本文以西江下游航道整治工程橫坑段為基礎，通過大粒徑碎石樁加固超軟弱地基的施工試驗和加固效果檢測，優化大粒徑碎石樁的施工工藝，并確定適宜的大粒徑碎石樁施工質量控制參數和設計參數，并提出簡便樁身質量檢測標準。
　　關鍵詞：大粒徑碎石樁，超軟弱地基，施工工藝，質量檢測標準
　　1.前言
　　振沖碎石樁作為復合地基的一種，在快速提高地基穩定性方面，有著很大的優勢。該技術在80年代末被引進到珠江三角洲地區以來，先后成功加固了番禺蓮花山碼頭、新會天馬港、荷塘碼頭、珠江電廠等多個工程。并在國內首次成功地進行了現場直剪試驗，初步取得了碎石樁及復合地基的抗剪指標。這些工程的地基強度大都在10KPa左右，最低的僅5~8KPa。雖然振沖碎石樁技術取得了大量成功加固經驗，國內外也開展了不少科學研究。但是對振沖碎石樁法，仍然缺乏足夠權威的理論、計算公式、參數指標、檢驗手段供設計、施工采用。通過西江下游航道整治橫坑段工程，對振沖碎石樁的機理、適用范圍、參數指標、檢驗手段等多個方面的問題進行研究。
　　2.工程概況
　　試驗前對西江下游航道整治工程橫坑碎石樁試驗區進行了補充勘察。在試驗區內布置了鉆探孔兩個，靜力觸探及十字板剪切原位測試各四孔。
　　根據鉆探資料，場區巖土層自上而下分布為：
　　①、素填土（Qml）：棕褐、土褐色，主要由山坡土堆填組成，頂部混有少量花崗巖碎石、濕，稍壓實狀，厚0.80-0.90m。
　　②、淤泥質粉質粘土：（Qal）：深灰、灰黑色，粘粒為主，含少量粉砂和腐殖物，局部夾薄層粉砂和粉質粘土，很濕-飽和，軟塑-流塑，厚11.10-12.20m。天然含水量W0均值為45.2%，孔隙比e均值為1.3，內聚力c均值為8.5kPa，內摩擦角φ均值為7.6o，該層土為碎石樁處理的主要對象。
　　③、粘土（Qal）：顏色雜，一般上部呈棕褐色、黃褐色，中部為雜色斑狀，下部灰白混黃褐色，粘粒為主，不含或含微量粉砂，濕，可塑，局部硬塑和軟塑，厚6.00-8.20m。天然含水量W0均值為28.3%，孔隙比e均值為0.9，內聚力c均值為36.5kPa，內摩擦角φ均值為10.2o。
　　④、粉質粘土（Qal）：棕紅色混黃褐、灰白色條紋，為粉砂質泥巖風化殘積土，粘粒為主，含10-20%石英質粉砂，粘塑性一般，局部較好，濕-稍濕，可塑-硬塑，鉆孔揭露厚度2.30-11.80m。天然含水量W0均值為35.1%，孔隙比e均值為1.0，內聚力c均值為27.5kPa，內摩擦角φ均值為25.8o。
　　根據室內土工試驗及標貫、靜力觸探、十字板剪切原位測試資料統計，各主要巖土層物理力學指標如表1。
　　表1巖土主要物理力學性質及承載力統計表
　　
　　3．碎石樁設計
　　近年來隨著振沖加固技術的發展，也逐漸應用到抗剪強度小于20kPa的軟粘土地基中，并取得了一定的成功經驗。但其加固機理及設計、施工參數尚需進一步驗證。表1所示本次試驗區內的軟土層平均十字板抗剪強度僅13.6kPa，屬于軟弱粘土。在這種地基上施工碎石樁，樁體必須有一定的密實度，只有樁徑擴充到一定程度后才能達到水平激振力與樁周土反力的平衡，滿足密實度要求。根據以往處理這種軟土的經驗，確定本次試驗的樁徑為1.0m。設計采用樁間距為2.0m，正三角形布置，相應的置換率僅為22.7%，樁土之間的共同作用相對較小。因此本試驗方案增加了一組間距為1.5m的樁，以進一步為設計提供參考指標。根據地質條件，碎石樁應穿過軟土層并進入粘土層50cm。因此設計樁長13~15米，實際施工時可根據成孔電流值來判斷。
　　4．碎石樁施工質量控制
　　4.1原料控制 
　　采用大粒徑碎石，整體性強，可以更好地傳遞振動應力和荷載應力。樁體粒徑大小直接影響加固體的力學效應，根據以往經驗，填料粒徑質量評判指標可由下式計算：
