铁路碎石桩地基处理工艺技术探讨

摘要：本文结合南疆铁路库阿二线工程施工实例，将碎石桩对铁路地基的作用机理进行简要梳理，主要对碎石桩地基处理的振动成桩法施工工艺进行了阐述，期待能对铁路地基处理的具体施工处理有所裨益。

关键词：铁路；碎石桩地基；振动成桩法；处理工艺

中图分类号：U416.214文献标识码： A 文章编号：

1前言

利用碎石桩处理软土地基可以增加地基的承载力和变形模量，同时加快地基固结速度、提高复合地基的固结强度，增强滑裂面的抗滑能力。以下笔者结合自身在南疆铁路库阿增建二线工程的地基处理施工经验，对铁路碎石桩地基处理工艺技术进行具体介绍。

2碎石桩对铁路地基的作用

通过对已有研究成果进行归纳总结，碎石桩对铁路地基作用主要有如下几个方面：

2.1加密效应

对于沉管挤密碎石桩，由于在成桩过程中桩管对周围土层产生很大的横向挤压力，原处于桩管部位的土体被挤向桩管四周。填入碎石后的振动、反插也会使周围土体受到挤密，并且很多碎石骨料也被挤入土中；对于振冲挤密碎石桩，在成桩过程中，强烈的高频强迫振动使可液化土层产生液化并重新排列致密，且在填入碎石过程中，部分碎石被强大的水平振动力挤入土中。这种强制性的挤密使得可液化土层的相对密实度显著增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，土的物理力学性能得到改善，地基承载力和抗液化能力大幅度提高。

2.2排水减压效应

饱和松散砂土受到剪切循环荷载作用时，将发生体积的收缩和趋于密实，在砂土无排水条件时，体积的快速收缩将导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升，当砂土中有效应力降低为零时便形成了完全液化。在碎石桩复合地基中，碎石桩是良好的固结排水通道，缩短了排水路径，改善了排水条件，在地质振动期间可加速孔隙水压力的消散，使孔压增长与消散同时发生，降低由地震循环荷载作用而产生的超孔隙水压力，阻止路基地震液化，大大提高了地基的抗液化能力。

2.3减震、预震效应

由于碎石桩复合地基中桩体的刚度远大于桩间土，震动所产生的剪应力将在相对刚度较大的碎石桩体上产生应力集中，因此降低了作用在桩间土上的剪应力水平，故碎石桩具有减震作用。另外，施工振动使得饱和可液化土层产生液化后，土颗粒重新排列致密、结构趋于较为稳定，抗液化能力得到提高。即施工时的预振动，对增强地基的抗液化能力极为有利。

2.4加筋效应

由于碎石桩的模量大于桩间土模量，起到了加筋作用，使得复合地基的内摩擦角增大，抗剪强度提高，可有效地抑制地基的侧向变形，增强地基的稳定性。

3铁路碎石桩地基处理施工工艺

3.1碎石桩地基处理原理

碎石桩处理属于地基处理中的深层密实法。它通过振动、挤密、置换使深层土密实，并在振动挤密过程中回填碎石或砾石形成碎石桩，与桩间土一起组成复合地基，从而提高地基承载力，减少沉降量，消除地基土的湿限性或液化性。

3.2碎石桩施工工艺

3.2.1几种常见施工方法的对比

目前，较为常用的碎石桩施工方法主要有：振冲法、沉管法。沉管法又包括振动成桩法、冲击成桩法。沉管法施工被称为“干做法”，设备相对简单，除对环境影响小外，其施工设备准备、质量控制等均较容易。振冲法施工的主要器械是振冲器，工作电压需保证在380V，否则就会影响施工质量，甚至损坏振冲器的潜水电机。因此施工中应根据现场实际情况选择适宜的施工方法。在南疆铁路库阿增建二线工程施工中，碎石桩设计数量619268延米，桩径为80cm。综合地质情况、现场条件等各方面因素，结合施工能力、工期要求后，选择采取振动成桩法施工。

3.2.2主要施工要求及注意事项

（1）填料应使用未风化的干净砾石或碎石，粒径宜为2~4cm，含泥量不应大于10%，碎石桩开始施工前先进行基底清表，清除施工场地杂草、树根及腐殖土，场地平整，平整后，摊铺少量的砂，以便桩孔定位和桩机定位。

（2）碎石桩的施工顺序一般沿直线、隔行跳打，施工完毕后经检验合格后方可铺设碎石土垫层，并用重型振动压路机压实。

（3）碎石桩施工完后，应间隔4天左右对复合地基承载力进行检测，经检测地基复合承载力满足设计要求时， 应将松散桩头压实，随后在桩顶上部地面铺设碎石垫层或砂砾石垫层，以扩散应力和排水。

（4）现场派专人对碎石桩机进行“一人一机一控”防护，防护人员及时注意周边环境，严密盯控施工现场过往行人及车辆，严把安全质量关，如有异常情况及时停止施工作业。

3.2.3振动成桩法施工工艺及质量控制因素

（1）场地布置：施工前先平整场地，架设临时电力线路，作好排水设施，准备好进料道路，保证施工场地大致平整，预留施工机械工作平台宽度，一般应保证场地比碎石桩最外边界宽2~3m以上，以便桩机移动挪位；

（2）施工机具：振动成桩法的施工机械包括以下几部分：移动导管平台、卷扬机、振动机、料斗、成桩导管等。其中成桩导管下端带有活瓣钢制桩靴的锥形桩尖振动导管。吊钩、缓冲器悬挂在中间，可沿着导架上下移动；

（3）成桩工艺：测量定位振压桩管成孔至设计深度填料留振挤密（空振电流、振密电流、留振时间）提拔桩管（提管速度）振压桩管（反插）碎石受压挤入桩周土，桩径扩大至设计桩径重复步骤3、4、5、6至桩顶后成桩。

（4）振动成桩法碎石桩加固地基的原理：振动挤密桩间土，填筑碎石，碎石桩体提高地基承载力，并形成孔隙水排水通道。桩间土孔隙水在振动挤压以及后续上部荷载作用下渗流至碎石桩体，并通过砂石垫层排出路基本体。桩间土经过挤密、受压排水固结提高地基承载力。

4结论

对铁路地基碎石桩处理后，结合具体工程实践，可以得到如下结论:

（1）通过对地基加固原理的阐述和论证，碎石桩法在软土地基加固方面是一种行之有效的方法，对地基土的液化有明显的处理效果，显著改善了地基土的物理力学性质，加速了软土地基排水固结的速度，沉降得到有效控制，使地基承载力大为提高。

（2）碎石桩处理地基具有施工速度快、工艺简便，技术可靠，造价低，质量容易控制的特点，随着碎石桩法广泛的应用，技术的不断完善，其必将具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]薛殿基.《复合地基桩处理技术》，北京:中国建筑工业出版社，2011

[2]何广讷. 《振冲碎石桩复合地基》，北京:人民交通出版社，2012.