公路软土地基处理中的砂砾桩与强夯置换应用

李元，周 虎

（1.新疆交通建设管理局项目执行一处，新疆 乌鲁木齐 830049；2.新疆公路管理局干部学校，新疆 石河子 832000）

0 引言

在公路路基施工中，软土路基是较为常见一种，如果没做好其质量控制，很容易导致不均匀沉降。因此，本文结合笔者自身经验，对砂砾桩与强夯置换的应用进行研究，以期为类似工程提供参考与借鉴。

1 公路软土地基概述

公路软土地基属于比较常见的地基，其承载力往往满足不了工程施工的要求。这类地基在施工一段时间之后，常因水或者自重等原因出现地基失稳，进而导致不均匀沉降。一般较为常见的软土地基多是由淤泥质土、亚黏土、淤泥、亚砂土等土质组成的地基。

在设计中，如果忽视了软土地基的特殊性，很容易对工程造成危害，这类疏忽主要包括：a）对施工勘察设计阶段本应进行处理的软土地基缺乏合理的处理措施；b）施工阶段没有对软土地基进行处理或者所采取的处理措施不到位，使得路堤失稳；c）施工阶段虽然对软土地基进行了加固处理但由于处理措施不合适导致地基失稳；d）填筑过程中没有按照相关的规范进行分层填筑或者碾压中存在不合理的行为导致地基失稳；e）施工过程中没有对硬壳层扰动及填筑材料进行正确的选择，使硬壳受破坏；f）台背施工的时候高填土地基对结构物产生负摩阻力以及纵向推挤力，导致桥台被损坏或者发生移位。

基于以上分析可以看出，在公路软土地基处理过程中，选择合理的处理方法及处理措施是非常重要的。

2 公路软土地基处理中砂砾桩的应用

2.1 砂砾桩原理

在软土地基处理中，砂砾桩属于一种非常有效的方式，其原理是：成桩过程中会使周边的粉土层及砂土挤密，而在碎石压入及挤密作用之下，粉土及砂土的密实度将得到提升，土体的孔隙率也将降低，最终地基的排水力度以及承载力都将提升。另外，砂砾桩的透水性非常好，因此可以产生一个比较好的排水通道，使土体的抗液化能力得以提升。最后，由于砂砾桩和周边土体可以共同承担荷载，这就产生了一种复合地基。

2.2 设计要点

在公路软土地基处理的过程中，砂砾桩的设计是其中一项关键的工作，如果设计得当很少会出现质量问题。具体来说，在这一工作中，要以“因地制宜、就地取材、综合处治”这一原则作为指导，确保设计的经济性和先进性。实际的工作中，可以从以下几点来确保砂砾桩的设计质量。

2.2.1 确定砂砾桩加固范围

这一工作属于设计基础，一般来看，其加固范围对公路路基的整体稳定性起着决定作用，如果加固范围较小，很可能导致公路整体承载力不均匀，进而导致路基的边坡滑塌及不均匀沉降；而加固范围过大则不仅会对施工进度造成影响，还将造成一些不必要的浪费。

2.2.2 确定砂砾桩总截面面积

实际工作中，要结合详细的地基条件来计算，因此，必须要收集足够的资料，才能确保计算的准确性及有效性。

2.2.3 分析施工段地基情况

分析的对象主要包括降水量以及地基特点等，对这些因素进行综合分析之后可以将砂砾桩的桩数以及排列砂砾桩的方案确定下来。

2.2.4 估算砂砾桩长度以及灌砂量

在进行这一工作之前，要对软土层厚度以及软土地基的地下水位有充分的了解，然后才可以结合具体情况将施工参数确定下来。

2.3 施工要点

砂砾桩施工要点如下：

a）试桩 在砂砾桩开始施工前要进行试桩试验，完成这一工作还要进行桩体和桩间的承载力检测，确保设计参数的合理性；

b）施工准备 清除地表0.3m厚度土层，进行排水砂砾垫层设置，要保证砂砾的清洁，含泥量应低于5%，每层厚度以0.2m为最佳，不得存在粗细粒料分离的问题；

c）参数确定 在使用振动沉管法施工的过程中，要结合实际情况确定套管的提升速度、密实电流、悬振时间以及反插次数等施工参数，这样才能够确保状态的连续性；

d）桩孔施工 在此过程中，要确保孔内材料填灌量大于设计填灌量的96%，而且要把桩孔垂直度偏差控制在1.2%内，孔位和直径的偏差也要小于5cm；

e）桩间土体控制 此工作中对桩间土变形机率进行控制是关键，在提管操作的过程中，要确保提管速度以及反插距离满足设计要求；

f）其他 除了以上措施之外，还要确保砂砾桩碎石的粒径在20～50mm 的范围内，并做好碎石含泥量的控制工作。

2.4 成桩检测

完成砂砾桩的施工后必须要进行成桩检测。针对饱和粉质粘性土地基，要在地基土层孔隙水压力完全消除之后才可以进行检测，一般在施工完成后2周左右。检测方法包括：土工试验、动力触探试验以及静力触探试验等，检测承载力最小值大于设计的要求才为合格。

