高速公路碎石桩软基加固质量检测方法探讨

摘要：本文通过对当前比较常见的道路软土地基处理的方法的比较，阐述了碎石桩加固对软基土的加固措施，分别详细论述了软基的设计、施工工艺以及对其施工工程质量的检测。结果表明，碎石桩软基加固有比较的效果。

关键字：高速公路；碎石桩；软基加固

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A

一、引言

随着国家对高速公路投资的不断加大，高速公路的里程也在不断额增加，同时高速公路的地质条件也日趋复杂起来。由于采用振冲碎石桩加固技术可以处理软土，形成碎石桩的复合地基，并且使地基的沉降期和沉降量都大为的减小，承载力也大幅度的提高，从而使得路基更加稳定，并且其施工快速、简便又经济，是加固路基的有效措施，所以在进行高速公路软基处理的过程中的到了广泛的应用。

碎石桩是指用振动、水冲或是冲击等方法进行软弱地基中成孔后,将碎石压入已经成孔的地基中,形成较大直径的碎石，构成严实的桩体,碎石桩有置换、挤密、垫层、排水、加筋等五种作用,对于那些天然就不均匀的地基,经过碎石桩地基的加固后就可以成为比较均匀的地基,满足工程的施工要求。采用碎石等硬质的透水材料进行成桩后可以改变地基的排水条件,并且桩体可以是良好的排水体,使得排水通道大,并且有利于地基土的排水固结,除此之外，其抗腐蚀性也比较强,而且由于碎石桩对地质条件的限制较少、造价比较的低,很适合对软土路基进行处理。

二、碎石桩加固机理

1、碎石桩加固原理

碎石桩是指在地基中使用碎石设置一定高度的竖向桩体,形成复合地基,通过对桩土的协调变形,将其荷载传递给强度高、刚度大的碎石桩体,使得土体上的负荷减少,改善复合地基的工程质量性能,增强地基的承载能力,碎石桩能够使软土的密实程度增加,而且孔隙减小,压缩性也随之减少。另外，碎石桩还可一提高抗震性能, 缩短沉降期,减少不均匀沉降,从而达到加固软土的目的。其加固的机理主要表现为以下方面。

碎石桩在黏性的地基变形特性和力学由散粒材料组成，有其独特的性能,完全不同于钢筋混凝土桩。碎石桩的特点有:1)桩的直径比较大,一般在70-110cm之间;2)可以沿轴变化直径大小,由于振冲器输出的能量比较固定,地基土在遇到比较软的地方,可以增大桩的直径,在比较硬的地方桩的直径就会减小;3)碎石桩的刚度比四周的地基土都要大;4)碎石桩在受力的过程中可以承受较大的变形,柔性较好。

2、碎石桩排水固结作用

碎石桩具有同砂井相同的排水功能,由于在进行制桩的过程中，挤压，振动，扰动等因素使得桩土出现较大的对附加空隙水的压力,桩间的土的强度也会相应的降低,制桩结束后随着土层空隙中，水压力的消散,土的结构强度也在不断的恢复,在对地基进行加载的过程中，桩体的排水作用会使土体中超静孔隙水压力不断的消散, 桩周土强度和有效应力不断的增大,复合地基的强度也会随着增加。而碎石桩本身就是散粒体的材料,所以其完全的依靠桩周土体对侧向的约束作用。

三、碎石桩的施工技术

（一）施工放样

根据施工图的设计要求，由测量师放置软基处理段的路基中线以及相关的控制点，并且要妥善进行保护，以便在打桩时进行引测和控制、复合。由于在进行打桩的时候会产生挤压，会对对控制点造成一定的影响，所以在进行施工的期间，应当定期对控制点进行必要的复测，以此避免发生造成较大的误差。

复核中桩及控制点无误后，由专业测量人员，放出每根桩的准确位置，放样误差应当小于2cm,并且要做好标记。由于在进行施工过程时，桩的位置容易遭到破坏，所以每天放样的数量不宜太多，要保证打桩间隔时间和放样定位不超过24小时。并且还要在施工的过程中，随时进行复核，及时进行调整。