　　f=1.7√3/(D50)2+1/(D20)2+7/(D10)2
　　式中D50、D20和D10分別為篩分通過的百分數50、20和10的骨料粒徑，f為質量評判指標。當f=0~10時為優質，f=20~30時為一般，f>50時不宜采用。通過計算，本次試驗所采用的碎石粒徑的平均值（d50）約為8.5cm，不均勻系數Cu=2.5,f值介于0.5~0.85之間。此外，所使用的碎石風化程度不能超過弱風化，含泥量不能超過10%。
　　4.2施工機械的選用
　　考慮到試驗區的地質特點，試驗采用了最常用的ZQC-30型振沖器。
　　4.3施工流程
　　大粒徑碎石樁的施工流程如下：
　　振動器就位對成孔清孔加料振動振動上拔繼續填料、振動上拔成樁移位至下一個樁位。
　　4.4施工質量控制參數
　　碎石樁的施工質量主要通過以下四個參數來控制：水壓和水量、密實電流、留振時間和灌料量。通過碎石樁工藝試樁，對振沖器型號、碎石粒徑與級配、水壓及水量、工作電壓、每次提升高度、密實電流、留振時間、填料量和充盈系數等施工參數作出評價，為后期試驗樁和工程樁的施工提供指導性施工參數。為保證施工參數的準確可行，我們在施工之前進行了碎石樁施工工藝試驗，并經過試驗確定碎石樁施工參數如下：a、碎石粒徑以φ5~10cm為主，大于φ5cm占50%以上；b、水壓:550-600Kpa，水量：20-30m3/h；c、造孔速度：1-2m/min；d、清孔次數：2-3次；e、每次填料量：0.5-0.7m3；f、每次提升高度：0.5m左右；g、留振時間：10-20s；h、密實電流：45-55A；i、充盈系數：大于1.6；j、工作電壓：380±10V。
　　5．碎石樁質量檢測
　　碎石樁復合地基屬于地下隱蔽工程，質量檢驗較為困難，交通部《港口工程地基規范》規定可采用載荷試驗、動力觸探等方法進行檢驗。鑒于本工程的重要性，本次試驗采用了外觀檢測、重（Ⅱ）型動力觸探、現場直剪試驗、載荷試驗、地質雷達試驗等多種手段對碎石樁及復合地基進行了檢測，檢測結果分別如下：
　　5.1外觀（樁徑）檢測
　　本次試驗共施工碎樁82根，對其中的15根樁進行了樁徑檢測，檢測結果表明碎石樁的平均樁徑均在1.0m以上，樁的圓度較好，平均成樁直徑約1.1m。
　　5.2碎石單樁重（II）型動力觸探測試
　　為了檢測碎石樁樁體密實度，本試驗對27根樁進行了重（II）型動力觸探測試，試驗操作嚴格按規范的要求進行，觸探后對數據進行統計，數據統計見表2。典型動探曲線見圖1。從表中可看出，在所檢測的27根樁中，N63.5>10擊共18根，占總數的67%，7<N63.5<10擊的共9根，占總數的33%。根據交通部重慶公路科研所的推薦值N63.5>7擊的碎石樁可以評定為密實，本次試驗所施工的碎石樁全部為密實等級，施工質量是良好的。
　　碎石樁密實統計成果表表2
　

　　5.3靜載荷試驗
　　為了檢驗碎石樁對軟土地基的處理效果，了解單樁及復合地基相關的強度和變形指標，本試驗對天然地基、φ1.0m單樁、φ1.5m復合地基和φ2.0m復合地基進行了現場靜載荷試驗，靜載Q-S曲線具體詳見圖2。
　　
　　圖1碎石樁典型動探曲線圖圖2載試驗Q～S曲線
　　試驗成果見圖4。從φ1.5m復合地基的應力與應變曲線上看，當P加到495KN時沉降明顯增大，曲線出現第二拐點，所以取其前一級荷載440KN作為其極限荷載，取s/b=0.007對應的荷載為其容許荷載，得其容許荷載為250KN，則φ1500mm復合地基容許承載力為142kPa，其對應的變形模量E為15060kPa。從φ2.0m復合地基的應力—應變及應變—時間變化曲線上看，當荷載加到605KN時，沉降量顯著增大，這種趨勢在Lgt—S曲線上表現更為明顯，表明此時地基已經破壞，取破壞時的前一級荷載為其極限荷載，P=550kN，安全系數取2.0，得φ2.0m復合地基的容許承載力為87.54kPa，其對應的變形模量E為13290kPa。