2.5 质量控制

2.5.1 质量控制指标

在砂砾桩的施工中，主要的质量控制指标包括：桩位、垂直度、桩长、灌入量、原材料、电流、反插次数、成桩时间等。举例来说，在控制灌沙量的过程中，要对计量方式、计量精度、充盈系数、运输及施工损失等因素进行综合考虑。

2.5.2 施工问题处理

针对缩孔及塌孔问题，其产生原因多是没有按照相关的规定进行施工或者调料的实际用量不符合设计要求。为避免发生这种问题要先确保施工的规范性，具体包括：a）导管提升高度要符合规定；b）成孔要按照由外到内间隔进行的方式开展，而且要将误差控制在相应的范围之内；c）加强孔斜检测，确保导管处于垂直状态；d）导管反插过程中不下料问题也较为常见，应及时向孔内灌入干土粉，使其吸收土体中的水分。

3 公路软土地基处理中强夯置换法的应用

3.1 机理分析

使用强夯置换法对地基进行加固主要是指在夯坑中填入碎石、石块以及一些粗颗粒材料，通过强行夯入的方法将软土排开，进而在软土地基中产生直径大于夯锤的碎石墩，整个过程中主要是对加密进行利用。另外，在使用强夯置换法的过程中也会产生大直径排水井，这是因为通过冲击作用会使地基土得以压缩，并产生裂缝，相当于增加了排水通道，可以帮助孔隙水从中逸出。

3.2 案例分析

3.2.1 工程概况

某工程地基承载力特征值要求为250kPa，但据岩土工程勘察报告分析，此施工现场的天然地基承载力不能满足这一要求，因此使用强夯置换法进行加固。

3.2.2 设计与施工

在本工程中主要使用的施工方法为强夯置换碎石桩以及强夯法，具体来说，是在强夯置换碎石桩之后使用点夯以及满夯进行施工。其中，强夯置换分为两层，第一层强夯置换使用的是排土及挤土强夯置换法，也就是先于夯点处挖直径为82.4m、深2～3m的坑，然后将碎石填入后施夯，填碎石工作分五到六次进行，每次回填的深度为1.5m；第二层强夯置换碎石桩使用夯锤夯坑填石置换法，然后再进行强夯点夯和满夯。

3.2.3 加固效果分析

3.2.3.1 承载力

在完成施工之后，相关部门通过载荷试验对碎石桩以及桩间土的承载力进行了的测试，碎石桩fpk＝500kPa，桩间土fsk＝150kPa。此外，还使用了重型动力触探检测了碎石桩着底和密实情况：N63.5＝26击。通过以上检测结果可以看出，经过加固之后的地基是符合设计要求的。

3.2.3.2 沉降观测

完成施工之后，还进行了加载试验以及沉降观测，实测数据远低于设计及规范所要求的允许沉降量。

3.2.4 质量控制要点

质量控制要点如下：

a）强夯置换施工中使用最多的是挤土置换法，也就是先夯出一个夯坑，再向坑中填入碎石进而强夯置换；在整个施工的过程中，其主要缺点在于锤底面积小，容易导致置换率低；其次，此施工方法将导致地面出现比较大的隆起，加之置换的深度容易受到限制，因此也会给施工质量造成影响；鉴于此，在实际工作中，要在强夯置换之前挖一个直径相对于夯锤直径略大的坑，坑深应控制在3～4m，通过这种方法能够大大提升面积置换率，并减小桩间土的隆起；

b）强夯置换的影响深度主要由桩下被加密的土层厚度以及置换桩长度组成，在本实例中软土层厚度为8m，置换桩长度为7m，根据事后的沉降观测发现沉降量是比较小的，因此，可以认为桩底软土得到了加密，其沉降变形以及承载力情况都有一定的提升；

c）对于高饱和土所处的地域来说，其地下水位相对而言要高一些，因此在施工的过程中桩间土很容易受地下水侵蚀，进而降低了其承载力，最终使得碎石桩承载力也降低；在施工过程中，要对这方面有充分的认识，并采取有效的措施避免这一问题。

总而言之，强夯置换法既有强夯加固的优点，也有复合地基的优点，加之其工艺较为简单、施工方便而且使用的范围比较广，因此在公路软土地基的处理中是一种比较理想的方法。

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