（二）试桩

为进一步掌握施工区域地质状况，获得准确的施工资料，检验设备选择是否合理，碎石桩加固路基施工前，必须进行试桩，试桩根数不少于5根，并检验处理后的地基承载力是否满足设计要求。通过试桩确定施工时所采用的施工参数，如成孔间距、造孔电流、制桩加密电流，留振时间、填料量和加密段长度等，并了解制桩的难易程度和可能出现的问题，为施工过程质量控制提供可靠依据。

(三)加固范围的确定

根据有关规范要求,碎石桩加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础类型进行确定,本工程采用独立和条形基础,因此加固范围为基础外缘扩大1排。

(四)桩位布置与确定

桩位布置:因本工程基础采用独立和条形基础,故采用等腰三角形布置;桩位确定:根据甲方提供的拟建建筑物四个角点及各轴线位置,采用经纬仪和钢卷尺测放各轴线,采用钢卷尺测量放桩位,桩位测量允许偏差2cm。

(五)施工顺序

碎石桩施工时一般采用由里向外或由一边向另一边的施工顺序进行。在地基强度较低的软粘土地基中或群桩桩间距小于3.5倍桩径时，宜采用间隔跳打的方法。

(六)成孔技术

1.钻机就位的安装:在钻机安装时,要保持沉管和取土器能够垂直地面,对准桩位,并且要保证桩位偏差控制在5cm范围之内,设备安装稳固、水平、周正,施工中不能发生移位。

2.成孔方法:由于施工场地的上层会有滞水的水位较高、回填土的厚度较大等现象,所以为了确保成孔的质量,应当采用跟管钻进和冲击取土的方法进行成孔。

3.成孔深度:根据工程地质勘察的资料,桩端在进入到持力层1m以上时应当保证桩的长度不小于4m。在施工的过程中,桩端进入持力层之后,要由乙方的勘察单位对上岩土样进行鉴别和确认,以此确保桩端进入持力层的深度可以满足设计的要求。

4.成孔质量检查验收:桩孔深度满足设计要求后,由现场工程技术人员对桩孔直径、深度、桩端进入持力层深度、垂直度等检查验收,其中桩孔垂直度允许偏差小于1%。

（七）振冲成孔

在桩机就位以后，可以利用导管自重以及振冲器缓慢的下沉，然后可以打开振冲器的开关，小的电流在振动下沉过程中，当孔深达到50～100cm时，可以加大电流至试桩时确定的造孔电流，继续沉管成孔，直到达到设计的标高，并且留振10～15s后进行填料。造孔过程中应很好控制吊机卷扬绳的下放速度，不宜过快，一般控制在0.5～2m/min，并始终保持振冲器处于悬挂状态，避免造成斜孔。

造孔的电流与振冲功能大小、土层的软硬情况有关，通常情况下，30kW振冲器的造孔电流可选50～60A，75kW振冲器的造孔电流可选100～140A，土层的硬度取大值，具体情况可以由试桩的情况确定。

为保证碎石段的碎石密实度可以达到设计的要求，并且防止由于振冲器在瞬时进入石料较快并且产生的瞬时电流较高，而发出已经达到密实要求的虚假信号，所以在达到相应的设计标高后，还应当留振10～15s后再进行填料。

（八）填料

应当选用配置良好的碎石进行填料，粒径对于30kW振冲器应控制在20～80mm, 对于75kW振冲器应控制在40～150mm，含泥量不大于5%，针片状颗粒含量不大于15%，强度应为洛杉矶法的磨耗率不大于60%的程度。填料时最好采用连续填料的方法，即向孔内进行回填石料要连续不断的，并且要依靠振冲器的水平振动力进行，不仅要将孔内的石料振密，还应当不断地将其挤入孔壁中，使得桩径不断扩大，一旦振冲器振力和桩周土约束力相等，桩径就不会再扩大了。这时振冲器的电流值可以迅速的增大，达到规定的数值时，控制系统会发出相应的信号，这个时候桩应当继续加密，在达到留振时间时，时间继电器又会发出信号，标志该段次的填料加密过程完成。

