干振碎石桩加固软基的原理及施工工艺探讨

干振碎石桩加固软基的原理及施工工艺探讨

崔哲源

双鸭山市水务局

摘要：在软土地基中最常用的加固技术就是碎石桩，它主要的制成材料就是碎石，从而形成一个复合地基加固桩，这种加固桩在实际应用中非常使用，能节省很多施工工期，带来直接的经济效益。而干振碎石桩主要就是在需要打孔的地基处，利用打桩机进行打孔，然后在孔内灌入碎石，再对其进行挤压最终形成桩体，能让软土地基更加密实，更加稳定，并能降低不均匀沉降的机率，让地基足够稳定，但在施工的时候要特别注意干振碎石桩的施工原理，选择科学的施工工艺，这样才能让加固桩的实际作用发挥出来。本文分析了干振碎石桩对软基进行加固时施工原理，并介绍其施工工艺，以供借鉴。

关键词：干振碎石桩；软土地基；加固；施工工艺

在对软土地基进行加固的时候，通常都应用振冲碎石桩这一加固技术，该碎石桩技术在施工的时候特别方便，不需要投入过多的施工成本，还不用浪费过多施工材料，还具有较强的抗震性且防液化等优点在软基加固的时候经常被用到，也有这很好的加固效果。但在实际应用中，振冲碎石桩需要用大量的水资源，施工场地很容易有泥浆污染等缺点，这也制约该加固桩技术的广泛应用受到制约。而干振碎石桩技术是在振冲碎石桩基础上研发出来的一项技术，它有效解决了所有技术上的缺点，在软基加固施工中得到更好的应用，实际效果要比振冲碎石桩技术还要好，有较高的推广应用价值。

一、干振碎石桩加固的原理

所谓干振碎石桩主要就是利用机械震动对地基进行挤压，成孔之后在软土中压入碎石，在原状土受到挤压之后会产生径向位移，然后软土地基中的土颗粒会重新排列，这时候土壤之间的空隙就会减少，同时密实度也会随着提高，有一部分软土会被碎石体置换掉，最终形成一个碎石桩柱。这个碎石桩属于柔性离散体，在其承受竖向力作用的时候会有径向膨胀现象发生，桩周围的土体就会产生一定的约束作用，依据等量变形条件来看，桩和桩间土就此构成了一个复合地基，然后由两者共同去承受地面上的荷载力。值得注意的是，复合地基并不是均匀地分布应力的，复合地基的桩体在受到荷载作用之后，它的作用就是将应力集中在一起。通常情况下，桩间的土是没有桩体压缩模量大的，也就是要通过建筑物基础向复合地基传受外加的压力，然后桩和桩间的土会发生等量压缩，然后所有的应力都会在桩上集中起来，从而桩间土的应力就会有所减少，这时候的地基强度就会非常大，要比天然地基的承载能力以及抗剪强度都要大很多，在受到建筑物压缩的时候也不会过多的沉降的，差异沉降量也会有所减少。要是在粘性土基中，在桩柱体的作用下形成了垂直排水通道，这会让地基排水固结作用有所加快，要是有地震灾害发生，土壤也不会受到过多的液化危害，有效保护了土壤。

二、干振碎石桩施工

1、施工机具。（1）选择桩机和桩管，土质条件不同所选择的激振力机型也是不同的，所以在实际应用中还要依据土质条件去选择。通常情况下应用振动沉管打桩机是比较多的，其桩管的直径为377mm，还有一种打桩机是比较常用的，就是DZ-40Y型打桩机，它的性能比较好，振动频率能达到1050次/min，而激振力能达到230KN，锤重达32KN，电机功率为40kw，其空载振幅为0.93cm。从实际的施工中可知，要是将打桩机的功率给加到45kw，那么频率就会降低，同时振幅会加大，属于脉冲式振动，会加快碎石下料速度，对桩体周边的土基破坏也不会很大，成桩的效果非常好。