　　5.4大型直剪試驗
　　復合地基的抗剪強度性質（C，φ）是整個工程設計的重要參數指標，為了檢測經過碎石樁處理后復合地基的抗剪強度，為設計單位在進行堤壩抗滑穩定性分析時提供準確的抗剪強度指標，我們在試驗區對φ1000mm單樁、φ1500mm復合地基以及φ2000mm復合地基進行了現場大型直剪試驗。本次試驗碎石樁單樁、1.5m復合地基和2.0m復合地基的剪切試驗成果如表3所示。
　　直剪試驗成果成果表表3

　　根據以上參數繼續完善設計，在以后的施工過程中岸坡均處于穩定狀態。至目前為止，該工程已投入運行10年多，運行狀況良好，由此證明大粒徑碎石樁可作為快速提高地基穩定性的一種有效手段。
　　5.5地質雷達
　　為對整個碎石樁區的處理情況有一個詳細了解，本次試驗試圖引進地質雷達這一無損傷、低成本的先進的物探方法檢測碎石樁區的成樁情況。圖3是編號為碎2號、碎3號、碎4號樁的剖面圖。
　　碎2號平均樁徑0.9m，最大深度12.5m，0~10.5m樁身密實，10.5~12.5碎石量不足；碎3號樁平均樁徑0.95m，最大深度12.0m，樁身規則質量比較好；碎4號樁平均樁徑1.05m，最大深度12.5m，5.5m~12.5m處樁身傾斜。可見利用處理后的地質雷達圖像可以清楚的解釋出碎石樁的形態，應用地質雷達檢測碎石樁是一種很好的手段。
　　
　　圖3SS-2線地質雷達剖面及解釋結果圖
　　6．結論
　　通過工藝試樁及載荷試驗、現場大型直剪試驗驗證大粒徑碎石樁的加固效果，綜合分析可以得出抗剪強度為8~15kPa超軟弱地基上施工大粒徑碎石樁的施工質量控制參數、設計參數，質量檢測標準如下：
　　6.1碎石樁施工質量控制參數：
　　a、振動器型號ZCQ-30；b、碎石粒徑以φ5-10cm為主，大于φ5cm占50%以上；c、水壓:550-600Kpa，水量：20-30m3/h；d、造孔速度：1-2m/min；e、洗孔次數：2-3次；f、每次填料量：不大于0.5m3；g、每次提升高度：0.3-0.5m；h、留振時間：10-20s；j、密實電流：不小于45A；k、充盈系數：大于1.6；l、工作電壓：380±10V，上述碎石樁施工參數不應孤立理解，應綜合考慮。
　　6.2碎石樁設計參數：
　　承載力設計參數如下：φ1000mm徑碎石樁單樁容許承載力為180kN；φ1500mm復合地基容許承載力為140kPa；φ2000mm復合地基容許承載力為90kPa。
　　抗剪強度設計參數：φ1000mm徑碎石樁單樁抗剪強度：C=25~30kPa，φ=36~42o；φ1500mm復合地基抗剪強度：C=8~10kPa，φ=30~35o；φ2000mm復合地基抗剪強度：C=6~8kPa，φ=16~25o。
　　6.3大粒徑碎石樁樁身質量檢測標準：
　　由于橫坑碎石樁軟基處理主要是依靠碎石樁來提高復合地基的抗剪能力，防止堤壩在河道開挖時出現滑坡，所以現場大型直接剪切試驗是檢驗橫坑碎石樁質量的最有效手段，但由于現場大型直接剪切試驗費用高、周期長，對上部樁體是一種破壞性檢測，因此大規模用于工程碎石樁的檢測有很大困難。在通常情況下，可采用以下相對簡便的方法對樁身質量進行檢測。
　　①、重（Ⅱ）型動力觸探：在不偏孔的前提下檢測深度應不小于總樁長的1/2，檢測深度內碎石N63.5平均擊數應不小于7擊，最小擊數不小5擊。
　　②、單樁及復合地基的靜載荷試驗：單樁及復合地基的承載力應不小于設計。
　　③、地質雷達檢測：檢測碎石樁的樁徑、樁長、成樁情況是否符合設計要求。
　　
　　參考文獻
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