（九）施工记录

每根桩必须做好原始施工记录，记录桩长、桩距、造孔电流、制桩加密电流、加密段长度和填料量。并随时观测桩顶和地面有无隆起和水平位移。

四、施工注意事项

1、为了可以保证桩位的准确性,在测量孔位的时候应当按照有关的规范要求进行,应当严格控制偏差;同时还要在安装和施工的过程中及时纠正偏差。

2、在保证桩孔的垂直度的同时,还应当在安装和施工的过程中经常对钻机是否周正水平等问题进行检查;沉管的时候也应当校正其是否垂直,要严格控制桩孔的垂直偏差。

3、桩端在进入持力层时应保证其桩长不小于4.0米,如果遇到桩端的持力层的岩性无法进行判别时,还应当及时通知相关的勘察单位对现场进行相应的鉴别和确认。在终孔的验收时,还要检查桩端入岩的深度和桩长是否能够满足设计的要求;桩孔深度应当在满足桩长和入岩要求的同时，尽可能的少的去破坏原状地基土。

4、碎石夯实成桩的过程中,还要采取分层的夯实,通常情况是每次灌入30～50cm的碎石,夯击次数为8～10锤;在特殊的情况下,每层可以多灌入并且增加夯击次数，但最多的灌入量不得超过100cm。

5、在碎石夯实成桩的过程中,要尽量的保持夯实成桩的相应的连续性。

6、在碎石桩施工的过程中,要适当的进行抽检,并且根据其抽检的结果对施工技术或设计参数进行及时调整。

五、质量检测及控制标准

1、桩身质量检验

碎石桩的质量优劣会受到多种因素的影响，比如土层形状，填料的质量、与数量，制桩工艺控制等，为了保证碎石桩的质量符合要求，一般会采用标准贯入、动力触探、静力触探等方法进行检测，进行抽检的频率为2%，并且不应当少于3根。采用重型动力触探仪进行检测时，可以沿着桩轴线由桩顶到桩底，于各个不同深度处对桩的均匀性和密实度进行检验。

2、承载力试验检测时间

地基土在经过振冲施工后悔产生土体扰动，使得土的承载能力有比较大的消弱，从而扰动工程性能的稳定，但这需要一定的时间，并且时间的长短会随土的性质而有所不同。一般粘性的土地基需要21～28天，粉土需要21天，所以在碎石桩复合地基承载力试验施工完毕后28天，就可以确保地基土有足够的稳定期。

3、复合地基的施工质量检测

对复合地基进行质量检测时，常用的方法有动力触探法实验和单桩荷载实验；对加固的效果进行检验常用的方法是多桩复合地基和单桩复合地基荷载实验，而碎石桩复合地基实验一般情况下会采用比较容易使用的动力触探法进行检验。在采用重型动力触探法和桩间标准贯入法进行实验检测时，检测的位置应当在施工的现场随机选取，而检测量也不应当少于碎石桩孔总数的2%。

为了保证施工的质量，在施工过程中应当进行详细的观察记录。观察记录的内容包括了桩管的下沉时间变化、灌入碎石的实际与预定数量、桩管的挤压和提升过程等。通过对桩管下沉时间的变化曲线可以对土质的松软变化等程度进行估计。在对碎石桩桩顶进行施工的时候，由于其上覆压力减小了，使得桩顶形成了一个较为松散的结构，在加载前应当去除或者是碾压严实，从而可以有效的发挥复合地基的作用。

六、结束语

综上所述，碎石桩软基加固具有排水降压、挤密、砂基减震的作用,由于其机具设备简单、技术可靠、操作易掌握,节省三材、节约成本、加速施工进度等的特点而被广泛的应用。但是,在使用碎石桩法对软土地基进行加固的时候，应当注重理论与实际要紧密联系,同时能够结合施工现场的实际地形情况,确定合理科学的施工方案,除此之外，还应当加强对过程的控制,用施工经验和试验数据来指导施工;在碎石桩法施工完成后,还要对预压和定期沉降进行观测,并且做好观测记录。最后，在施工时还应当对工艺流程进行严格控制,认真实施并检验各工程技术环节,保证施工的质量,避免人为因素造成工程质量降低。

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