市政路基强夯和挤密碎石桩处理施工技术
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摘要：本文作者结合工程实践，就市政道路路基处理中强夯和挤密碎石桩的施工工艺一一进行了剖析，供同行参考。
关键词：地基；强夯法；挤密碎石桩；施工工艺；承载力
强夯法是利用冲击能给地基土体冲击和振动,以提高地基强度、降低地基压缩性,具有适用于各种土层、应用范围广、施工机具简单、节省材料和施工周期短等优点。同时,强夯法加固地基对进一步提高土体强度和均匀性、降低压缩性、消除不均匀沉降、改善土体的物理力学性质和工程特性具有显著的效果。挤密碎石桩就是用相同的夯击能量和相同的贯入度控制桩体质量，使处理深度范围内地基土上下均匀。由于施工设备采用高能量实现孔内夯击填料，对桩底和桩间土施以振动和挤密，使松散砂土颗粒重新排列，可提高砂土的承载力和压缩模量及消除砂土的液化可能性。
1工程概况
某市政道路全长1200m，中间设置绿化隔离带，路基宽度30m，为一条重要的城市次干道。场地地质情况主要为：人工填土层、第四系冲洪积层、坡积及残积层。根据设计方案和地质条件，对该路段软土地基采用强夯法和挤密碎石桩两种处治方案。
2地基处理工艺
2.1强夯处理施工工艺
2.1.1强夯方案设计
①有效加固深度和夯能选定。依据梅纳(Menard)经验公式估算：
(1)
式中,H为加固深度,m；M为夯锤重,kN；h为落距,m；α为梅纳系数,其值在0.4～0.9,与土质条件、地下水位、夯击能大小、夯锤底面积等因素相关。
②夯点布置和夯击遍数。
点夯参数：夯击能5000kN・m，4遍，第1、2遍夯击数5～9次，第3、4遍夯击至收锤；夯点按3.5×3.5m,正方形布置；两遍夯间隔跳夯，详见图1夯点布置图。
图1夯点布置大样图
满夯参数：夯击能2000kN・m，1遍，单击数2次；满夯以一锤压半锤的原则搭夯。相邻两遍夯击的最短时间间隔为9d。夯锤收锤标准：最后两击平均夯沉量不大于10cm。
2.1.2强夯施工工艺
强夯施工前需对场地进行试夯，根据不同夯击工程单元确定试夯区且不小于1处，试夯面积不宜小于400m2，试夯宜采用单点试夯与群点试夯相结合的办法。
试夯区应在施工现场有代表性的场地上选取一个或几个实验区，夯击参数可根据夯中检测进行适当调整，局部区域可增加遍数。夯击能在试夯时也可作一定的调整。
强夯前先对局部水塘淤泥、杂草等位置进行清表，然后进行场地平整至交工面标高，再进行强夯后对夯坑进行回填碾压至交工面。
场地平整后，先用单击能5000kN・m点夯4遍，第1、2遍夯击数5～9次，第3、4遍夯击至收锤；再采用单击能2000kN・m满夯一遍，夯击数2次。相邻两遍夯击的最短时间间隔为9天。
点夯施工程序：①清理并平整施工场地；②标识第一遍强夯点位置，并测量原地面高程；③起重机就位，使夯锤中心对准夯点位置；④测量夯前锤顶标高；⑤将夯锤起吊到预定高度，夯锤脱落自由下落后放下吊钩，测量锤顶标高；若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平；⑥重复步骤⑤，按设计要求的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；⑦换夯点，重复③～⑥，完成第一遍全部夯点的夯击；⑧用推土机将夯坑填平，并测量场地高度；⑨在规定的间隔时间后，按以上步骤逐次完成强夯夯击遍数，最后用低能量满夯，将表层松土夯实，并测量夯后场地标高。
施工监测和质量检测：①强夯完成后采用物探及载荷板试验检测其承载力，检测数量不小于3个。②检测方法按现行有关规范、标准执行。③根据地基处理要求，在道路设计纵剖面上设置一定数量的沉降观测点，布设原则为200m一个沉降观测标，以监测道路的不均匀沉降。施工时如遇现场情况与地质勘察报告不符或其它特殊问题，及时与设计院联系。
2.1.3强夯效果评价
