碎石桩在高填方机场软基处理中的试验研究

【摘 要】在试验段软基处理中采用了碎石桩加固法，并通过室内土工试验、载荷试验、动探试验对地基处理效果进行了检测分析，结果表明：碎石桩处理地基后对地基内水分的排除、地基深部的加固以及地基土承载力的提高均有显著效果，采用碎石桩处理地基的方法可行。

【Abstract】 Gravel piles were applied for treatment of soft foundation on test road, and the effect was detected by laboratory soil test, loading test and dynamic penetration test. The results show that the treatment with gravel piles has obvious effects in water exclusion, deep foundation reinforcement and bearing capacity improvement, which makes it applicable for foundation treatment.

【关键词】碎石桩；检测分析；复合地基；承载力

【Key words】gravel pile; detection and analysis; compound foundation; bearing capacity

中图分类号：U443.15 文献标志码：B 文章编号：1000-033X(2012)06-0049-04

0 引言

碎石桩、强夯法是两种有效的软基处理方式，其中强夯法施工方便、成本低廉，故被广泛采用。而碎石桩主要用于深层地基土的处理，不仅对桩间土有挤密作用，而且为地基土内空隙水的排出提供了通道。碎石桩与地基土形成了复合地基，提高了地基土的承载力，这在对于地基稳定性要求很高的高填方工程中非常重要。

1 工程概况

贵州某机场的最大垂直填方高度为85.14 m，道槽区最大填方高度为62.02 m，坡顶与坡脚最大高差超过153 m，是一个典型的高填方机场。在建设过程中，为得到科学、合理的设计依据，在试验段场平工程中，对覆土层较厚的B4区进行了原地面碎石桩处理研究。

B4区范围为P194+10～P196/H55+10～H57，面积900 m2。根据钻孔地质勘探资料（图1），B4区地层主要由耕植土、粉质粘土夹碎石、粉质粘土及混合土组成，其剖面如图2所示。按试验要求清除地表耕植土后，采用振动沉管法，按表1和图3进行碎石桩施工。桩体料碎石粒径集中在5～40 mm之间，级配连续，含泥量为0.88%。在处理前和施工后14 d进行室内土工、动探、载荷等相关试验检测，以验证碎石桩处理的可行性。

2 碎石桩处理效果检验

2.1 室内土工试验

表2为地基处理前后不同深度土样的主要物理力学性质指标的试验结果。表中数据表明，进行碎石桩处理后， 1～4.5 m范围内地基土的含水率均有所增加，1～3.5 m范围内密度、压缩模量、内聚力与内摩擦角都有不同程度的降低，而对应的空隙比却有所增加。说明在碎石桩施工过程中，对表层地基土起着机械振松的作用。在3.5～4.5 m范围内，密度、压缩模量、内聚力与内摩擦角处理后有一定的增加，空隙比减小，说明碎石桩对地基深部有一定的加固作用。

2.2 载荷试验

载荷试验的目的主要在于检测复合地基的承载力，根据碎石桩的布置方式，可计算得到碎石桩地基的置换率为10%，则复合地基承载力为

F=0.10f+0.90f（1）

式中：F——复合地基承载力；

f——桩身承载力；

f——桩间土承载力。

可见要得到复合地基承载力，必须先通过试验得到桩身及桩间土的承载力。

2.2.1 桩间土载荷试验

桩间土载荷试验共检测了B4ZHT1、B4ZHT2两个点。荷载板尺寸为1.0 m×1.0 m，按预估极限荷载的1/8等量分级加载。图4、5是两组荷载的应力与变形关系（P-S）曲线。图中P-S曲线均具有明显的直线段，取直线段终点所对应的压力140 kPa作为比例界限，即地基土的承载力［３］。统计结果见表3，桩间土的承载力取其平均值为177.5 kPa。

2.2.2 桩身载荷试验

根据设计要求，B4区桩身载荷试验检测了1个点（B4ZHZ1），检测方案如图6所示。根据面积比例［4-5］，可用式（2）计算承压板所对应的承载力。

F=0.20f+0.80f（2）

式中：F——桩身上承载板的承载力。

按预估极限荷载的1/8等量分级加载，图7为荷载试验的压力与变形关系（P-S）曲线。图中P-S曲线具有明显的直线段，取直线段终点所对应的压力270 kPa作为比例界限值，即地基土的承载力。按式（2）计算得出桩身承载力为640 kPa，按式（1）计算得复合地基承载力为223.75 kPa。

2.3 动探试验

2.3.1 桩间土动探试验

对于桩间土，在地基处理前后采用重型（N63.5）标准进行动探试验，试验点位置前后基本一致［6］。图8是典型的地基处理前后动探试验曲线，从图中可以看出，处理后距地表1.0 m范围内动探击数低于处理前的动探击数；在1～3.5 m深度范围内，处理前后曲线基本重合；在3.5 m以下深度，处理后动探击数明显高于处理前的动探击数。试验结果表明：处理后地基表层土物理力学指标有所降低，而深层却有所增加，这与室内土工试验结果一致。以处理后上部（距地表3.5 m）土层动探击数作为地基承载力特征值计算基础，表4为动探击数成果统计，从表4中得桩间土平均击数为2.75，查《工程地质手册》可得桩间土承载力为169.6 kPa。