高速公路工程软土路基应用振冲碎石桩加固分析

邓强 DENG Qiang；肖莹 XIAO Ying

（江西省交通运输厅规划办公室，南昌 330008）

（The Program Office of Jiangxi Transportation Hall，Nanchang 330008，China）

摘要：高速公路对路基沉降的要求很高，选择正确的地基处理方式直接关系到工程质量、投资和进度。本文对振冲碎石桩设计方法、施工工艺以及工程质量控制等进行了研究，并给出了振冲碎石桩在京珠高速公路软土路基加固中的应用实例。

Abstract： Expressway has high requirements on the roadbed settlement， the right selection of foundation treatment way is directly related to the quality， investment and progress of the construction. This paper studies the design methods， construction technology and construction quality control of vibro-replacement stone column， and puts forward the application examples of vibro-replacement stone column of the soft soil subgrade reinforcement in Jingzhu Expressway.

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关键词：软土路基；振冲碎石桩；复合地基

Key words： soft soil subgrade；vibro-replacement stone column；composite foundation

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0096-03

作者简介：邓强（1979-），男，江西横峰人，工程师，本科，研究方向为土木工程；肖莹（1983-），女，江西南昌人，工程师，本科，研究方向为路线规划。

0 引言

软土具有天然含水量大、强度低和易受扰动影响等特征，其物理力学性质差。再加上高等级公路路面的造价昂贵，技术标准高，施工时对路基的要求很高，因此在高速公路路基工程中如何对软土地区高速公路的变形和稳定性控制进行施工是一个技术难点。振冲碎石桩加固软土地基是处理软土地基众多方法中的其中一种有效措施，它能够有效地提高路基的承载力和稳定性，降低沉降和不均匀沉降，未来在处理软基的施工中应用振冲碎石桩是大势所趋。为此本文结合工程实例，研究了振冲碎石桩的设计、施工及质量控制问题。

1 软土及其类型特征

从广义上讲，软土是指强度低、压缩性高的软弱土层。从狭义上讲，软土是指水下沉积的饱水的软弱粘性土或淤泥为主的土，偶尔也会有少量的腐泥或泥炭层。通常软土的形成年代比较久远，其沉积厚度较大。虽然软土地区地表已经不会被水侵漫，但是地下水仍接近地表。我国软土主要包括四大类，即滨海、湖泊、河滩及谷地沉积。软土具有天然含水量大、强度低、孔隙比大、压缩系数高等特性，同时具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质。其孔隙比在1.0-1.9之间，含水量在34%-72%之间，一般液限是35%-60%，饱和度＞95%，塑性指数为13-30。

2 软土地基对路基稳定的影响

过去软土地区只有一般公路通过，由于一般公路对施工的具体要求不高，只要在实际的施工过程中注意对桥头高路堤部位的处理即可，其余地段的路基要求不高。但随着高速公路的出现，仅仅注意对桥头高路堤部位的处理已经远远不能满足施工要求，由于高速公路对施工的具体要求很高，再加上软土自身具有的各种特性的影响，因此在软土地区建设高速公路需要注意很多问题，其中沉降稳定是最关键问题。由于在大交通量、重载车辆的作用下，路基容易产生侧向膨胀挤出滑动，甚至出现基底沉降现象，为了保证路基及其周围环境和建筑物的安全，应采取有效措施避免上述情况的出现，因此必须对软基进行处理。

3 地基处理后必须达到的要求

①强度要求。即使在上部结构自重荷载和外荷载作用下地基土也不会出现局部或整体剪切破坏。②变形要求。即使在上部结构自重荷载和外荷载作用下地基土也不会出现过大的沉降变形，尤其是可能会严重影响最终施工质量的不均匀沉降变形。③动力稳定性要求。即使在动力荷载的作用下地基土也不会出现液化、沉陷和失稳等病害。④透水性要求。应保证即使在渗漏量或水力比超过容许值的情况下，地下水也不会出现涌土、流砂、边坡滑动等事故。⑤特殊土地基安定性要求。保证结构物即使处于特殊土上，也不会出现由于不良土性而导致的损坏。

4 软土地基的处理方法

①置换法：强夯置换法、挤淤置换、换土垫层法等；②振密、挤密法：碎石桩、强夯法等；③注浆加固法：灌浆法、高压喷射注浆法、深层搅拌法；④加筋法：土工隔栅等；⑤排水固结法：砂井预压法、塑料排水板法、砂垫层、砂沟法等；⑥综合法：几种方法综合使用处理软基。

