用于处理路桥过渡段的软土地基，一方面会导致工期延长，影响通车时间，其次，预压后的软土地基未必能达到设计要求[1]。因此路桥过渡段的软土地基出发多采用复合地基，强化地基强度。以路桥过渡段为研究对象，研究碎石桩处理软土地基的相关问题。

2软弱地基的特点及处理方式

2.1 软弱地基的特点

软弱地基土大多数都具有孔隙大、含水量大、压缩性高、抗剪强度低等特点。固结速度慢、固结系数低、灵敏度高、扰动性强、各土层层状分布差。软土地基面临最主要的工程问题是地基下沉，主要原因是地基土的沉降。软土在受到外荷载的作用下，孔隙体积缩小，发生大幅度沉降，包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降[2]。因此在软土地基上施工时，必须要提前勘察和测绘，了解地基土的各项物理指标，明确土层分布，根据软土地基的分布制定不同的处理措施。软土地基常见的处理措施如表1所示。

表1 软弱地基土处理措施 导出到EXCEL

2.2 碎石桩处理路桥过渡段软弱地基简介

在软弱地基处理过程中，采用振动、冲击等措施冲击成孔，再将碎石回填于孔内，最终形成由碎石构成的挤密桩体，这一处理方法被称为碎石桩。由于采用碎石等大颗粒回填软弱地基，桩体具备良好渗透性能，可以加速地基土体固结，减少土体运营期变形，一方面可以较快完成软弱地基处理，另一方面可以提高地基承载性能。因此，碎石桩具有方便快捷、容易操作、节省成本及效果显著的优势，从而在砂土地基、粉土地基及杂填土地基处理中广泛应用。采用碎石桩处理路桥过渡段地基，通过振冲压密作用及碎石挤密作用，使碎石桩与原有软弱土体构成复合地基，从而提高软弱地基承载力，显著减小地基变形。碎石桩处理地基见图1。

图1 碎石桩处理地基 *载下**原图

2.3 碎石桩处理路桥过渡段软弱地基的施工方式

碎石桩经过多年的发展演变，已经逐步形成体系。根据不同的施工方式，可分为以下几类碎石桩，如表2所示。

表2 碎石桩的施工方法分类 导出到EXCEL

3碎石桩桩土应力比的影响因素

采用碎石桩处理软弱地基土，一方面降低了软弱土在荷载作用下的沉降，另一方面加固了地基强度。与桩周土相比，二者强度值存在差别，碎石桩桩体自身强度得到提升，为了较好的研究碎石桩处理软弱地基的效果，采用桩土应力比这一评价参数，即n=σpσsn=σpσs,其中 σp 指的是桩顶应力。 σs 指的是桩周土应力。桩土应力比是碎石桩地基处理方案设计的主要参数，影响桩土应力比的因素多种多样，如荷载值、原地基强度、桩长、时间等[3]。桩土应力比测试见图2。

图2 桩土应力比测试 *载下**原图

3.1 荷载水平

当荷载施加于碎石桩处理后的复合地基时，在荷载作用的初始阶段，桩体承担荷载值与桩间土承担的荷载值二者差值较小，这一阶段桩土应力比较小。随着荷载逐渐增大，桩体上方出现应力集中现象，桩体荷载值逐渐增大，桩间土荷载减小，这一阶段桩土应力比增大。随着荷载的进一步增大，桩体发生塑性变形，桩土应力比逐渐减小，桩体与桩间土均处于塑性状态，桩土应力比逐渐趋向于某一固定值[4]。

3.2 原地基土强度

桩土应力比大小与原地基土的强度密切相关。若原先地基的强度值较低时，土体承载能力有限，桩土应力则较大；若原先地基的强度值较高时，桩间土可以承担较大的荷载，桩土应力比则较小。

3.3 桩长

碎石桩桩长数值较大，桩土应力比则较大，但桩长达到临界桩长值时，桩土应力比的变化幅度则较小。临界桩长值与桩径、土体参数、荷载值及复合地基类型等指标相关[5],在碎石桩设计过程中，应重视这一参数。

3.4 时间

在荷载施加初始阶段，此时桩间土变形固结度较小，可以承担一定荷载值；随着荷载施加时间的增长，桩间土体发生蠕变，荷载值逐渐向碎石桩桩体转移，伴随时间的进一步延长，桩土应力比逐渐增大，直到趋近某一固定值。