（2）桩头采用平底两半圆活瓣合页式桩头，并焊于桩管端头。这种桩头在沉管时挤压土壤，使桩头直抵设计深度。当振拔提管时，活瓣可自动打开，夹角为20°到30°，碎石可顺利下落。当桩管反插振密时，活瓣又可自行闭合，形成平底锤头，进行压实振密。

2、施工工艺。按已编制的施工方案进行放线定位，打桩机按照施打路线设置，桩管上标出控制下沉深度的记号。施工步骤为：（1）沉管成孔在一般地表土阻力不大的情况下，可将桩管静压沉入土中。当阻力增大时，可进行振动沉管，直至设计深度，土壤因受挤压形成管孔。（2）灌料制桩桩管到达土内设计深度时，即可向桩管内灌入经计量的碎石，直到桩管灌满碎石为止。随后进行振拔提管，将桩管向上提升，一直提到桩顶位置。此时，管中碎石由活瓣两侧落入桩孔内。接着靠桩机激振力，通过桩管平底锤头将桩孔内碎石振压密实，直至桩机电流强度达到40到50A为止。然后振拔提管至桩顶位置，再投入碎石，灌满至桩顶。如此反复，直至碎石灌满压实至桩顶。

3、干振碎石桩的改进型施工机具与灌料制桩方法。（1）桩机：采用DZ-40Y机改装。（3）桩管与桩头：采用液压套管式。（3）灌料成桩：沉管成孔是先以内套管桩头靠振动下沉成孔至设计底面，外套管也同时下沉，然后提起内套管桩头至管顶上，下灌碎石料，填满外套管，边提外套管边以内套管桩头振动反插，使碎石挤入孔壁形成桩柱，直至孔口桩端。成孔灌料制桩是保证干振桩质量的关键。

4、施工顺序以及检验加固效果。可按照“先外围，后中间；先长边，后短边，向中挤”的原则进行。制桩后间歇15天到30天可采用静载荷试验、静力触探比贯入阻力P值、标准贯入试验对比曲线以及沉降观测来检验加固效果。

三、施工中的问题探讨

1、复合地基初期沉降量大的问题。有关资料反映复合地基初期沉降量较大，故设计时将地坪标高提高100mm到150mm。这里固然有桩的设计问题，如桩距与桩径选择、应力比的确定等，但主要还应从施工质量与措施考虑，如桩的密实程度、复合地基上碎石垫层的厚度及密实方法。如铲除桩端不密实碎石，采取压路机碾压垫层等措施，可明显减小初期沉降量。

2、预制混桩头的问题。有些地方打干振碎石桩时，桩管下套有一个预制混凝土桩头，沉管时一起下沉至设计底面。在实际受力状态下预制桩头并不起作用，只能作为一项施工措施。如采用平面活瓣桩头或套管式桩头，保证成孔成桩，预制桩头便可取消，从而降低造价。

3、关于碎石桩施工在灌料成桩时碎石的投入量，有的资料以桩孔的容量乘以1.2，即采用充盈系数为1.2作为投料标准。充盈系数应以桩体外围的土质特征区别处理。当土质为亚粘土、砂土时，其充盈系数可取1.2。如土质为饱和轻亚粘土或淤泥质土时，则充盈系数要提高，并加大留振时间，方能符合要求。一个桩体内，由于上下土体特性不同，各段的充盈系数也应不同。充盈系数的确选用，是决定碎石桩质量的重要因素。

四、结束语

在软土地基加固施工中，应用干振碎石桩技术的效果非常好，加固之后的地基要比天然的地基强度还要大，能有效防止地震灾害，还不会受到沉降影响，并有较好的防腐化性能，有较高的使用价值，值得推广应用。

参考文献：

[1]王志远.公路软基加固施工中碎石桩技术分析[J].黑龙江科技信息.2015（06）

[2]杨权.常用公路软土地基处理方法在佛山地区的使用研究[D].华南理工大学2010

[3]陈振山.浅谈水泥搅拌桩公路软土路基施工技术[J].中国城市经济，2011（20）.

[4]刘军.水泥搅拌桩在高等级公路软基加固处理中的应用[J].四川建材，2010（03）