公路盐渍化软土路基砾石桩加固施工技术应用

朱春阳

（新疆路桥北疆工程建设有限公司，新疆 昌吉831100）

一、砾石桩加固机理

公路盐渍土具有盐胀、翻浆、溶陷、腐蚀及沉降等特性，必须加固处理。砾石桩加固技术主要通过冲击、振动方式成孔，将砂砾、砾石等散粒材料挤压进孔内以形成密实性桩体，并与周围土体共同构成复合型地基结构[1]。砾石桩地基能保证地基土快速排水固结，控制地基沉降，增强地基土结构的承载力；砾石桩加固一般以粒径50mm以内且含泥量在10%以下的砂石、砾石等硬质散状材料为主，不得使用已经风化的石料。施工机械主要使用打桩机架、振动沉桩锤及灌料管等，并应根据现场试桩结果选择施工机械，确定桩径、桩位、桩间距、提升速度、留振时间、充盈率、投料量等施工参数，试桩数量至少为5根，并在成桩15d后检测施工质量，合格后指导施工。

二、工程概况

某公路沿线地下水埋深浅，地表排水不良，故盐渍土分布较多，且普遍为弱～过盐渍化程度，地基土天然含水量为27.5%～39.8%，液限为28.4%～39.5%，孔隙比为0.74～1.06，压缩系数为0.25～0.44。硫酸盐和亚氯盐含量高，具备高压缩性，极易引发翻浆、沉陷等病害。

选取k283+200～k283+500段为砾石桩加固试验段，土体主要为湖泊相和河流冲积相低液限粉土和黏土，土层自上而下分别为硬塑状黏土、硬塑状粉土、软塑状黏土、软塑状粉土、流塑状黏土、流塑桩粉土、细粉砂。土体物理力学性能室内检测结果显示，天然含水量最大为41.8%，土体孔隙比最大为1.1，压缩系数最大达0.5，土体内硫酸根离子和氯离子含量均值在0.6～0.8之间，试验段土体属于中高压缩性盐渍化软土，其接近地表处土体实际含盐量高达10%。试验段砾石桩处理深度5.0m～7.0m，路堤填高均值为2.0m，砾石桩设计桩径0.5m，桩长5m～7m，桩间距2m，并按三角形布置。

三、砾石桩加固施工工艺

（一）施工机械及材料

采用振动沉管法，施工机械主要包括振动机、振动套管及料斗等部分，套管内径控制在385mm～450mm范围内，成桩直径不得小于500mm，振动头振频为24.5Hz，激振力控制在100kN～150kN；振孔器密实电流按80A控制。

根据试验段施工结果，砾石桩桩径应按500mm确定，桩长5m，桩间距2m，采用粒径50mm以下且5mm～50mm粒径材料含量占比至少1/2的砂砾石硬质材料，含泥量不得超出10%。

（二）施工流程及要点

施工前先清理表土，按照至少30cm的厚度铺设砂砾层，施工机械进场、振动器就位，并按施工方案和设计尺寸挤土成孔；通过振动器提升砂砾石材料并倒入孔内振捣，达到设计厚度及密实度后使用振动器提升砂砾石料倾倒，再次振捣至设计密实度和厚度，如此循环往复，待试桩至孔口位置后，移机至下一桩位。

振动沉桩锤将桩管按1m/min～2m/min的速度打入地基，至设计深度后振动30s，并按1.5m/min～3.0m/min的速度拔出桩管；将砾石料缓慢匀速装入桩管内，砾石料高度应控制在抽拔高度的200%～300%；振孔器留振时间10s～20s，随着桩管每提升1m高度，必须悬振0.5min，并反插5次。振动过程中同时拔管，以“留振+反插”的方式持续施工；距离地面1m～2m处因存在薄弱的侧向约束力，改用超载投砂法施工，借助振动挤压确保挤压密实度。

（三）质量控制

质量控制主要包括桩点位置、桩身垂直度、桩体结构强度、灌砂量、桩径及桩深等。

四、砾石桩加固检测

（一）单桩复合地基载荷试验

试验中承压板选用面积0.5m2的圆形钢板，严格按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）提出的慢速维持加载法，按5级单桩地基加载进行载荷试验，达到设计荷载后，先不开展卸荷试验。根据砾石桩单桩地基载荷-沉降曲线看出，随载荷量的持续增大，承压板沉降量基本以线性方式增大，桩周土无明显隆起和挤出，承压板处于弹性变形阶段[2]。以设计荷载为最大加载值，载荷沉降曲线也无明显拐点，砾石桩复合地基承载力符合设计要求。

（二）沉降检测

根据填筑期内砾石桩复合地基路中沉降时间曲线，随填筑高度的增大，路中沉降先快速增大，而后增速逐渐变缓；直至填筑施工2个月后路堤填筑高度达到设计值，施工段沉降最大达27mm，根据双曲线法得出该公路软土路基最终沉降为39mm，可得到路基工后沉降12mm，符合规范要求。

砾石桩处理断面分层沉降曲线显示，施工初期因填筑速度较快，沉降量增长也较快；随着填筑施工的持续推进，分层沉降速率逐渐减缓，沉降量小幅度增大，且分层沉降现象主要发生在距离地表0m～3m浅层范围内，累计沉降量达到30mm。

根据对该公路软土路基砾石桩桩顶沉降曲线及桩间土沉降曲线分析发现，路堤以下砾石桩地基桩间土沉降量比桩顶沉降量大，且沉降量之差最大达到5mm，这说明路堤荷载下砾石桩桩体和桩间土之间存在相对位移，不符合等应变条件[3]。

（三）路堤以下土体位移测试

该试验段路堤左右侧坡脚位移变形量随固结时间变化而变化：地基内路基土均朝向路堤外侧发生水平变形，变形量随深度增大表现为弓字形趋势，变形位移量最大值出现在软-流塑状粉土和黏土层。随硬质砾石料填筑高度的增大，地基内路基土水平变形呈增大趋势，填筑结束后水平位移变形量最大达13mm，主要在地表下1.2m处。

（四）土压力及孔隙水压力测试

根据分析可知，随着砾石料填筑高度的增大，达到设计填筑高度后土压力逐渐趋于稳定，施工中所测得的最大地表土压力值为47kPa。

由路堤荷载下砾石桩土体超孔隙水压力固结时间变动趋势可知，随着砾石料的填筑，填筑材料荷载持续产生附加应力，部分应力会由土体内孔隙水承担；待完成砾石填筑后孔隙水会逐渐排出，孔隙水压力也随之消散，地基承载力持续上升。试验结果显示，砾石桩段超净孔压力峰值将近19.8kPa，填筑施工至第65d时，地基结构内超净孔压力的50%已经消散。

五、结语

该公路盐渍化软基经砾石桩加固处理后随着龄期的增长，复合地基承载力大幅提升，对该公路运行中地基沉降等跟踪检测结果也显示，砾石桩加固处理盐渍化软基后公路地基沉降明显减小，路基结构稳定性提高，自通车运行以来未出现任何超出规范要求的沉降病害，以及因地基失稳而引发的路基破坏。砾石桩加固公路盐渍化软土路基效果十分优越，且造价低廉，值得在类似工程中推广应用。