碎石桩综合处治法在河套灌区粉土软基中的应用

摘要：包头至磴口段高速公路，是内蒙古中西部主要的对外通道和中西部地区重要的经济干线。由于公路穿越河套灌区粉土软基的不良地质地段和特殊地质地段，通过借鉴淤泥质软土地基处理的方法，结合本地土质及工程地质方面的具体情况，进行了综合治理。

关键词：哈磴高速公路；河套灌区；粉土软基；碎石桩综合处治

Abstract: Baotou to Dengkou highway is one of the most important economic backbone of west-central Inner Mongolia major foreign channel and the central and Western regions. Due to adverse geological sites across the highway in Hetao irrigation area of silt soft foundation and special geological location, by using the method of soft soil foundation treatment of silt, combined with the specific circumstances of the local soil and engineering geology, the comprehensive governance.

Key words: Dengkou expressway; Hetao Irrigation District; silt soft soil; gravel pile treatment

中图分类号：U415.6 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02

一、工程概况。

包头至磴口段高速公路，是国家公路“五纵七横”之一丹拉至拉萨国道主干线在内蒙古境内重要的一段，也是内蒙古公路“三横九纵十二出口”主骨架中的主要一横，是内蒙古中西部主要的对外通道和中西部地区重要的经济干线，这段公路的建成，对于改善内蒙古中西部的交通状况，促进沿线地区经济社会的发展，具有重大的现实意义。

哈磴高速公路起于包头市西郊哈德门，贯穿包头的九原区、巴彦淖尔市的乌拉特前旗、五原县、临河区、杭锦后旗、磴口县六个旗县区，止于巴彦淖尔市磴口北，全长267.948公里。

二、地理、地质状况。

哈磴高速公路穿越乌拉山山前洪积扇，河套灌区和乌兰布和沙漠三个不同的地貌单元。主要有低洼积水地段、盐渍化地段，表面土质均为冲―湖积成因的粉砂、粉质粘土，埋深一般在0.4米―6米，地下水位高，土壤含水量大，强度低，地基承载力不能满足要求，因此必须对这些软土地基进行有效的处理，以保证公路的稳定性及变形要求。

经对粉砂、粉质粘土进行现场取样，测得其岩土参数为

1、天然含水量 W23.8―30.9%

2、可塑性液限 WL 25.7―35.4%

塑限 WP 20.5―22.5%

塑性指数IP7.2―14.9

3、液性指数IL0.192―1.156

4、抗剪强度指标内摩擦角 11.99―31.75

粘聚力 0.242―0.558

三、治理措施。

目前，在高速公路设计和软基处理的相关规范中，主要是针对淤泥质软土处理地基，而在河套地区粉土软基方面经验较少。本项工程借鉴淤泥质软土地基处理的方法，结合本地土质及工程地质方面的具体情况，进行了综合治理。根据不同的地质条件采用不同处理措施，分别有①换填碎石、砂砾，②加铺碎石渣垫层、砂砾垫层，③碎石桩挤密再铺碎石渣垫层和土工格栅，本文重点阐述第三种处理方法。

（一）碎石桩综合处治措施。

1、碎石桩

挤密碎石桩是采用振动成桩法，先用桩管振动成孔，再填入足够数量的碎石，在起拔过程中通过振动和反插达到加固地基的目的，可以起到挤密作用、置换作用、排水作用和复合地基作用。其作用效果主要有以下几点：

① 碎石桩与周围土基形成了复合地基，使地基整体抗剪强度提高，承载力增大。

② 碎石桩的压缩模量大于周围土基，形成了桩上的应力集中，使固结沉降减小。

③ 碎石桩在地基中形成了良好的排水通道，加速了地基的固结。

④ 复合地基作用，可使差异沉降减小。

2、碎石碴垫层

由于排水固结作用，在原地面下沉大约1米左右，故在碎石桩顶铺设碎石碴垫层，以防止积水侵蚀路基和毛细水上升，厚度控制在常水位+0.5米，以增加土基的整体稳定性，进一步提高地基承载力。