4案例分析

4.1 工程概况

某路桥项目的地基位于淤泥质黏性土范围内，为了加强过渡段的地基强度，决定对软土地基进行处理。过渡段总长89 m, 需要处理的软土地基宽度与路基宽度相同。经研讨分析项目所处位置和现有的条件，决定采用碎石桩处理。该工程软弱地基土的相关参数如表3所示。

表3 土体参数 导出到EXCEL

4.2 碎石桩处理路桥过渡段软土地基设计

由于软弱地基为饱和软弱粘性土，根据土体物理力学参数对土体进行承载力和变形验算，不满足设计要求，因此需进行地基处理。从施工周期、技术经济性等角度考虑，选择采用碎石桩复合地基处理方案。考虑到软弱土的含水率变化范围为35%～45%,抗剪强度Cu为25 kPa, 综合比选后采用干振法碎石桩方案。这是由于土体抗剪强度指标大于20 kPa时，碎石桩容易成形，施工可靠，同时碎石桩具有较好的排水性能和承载性能，处理后形成的复合地基可以具备足够承载力，且地基变形值显著降低，并且碎石桩具备类似砂井的排水功能，可以减小软弱地基路桥过渡段运营期内的沉降变形，满足设计要求。

5碎石桩处理路桥过渡段软弱地基施工工艺

5.1 碎石填料的方式

若原地基土体为粗粒土，可不加填料或适当增加填料用量；若原地基土体为细粒土，则必须增加填料用量。本工程原有地基为饱和粘性土，可选用间断填料的方式适当增加填料用量。碎石桩施工工艺示意图见图3。

图3 碎石桩施工工艺 *载下**原图

5.2 成孔的方法

本工程采用干振法碎石桩地基处理方案，在施工过程中，振冲器选择的下落速度为2 m/min, 水压值为0.6 MPa, 冲孔过程中若遇到坚硬土体，可以适当增大水压值。若遇到软土夹层，每前进1 m可将振冲器取出，回填一定碎石，再采用振冲器振动2 min左右。在碎石桩施工过程中，应尽可能将碎石挤向桩周土体，从而加固孔壁。成孔过程中，应保证振冲电流值在额定电流值以内，若电流值过高，应及时取出振冲器，利用高压水头冲击软弱土层，再采用振冲器。

5.3 振密填料

对成形的孔清理结束后，可回填0.5 m3的碎石，然后采用振冲器振密。通过反复填料和振密操作，使振冲器电流逐步达到规定电流值后，再振动20 s。本工程设计的规定电流值为45A。碎石桩在处理软弱地基时常见的工程问题，以及相应的解决措施如表4所示。

表4 常见问题的处理措施 导出到EXCEL

5.4 应用效果和效益分析

在本工程中，采用碎石桩方案对过渡段软弱路基进行处理，可以提高饱和粘性土地基承载力。对于砂类土软弱地基而言，采用大粒径的碎石回填桩孔，可以调整土体的颗粒级配，可以改善砂类土易液化的工程特性，在粘性土和沙质土壤地区可以发挥更加积极的工程作用。与其他施工方案相比较，碎石桩处理方案施工迅速便捷，易于操作。尤其是在施工场地受限的区域开展地基处理时，不需要对周围建筑再加固，桩体的承载力同样可以得到保证。综上所述，碎石桩处理路桥过渡段软弱地基具有显著的经济价值和工程实践意义，在处理软弱地基领域值得进一步推广。

6结 语

(1)探讨了路桥过渡段软弱地基土的处理方式，处理方式主要分为四大类，分别是换填法、排水固结法、水平和竖向加固法。

(2)针对实际的工程案例，着重分析碎石桩处理软弱地基的效果，并根据碎石桩的施工方法，对碎石桩的施工工艺进行分类。

(3)为了更加明确碎石桩的处理效果，引入桩土应力比这一参数，通过研究桩土应力比的影响因素，得出更加适合的桩土应力比n。

(4)总结了碎石桩的施工工艺，包括碎石填料和桩成孔，以及施工后的竣工验收和经济效益评价，全面分析了碎石桩在路桥过渡段的应用。

参考文献

[1] 徐盼.遂西高速公路软弱地基处理方法的研究[D].西南交通大学，2014.

[2] 王旸，路康康.浅析振冲碎石桩在软弱地基处理中的应用[J].河南建材，2014(2):15+17.

[3] 黄洋.挤密碎石桩、CFG桩联合加固处理软弱地基的应用[J].四川建材，2013,39(3):94-95.

[4] 李彦.碎石桩处理软弱地基施工工艺[J].交通世界(建养.机械),2012(10):177-178.

[5] 胡国荣.碎石桩处理软弱地基设计要点[J].山西建筑，2009,35(17):71-73.

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