浅析碎石桩在松软砂粘土中密实度指标

【摘要】秦沈客运专线A—14标段东部试验段DK271+487.27～+520段为松软地基。设计要求采用桩长15.0米，桩间距1.0米，桩径0.5米，梅花型布置的碎石桩加固松软地基。成桩工艺要求为重复压拔管法。成桩后需进行重型动力触探和复合地基静载荷试验，要求复合地基承载力不小于150Kpa，桩身密实度大于中密状态（N63.5≥10）。

【关键词】客运专线 工艺要求

一、施工概况

铁五局二处承担该工点的施工任务。于九九年四月二十日开始组织人员、机械设备进场。按设计要求，正式施工前必须进行工艺性试桩的施工。我们于99年5月10日～12日分别进行了17-25#、19-25#、21-25#三根碎石桩试桩的施工。铁三院岩土工程总公司于5月25日分别对三根桩及一桩间土进行重型动力触探检测。密实度达不到设计的中密状态要求的桩段分别为桩身上部7.5米，6.1米，7.0米。由于试桩密实度达不到设计要求，我们拟通过改变施工参数来加强桩身密实度。分别于6月26日～27日进行了17-26#，21-26#，22-25#三根试桩的施工。施工过程中，因加强了施工参数，17-26#灌石量竟达6.0立方，22-25#达4.5立方，致使17-26#灌的碎石已挤入19-26#桩身内（成孔后发现的）。

鉴于两次试桩检查结果均表明桩身上段密实度很难达到中密状态，秦沈总指、总监办于七月底下达会议记要，同意该工点的碎石桩施工。但是要求施工过程中加强桩身上段施工参数。

于七月底正式施工，至十月十四日施工结束，共成桩1292根合13685.85延长米。其中，施工过程中，因按设计的15米的设计深度，很多桩根本达不到此设计要求。鉴于此，设计院曾将原设计的0.5米的桩径变更为0.3米，而桩长维持不变。但导管直径的减小，仍未能改变达不到设计深度的问题，后又不得不将桩径变更还原为0.5米，而桩长由15米改为9米，即要求打入砂层。之后，施工才得以顺利展开进行。施工过程中，严格按照提供的施工参数进行过程控制。

二、成桩检测

按照设计要求，成桩1～2周后（待孔除水压力消散），要对桩身及桩间土进行动探检测和复合地基静载荷试验，分别按照抽检频率2%、5‰进行。10月25日～11月8日，铁三院若土工程总公司对该工点工程桩进行检测。动探检测桩身26根，桩间土26根，静载荷试验6根。复合地基承载力检测结果表明：承载力满足设计要求，但不均匀沉降明显（地表隆起）.

三、原因分析

动探与静载检测结果的不相符，给如何正确评价该工点碎石桩加固效果增加了难度。而究竟该地层（主要指上部5米左右的松软砂粘土及软粘土）是否有必要要求桩身密实度达到中密壮态的要求，笔者就此提出自己的看法。

让我们先来看看本工点水文地质条件（由铁三院提供DK271+495断面左、中、右地质剖面图）。

本区为冲积平原，地势平坦开阔。

地表为松软砂粘土，黄褐色，浅黄色，软塑至流塑，γ=19.4KN/M3，CU=13.7Kpa，φu=3.7°，qc=0.84Map，厚2.3～3.0米，基本承载力为100KPa；上部为软砂粘土，深灰色，流塑，qc=0.45Map，基本承载力为90Kpa，层厚3～4.8米；中部为细砂，浅黄灰色，中密，饱和，qc=8.33Map，基本承载力200Kpa；下部为砂粘土，黄褐色～灰褐色，硬塑至软塑，局部有砂层透镜体，qc=1.55Map，基本承载力为180～250Kpa。

碎石桩属于散体材料桩，其桩体承载力和桩身密实度取决于桩周土能提供的侧限约束力。桩周土抗剪强度越低，侧限约束力越小，桩身密实度越难达到要求。从表二可以发现，抽检的26根工程桩中仅有5根（占19.2%）桩身密实度基本合格外（该种桩型上面1～2米略小于中密状态是很正常的），其余桩身密实度均达不到设计要求。并且我们很容易发现，桩身不合格段长度、位置同桩间土不合格段长度、位置很接近，这充分说明了桩身密实度和桩间土侧限约束之间密切的关系。

土的灵敏度越高，受扰动后抗剪强度降低越多，桩周土对桩身侧限约束力越小，桩身密实度越难达到设计要求。我们通过表二进行桩间土与原状土密实度的对比可以发现，由于松软砂粘土受剧烈扰动后，仅管时间较长（均有20天以上），但强度恢复仍然很慢。随着今后填土过程的逐级加载，碎石桩桩身作为排水通道，地基发生排水固结沉降，地基土发生压缩后，桩及桩间土密实度会逐渐增大。

如图五所示，桩体中某一点受到自重应力q自，外加下压振动力F，垂直反力N，水平方向上桩间土侧限约束力ftz力对的共同作用。由于桩身碎石有应力扩散作用，在力F与q自，反力N的作用下，该点在垂直方向上被压缩，在水平方向上膨胀。当水平方向上的桩周土的侧限约束力ftz小于桩对土的水平力fzt时，桩在横向方向上扩径，桩间土在横向方向上被压缩，直到二力平稳时，这种在水平方向上的扩径才停止。实际上，这种垂直方向上的压缩和水平方向上的扩径作用是同步进行的。若桩周土侧限约束力较大，则施工过程中通过导管下压及振动作用，在水平方向上的扩径作用很快结束，这样，在垂直方向上桩身密实很容易达到密实。而由于该区上部（大致5米以上）为松软砂粘土或淤泥质砂粘土，其抗剪强度本身很低，其侧限约束力必然很小。而且由于该土层经剧烈扰动后，土的原始结构遭到破坏，其抗剪强度大大降低，处于软塑至流塑的状态。这样，施工时尽管下压桩管并振动，因桩周土侧限约束能力低不能抵抗碎石桩的扩径（其中17-26#桩施工的碎石量竟达6立方，21-26#也达4.5立方，而且17-26#的碎石已进入相邻桩桩位内，这足以说明桩周土侧限约束力太小）。复合地基承载力计算过程如下：

对松软砂粘土，取承载力为120Kpa；

对碎石桩桩身，承载力按240Kpa，桩径按0.6米计算，则复合地基承载力为：即桩身密实度达到N63。5即可，而并非要达到10击的要求。

从我们对复合地基承载力检测及碎石桩桩身密实度机理的分析，笔者认为对碎石桩这种复合地基桩型，成桩质量的好坏，加固效果主要由复合地左承载力控制为准，而其它指标（散体桩型的密实度等）只宜作为检测加固方法、施工工艺、施工机具等的可操作性是否合适的指标，而不应作为判断工程桩是否合格的标准。当然，碎石桩加固地基，最终要求为减小工后沉降。若能同时满足复合地基承载力和密实度，工后沉降肯定要小一些。但由于地层的原因，某些工点密实度很难达到设计要求，这并不能说明工程桩的不合格，只能说明该种桩型加固该地层效果不理想或者不合适。