碎石桩在软土路基处理中的应用

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由于软土含水量大，压缩性高，因而软土地基强度低，从而导致路堤因不均匀沉降或剩余沉降量过大而破坏。因此要保证路基稳定首先就得进行软基的固接处理。 
    贵新公路K119+170~K119+348段软基具有软土厚度深、面积大的特点。针对这一情况采用了振压沉管碎石桩对其进行固接处理。以下就处理情况作简要介绍。
    2、软基的基本概况 
    贵新公路K119+170~K119+348路段，地处山间谷盆。由于地势平坦，排水不畅，地下水发育（左侧有两个涌水泉点），长年淤积而形成大面积的软土。经地质钻孔揭示，该段软基上覆流塑~软塑状淤泥质土层，呈灰黑色，具腥臭味，遍布整个面积，厚1.5~2.5米；其下为淤泥质土层，含碎石，呈软塑~可塑状态，饱水，强度低，厚6.0~14.8米；下伏基岩为二迭系上统吴家坪组薄层硅质灰岩夹粘土岩，其顶部风化强烈。对软土取样四组进行实验其物理力学性质如表所示。 
    物 理 性 质 力 学 性 质 
    含水量w（%） 48.9~63.6 固结试验压缩系数a100~200（Mpa-1） 0.990~1.520 
    密度P（g/cm3） 1.54~1.66 压缩模量Es100~200（Mpa） 1.522~2.243 
    比重Gs 2.56~2.60 直接剪切试验凝聚力C（Kpa） 6~24 
    孔隙比e 1.332~1.741 内摩擦角Ф（度） 7.2~13.5 
    液限WL（%） 65.70~84.6 烧失量（%） 9.43~11.35 
    塑限WP（%） 34.90~43.90 
    塑性指数Ip 29.90~43.00 土样类别 有机质高液限粉土 灰黑色粘土，含腐质草根及砾石 
    天然稠度Wc 0.19~0.56 
    从表上可以看出该段软土天然含水量高，孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低。 
    3、软基处理措施及计算依据 
    3.1 处理方案 
    贵新公路K119+170~K119+348段,最高填方9.46米，最低填方3.66米，填方面积8302平方米。因软基深度较大（7~17米），地势平坦，面积较大，不易采用换土填石或抛石挤淤处理。经过会审论证，决定采用振压沉管碎石桩对其进行固结处理。碎石桩采用正方形排列，全平面同一桩径、桩间距。根据部颁《规范》及以往施工经验，选择桩间距为1.2米，桩直径根据振冲器外径定为32.5米，碎石桩要求穿过风化岩层。碎石桩施工结束后，在地基上铺设20厘米厚的碎石垫层，以加强路基排水。 
    3.2计算依据 
    路堤填料为粘土，其主要计算参数取值：γ土=18kN/m3 ，C土=25Kpa ，Ψ土=15。 ；软基主要计算参数取值：γ软=16kN/m3 ，C软=15Kpa ，Ψ软=7。 ，固结系数 Cv=1.5x10-7m2/s 。 
    根据填方高度、填土容重、附加应力、软土深度和压缩系数，通过计算可得加固前路基沉降量S前=82cm。 
    加固后路基总沉降减少量S减=[1/1+（n-1）η]×S前 
    式中 n______桩土应力比，对于粘性土n=2~4,取n=2 
    η_____ 面积置换率 
    η=d2/de2 
    d____桩直径 
    de____等效圆直径，由于桩孔为正方形布置所以de=1.13倍桩间距 
    η=0.325/(1.13×1.2)2 
    =0.05744 
    S减= [1/1+（2-1）0.05744 
    = 78cm 
    通过计算可知，地基采用碎石桩处理后，总沉降量减少78cm，剩余沉降4cm，满足沉降量控制要求。 
    单桩承载力[б]桩=20×C软/K 
    C软 ____凝聚力，C软=15KPa 
    K____安全系数，K=1.25 
    [б]桩=20×15/1.25 
    =240Kpa 
    复合地基承载力[б]复= β[б]土×[1+η(n/β)- η] 
    η_____ 面积置换率, η=0.0574 
    [б]土 _____桩间天然地基土的承载力 
    n= [б]桩/ [б]土，称为桩土应力比,据有关资料,其值在2-12 之间变化，本文取值为2 [б]土=[б]桩/2=240/2=120Kpa 
    β____桩间土承载力折减系数，取值1.0，因为桩土应力比已经考虑了这一因素。 
    [б]复=1×120×[1+0.0574(2/1)- 0.0574] =126.9KPa 
    通过以上计算证明，加固后的地基承载力得以较大提高，沉降量控制在可靠的范围内，并且承载力的计算结果为后期的承载试验提拱了可靠的数字依据。 
    4、施工工艺及注意事项 
    施工前，应清除流塑状淤泥，铺设0.5米厚的石屑临时垫层，整平场地，以便施工机械进场。垫层应严格控制粒径，以免无法进行成孔。然后放线定出孔位。施工顺序应从左到右，先边部后中部，便于复合地基土体固结程度随时间延长不断深入。施工时要注意水、电、料三者的控制。水要充足，但水量不易过多，以防把填料回出流走；电主要是控制振密过程中的密实电流；料要注意加料不得过猛，原则上要勤加料，但每批不宜加得太多。碎石采料粒径不得大于5cm。完工后加铺20cm厚的碎石垫层，以利于排水。 
    5、承载试验检测及结论 
    经过一个月的紧张施工，共完成碎石桩总进尺73122米，成孔5916个，灌入碎石约 11000立方米。根据地基承载力计算数据，进行了三组五个点承载板静载试验，两个桩上点，三过桩间土。试验用的圆形承载板与等效影响圆直径相等，加载总荷载至少是复合地基设计值的一倍。荷载按25Kpa为一级分级加载，每级加载后，分时观测沉降值直至每小时变形值小于0.1mm，即认为底板已处于相对稳定而终止观测，然后进行下一级加载，直至试验结束。其结束试验的条件为：累计加荷值达300Kpa，或在此荷载之前地基出现明显变形，底板周边出现裂缝、隆起等现象。卸载时测读回弹量，直至变形结束。 
    整理观测数据，绘制沉降S、荷载P、时间T三者之间的关系曲线可以看出曲线由两段近似直线所组成，曲率变化不大，分级沉降值亦无明显增大，各个点的累计观测沉降量均小于设计值4cm，当加载至300Kpa以内均未出现板底复合地基破坏迹象。所以加固后的复合地基处于压密阶段，承载能力有很大的提高，软基处理是成功的。并且固结效果随着时间还应有所增加，故以后填方施工不能过快，应严格按规范分层进行填筑，并作好堆载与路堤沉降观测，以沉降值控制填方施工速率