5 几种软基处理方式的比较

5.1 适用条件及范围

针对粘粒含量＜10%松散砂土或粉土地基，宜选用振冲挤密法。针对不排水抗剪强度＞20kPa的粘性土、粉土等地基，宜选用碎石桩振动置换法。这两种方法能够处理路基填筑较高的路段。

粉喷桩可有效加固陆地和海底软土，比较适用于淤泥、淤泥质土路基等，同时也适用于含水量较高但是地基承载力标准值＜140kPa的粘性土地基。

排水固结法适用于杂填土、软粘土等路基，但该方法的有效处理深度约为12~15m，一旦超过该范围，该方法存在很大弊端。

自重预压处理方法适用于那些路基填土高度较低，但是软土厚度较小的路段。

5.2 处理效果

由于碎石桩具有排水、置换、加筋和挤密等作用，在实践中我们发现，路基经过碎石桩处理后，不仅路基沉降和水平位移数值比较小，而且处理效果也是良好的。但不适用于高灵敏度的软土，这是因为高灵敏度的软土的侧向约束作用差，且透水性不好，一旦被挤密会破坏其原结构，很难达到预期效果。

路基沉降经过粉喷桩处理后能够较快的趋于稳定，同时得到较高的复合地基承载力及复合变形模量，不需要经过预压环节。

塑料排水板法处理后的路基和水平位移数值较大，因该方法没有减少固结沉降量的效果，只能加速固结沉降。

自重预压沉降需要较长时间，这是因为该方法没有对基底进行处理。

6 应用实例

以京珠高速公路广珠东段灵山试验路，试验段番中公路跨线桥头过渡路段采用碎石桩处理软基为例来分析高速公路工程软土路基应用振冲碎石桩加固效果。

6.1 软土地质分析

该地基自上而下土层为：①耕植土：土层厚0～1.2m， Cu=20kPa；②淤泥层：土层厚1.2～14.0m，含水量高达70%，压缩模量ES=1.2MPa，Cu=6～8kPa；③粗砂夹淤泥层：土层厚14.0～19.0m，Cu=40kPa，压缩模量ES=3.3MPa；④淤泥质亚粘土层：土层厚19.0～28.0m，含水量52%，压缩模量ES=1.5MPa，Cu=17kPa；⑤28.0m以下，弱风化粘土层。

6.2 振冲碎石桩法地基处理施工工艺

本工程应用振冲碎石桩处理软土地基的施工工艺如图1所示。

面对砂土、粉土、粉质黏土、素填土和杂填土等地基，振冲法是比较适宜的处理方式。若饱和黏性土和饱和黄土地基的不排水抗剪强度超过了20kPa，应先进行现场试验，然后确定振冲法是否适用。处理粘粒含量小于10％的中砂、粗砂地基时，宜选用不加填料振冲加密方法。处理地基时若采用振冲碎石置换法，在制桩过程中桩间土的强度可能会存在一定程度的降低，但有资料显示，通常在成桩 28d后其就可以恢复到正常的水平。

6.3 振冲碎石桩的设计

6.3.1 设计参数

①加固范围：从自桥头算25m长，宽度和路基底部相同；

②桩长：桩长取15m；

③布桩形式：按等边三角形布桩；

④桩距、桩径：碎石桩的沉降量介于桥台与路基之间；为更好地发挥缓冲区的作用；采取了变间距设计；靠近桥头15m内；桩间距为1.5m；靠近路基10m范围内，桩间距为1.8m。实际成桩直径平均达1.1m。

6.3.2 承载力验算

6.4 现场荷载试验分析

①路基加固处理施工后，应对其实际加固处理效果进行检验，即需要进行现场荷载试验分析，碎石桩实测数据见表2，荷载试验成果如表3及图1所示。荷载试验承载力标准值参考相关规范标准取S/B=0.02对应的荷载为承载力标准值，由表3及图2可知，用振冲碎石桩加固软土地基，其复合地基的承载力提高了3.8倍，达到160kPa，加固效果显著。

②沉降分析。经过试验发现计算结果和实测数据基本一致，只是由于碎石桩没有打穿软土层，桩端下还留有部分淤泥和粘土，下卧层沉降较大，通过适当增加碎石桩的桩长可有效解决沉降过大的问题。

7 应用效果分析

通过在软土地基应用振冲碎石桩加固处理后地基荷载有了明显的提升，具体效果如图2。