在进行第二次强夯时分别对两个夯点埋设了土压力盒和孔隙水压力传感器24个,对土体总应力和孔隙水压力进行了为期25d的监测。各点的孔隙水压力随夯击数增大而增大,当夯击数达7～8击时超孔隙水压力达到最大值,(随着埋深的增大,其最大值减小),之后超孔隙水压力不再增加。各点的孔隙水压力随时间的增长而逐渐消退,消散期约8.5h时,进一步说明第一次强夯后土的性能大大改善。
2.2挤密碎石桩施工技术
2.2.1挤密碎石桩施工参数
成桩直径500mm；采用等边三角形布置，桩间距1.2m。桩长5m，穿透素填土进入粘土层0.5m。
2.2.2材料要求
碎石桩填料采用碎石和砂，比例为：碎石：砂＝7：3，碎石粒径不得大于5cm，砂料为粗砂，含泥量不大于5％。水采用可饮用水。
2.2.3孔点挤密碎石桩施工工艺
每段施工前绘制布桩图并编号，按布桩图放线，用木桩定位。桩架就位，调整导杆的垂直度，提升振动锤和钢管，将桩尖活瓣闭合。加压并开动振动锤将钢管沉入土中至设计要求深度。根据桩长按松方系数1.3计算每根桩的用料量，分两次上料，第一次上料为总需要量的70%，并同时加适量的清水，当振动提管到4～5m高度时，再上足全部材料，加水量以使粒料达到饱和含水量为度，加水量太少和过多都影响成桩的密实度，实际用水量为粒料的30%。为提高碎石桩的密实度，采用逐步拔管法施工。不能将钢管一次连续拔出，而要分阶段缓匀上拔。每次振动拔出1m（速度30s/m），停止上拔继续振动30s，在上拔1m停止，继续振动30s。依次操作直至将钢管全部拔出地面为止。移动桩架至下一桩位，重复以上步骤。
2.2.4施工技术措施
①施工前进行成桩试验。试桩数量7～9根，如不能满足设计要求，应调整间距、填料参数，根据试桩结果以调整设计参数及确定竣工检验标准。②整平场地形成工作面，工作面为路床下2.5m。③碎石垫层。碎石桩顶设置0.5m厚碎石垫层（限制最大粒径不超过2cm），压实度满足路基设计要求，复合地基承载力≥140KPa。④平面施工顺序。采用由南侧向北侧的施工顺序。⑤桩机定位。桩机到位后，首先将沉管桩对准桩位，偏差不超过5cm，并调好垂直度。⑥沉管。沉管过程中应观察沉管的下沉速度是否正常，沉管是否有挤偏现象，若出现异常情况应分析原因，及时采取措施，当沉管穿过素填土时，应注意电流值，沉管全过程必须有专门记录员做好施工记录。⑦混和料灌注。沉管达到要求深度后，应立即投入混和料，混和料灌量应按沉管外径和桩长计算出的体积，再乘以充盈系数1.1，可分次加灌混和料，但第一次应将沉管灌满，以后加料时，应控制管内混和料不低于工作面。⑧格栅规格如表1所示。
2.2.5施工注意事项
施工前进行工艺试验，考查预定的施打顺序和桩距是否能保证桩身质量。
施工初期应进行如下观测：施工场地标高观测。施工前测量场地标高，打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常与地表隆起相关联。桩顶标高观测。施工过程中注意已打桩桩顶标高变化，特别注意观测间距最小处的桩。施工完毕后，现将桩顶以上松土清除干净，碾压密实后再进行碎石垫层的施工。
2.2.6挤密碎石桩效果评价
施工结束后采用静载荷试验测试地基在各级荷载下的沉降量,确定地基承载力和变形模量。共取4个点进行了,载荷板面积为1m2。最大荷载设计为地基承载力标准值140kPa的1.5倍，未出现拐点,说明各试点极限承载力均大于140kPa，满足设计要求。
3结语
本工程路段回填土厚且分布不均匀,回填土以及软粘土层、结构松散、压缩性大,通过选择合理的技术参数，采用强夯法和挤密碎石桩是有效可行的加固处理方法。经过孔隙水压力的测试、准贯入试验、静载试验和土工试验证明,地基经处理后,地基承载力明显提高、压缩性减小,地基承载力标准值已超过设计要求。工程实践表明,强夯法及挤密碎石桩是一种工期短、效果好、投资少的有效的路基处理方法。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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