3、土工格栅

土工格栅加铺在碎石碴底，主要作用是限制了软基和路堤的侧向外移，增加侧向约束，从而降低应力水平，加强路堤的稳定性。

（二）碎石桩施工工艺。

桩靴闭合，桩管垂直就位，将桩管沉入规定深度的土层中，将料斗插入桩管头口，向管内灌碎石，之后边振动边拔出桩管至地面。振动管每提拔2米左右要反插1米继续振20秒；在设计基底标高2米范围内，应增加反插次数，一般每提拔1米反插0.5米。实际成桩桩顶要高于设计桩顶0.5米。

（三）碎石桩施工质量控制要点。

1、填料采用最大粒径不超过4cm，满足相应级配要求的未风化机轧碎石。

2、桩长、桩间距、桩径应严格按照设计实施。因地下地质情况变化较大，在施工过程中，应通过成桩时间、充盈系数、挤密电流多项指标进行控制，以0.3米桩径8米长的碎石桩为例，成桩时间一般不应少于10―12分钟，充盈系数1.8―2，挤密电流达到100A。

3、采用碎石桩处理的特殊路基地段，在越冬时路基填筑高度不得少于冻深0.5米，以确保碎石桩不受冻胀影响。

（四）影响挤密碎石桩密实度的因素

影响挤密碎石桩密实度的主要因素是施工工艺，其次是地基土质条件、成桩时间、碎石桩深度。

1、地基土质条件的影响

根据实际检验资料分析，周围土体软，碎石桩不易挤实，反之则容易挤实。

2、成桩时间的影响

检验结果表明，成桩后时间越长，检桩时动探锤击数较高，反之则锤击数较低。说明成桩时间越长，碎石桩越密实。

3、碎石桩深度

在表层一定范围锤击数普遍较低，同时在粘性土层中，从上至下锤击数有增大趋势，这是因为挤密碎石桩主要靠碎石自身重力作为荷载，在振动中得以压实，到地表时，上部已没有碎石作为荷载了，所以表层密实度差。

（五）沉降观测。

在K895+500―K895+560段采用碎石挤密桩，其上覆盖1.3米厚碎石垫层，并加铺土工格栅处理，在路基填筑过程中进行稳定和沉降观测，以验证软基处理方案，调整填土速率、监测地表水平位移及隆起情况，控制及确定路面的铺设时间及工后沉降量。

一般路段每隔100―200米布置一个观测断面，桥头路段断面间隔小于50米，共埋设15个观测断面。

观测周期：施工期间，每填筑一层观测一次，如果两次填筑时间较长，每3天至少观测一次，路堤填筑完成后，视地面稳定情况，一般半月或一个月观测一次，直至预压期结束。

观测结果见下表：

沉降与稳定动态控制标准：

1、路堤施工控制标准

在路堤填筑期间，路堤中心线地面沉降速率每昼夜不大于1.0cm，坡脚水平位移速率每昼夜不大于0.5cm，其填筑速率以水平位移为主进行控制。

2、路面施工控制标准

采用月均沉降速率法，根据本工程的实际情况，采用如下两个控制标准进行沉降达标判定：

一般路堤中心月沉降速率连续两个月的观测值小于8mm，桥头路填中心月沉降速率连续两个月观测值小于6mm；

施工期实测资料计算的沉降速率小于8mm/月（相当于0.267mm/d）。

观测结果分析：K895+500―K895+560段软土路基通过三个月沉降观测成果统计，在路堤填筑过程中，路堤中心沉降速率最大值为0.24 mm /d，边桩水平位移速率为0.41 mm / d，满足路堤施工期的控制标准。

经过多个观测断面沉降板填土高度、时间、沉降曲线分析，本处理段落6个观测断面实测资料计算的沉降速率为0.17―7.21 mm/月。

小于施工期实测资料计算的沉降速率小于8 mm/月，可以进行路面底基层的施工。

四、结语。

该项工程已竣工几年了，通过几年重交通量营运后的跟踪观测，路况质量情况仍处于良好水平。在河套地区软弱地基采用碎石桩综合处理粉土方法是可行的。