天水建筑设计院 甘肃天水 741000
摘要：振动沉管砂石桩是挤密砂石桩比较常见的一种施工方法，适用于挤密松散砂土、粉土、素填土、杂填土等地基，是一种较为经济且行之有效的地基加固办法。
关键词：振动挤密砂石桩；载荷试验；液化；承载力
挤密砂石桩在房屋、市政地基处理中获得广泛应运，而采用挤密砂石桩加固公路路基并不常见，结合工程实例，探讨振动沉管砂石桩在软弱的公路路基中的应用。
1作用机理
砂石桩是通过冲击与振动将砂石挤入地基土中形成的柱体,即以密实的砂石桩取代同体积的软弱土，使桩和土形成“复合地基”共同承担上部荷载。振动沉管法施工时，一方面横向挤压力使土体挤向四周发生横向的挤密变形，另一方面，沉管和拔管留振时桩管的振动能量以波的形式在土中传播，引起桩周围地基土的强烈振动，使桩周土体在竖向发生振密变形。
由于砂石桩的刚度高于软弱土，在荷载作用下，地基中的压力向砂石桩集中，桩周土承受的压力减少，从而减少了沉降，提高了地基承载力。同时，砂石桩良好的透水性，缩短了周围土层的排水距离，加快了固结排水的速度，促进了地基的固结沉降，改善了地基的整体稳定性。
2工程概况
某城市公路与国道相交，与省道和4A景区道路重合，按一级公路布线，该道路对拓展城市空间、拉大城市框架、提高城市道路通行能力、有效缓解城区交通压力、疏通城市出口，促进旅游业发展，具足轻重的作用。
2.1设计要求
该拟建道路其中长160m的一段地层结构依次为杂填土、粉质粘土、饱和砂土，要求地基处理后达到：（1）消除场地第三层（饱和砂土）地震时产生液化的可能性；地基承载力要求复合地基承载力特征值达到150kPa;（3）采用振动沉管砂石桩对该段场地进行地基处理。
2.2工程地质、水文地质条件
杂填土层：以粉质粘土、圆砾、砖块以及建筑垃圾为主，松散～稍密，稍湿～湿，土质不均匀，层厚0.60～6.80m。
粉质粘土层：黄褐色～浅褐色～微红褐色，呈硬塑～可塑状，稍湿～湿，层厚2.50～7.40m，层底埋深3.10m～8.80m。
砂土：粉～细砂，湿～饱和，均匀，松散～稍密，矿物成分以石英、长石为主，分选性好，层厚2.10～5.40m，层底埋深6.60m～9.00m。
圆砾层：湿～饱水，稍密～中密，揭露最大粒径70mm，层厚4.60～8.40m，层底埋深9.00m～13.00m，层底标高1553.68～1554.56m。
地下水位埋深6.60～6.90m，水位标高在1572.88～1572.81m之间。地下水位有随年份和季节性变化的特点，最大变幅在1.5m左右。
地下水 PH=8.23～8.70 , SO42- 含量44～45mg/kg，Cl- 含量37～44mg/kg ；地下水对混凝土结构具弱腐蚀性，地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。
地基土 PH=8.51～8.57 , SO42- 含量41～42mg/kg，Cl- 含量20～94mg/kg ；地基土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。
3地基处理方案
3.1设计参数
根据岩土工程勘察结果，并结合拟建道路的使用功能和特点，确定采用振动沉管砂石桩进行地基处理。
桩径：选用外径Φ=325mm桩管，成桩直径要求达到400mm。
桩长：根据拟处理的砂土层埋深，拟定桩长8.0m。
桩距：1.0m
布桩形式：正方形布置。
桩身材料：碎石、中砂，且含泥量不大于5%，最大粒径不大于50mm。
3.2施工方法
放线布桩：按设计桩距布桩，桩位中心偏差不大于10mm。
逐步拔管法成桩：振动打桩机振动锤激振力11.5T , 振动频率875次/min。钢管沉入到预定深度后留振1min,再灌砂石，然后以每分钟1.5～2.0m的速度拔管，每上拔1.0～1.5m留振30s,防止缩径或断桩。
3.3设计承载力
复合地基承载力按下式确定：
ƒ spk = m ƒ pk +（1+α）(1-m) ƒ sk
式中 ƒ spk — 复合地基承载力标准值（kPa）；
ƒ pk — 单桩单位截面截面承载力标准值（kPa）；
ƒ sk — 桩间土承载力标准值（kPa）；
m — 面积置换率；
α — 桩间土互相挤密后比原天然地基承载力的增加率。
4质量检测
根据设计要求，在工程施工完工三周后，采用平板载荷试验、标准贯入试验、重型动力触探对地基处理效果进行了检测。
4.1复合地基承载力和变形特征
为了确定复合地基承载力和变形特征，选取5个点进行了复合地基载荷试验，压板面积为0.5m2(圆形承压板)，试验深度在设计基底标高处，荷载试验采用压重平台提供反力，用百分表记录沉降，使用100T千斤顶，用测力环控制加荷，试验加荷等级为10级，试验最大荷载为350kPa,变形稳定标准为连续两小时内，每小时沉降量小于0.1mm。汇总观测数据，绘制p～s曲线后，选取s/b=0.015所对应的荷载为复合地基承载力特征值，按E0=I0(1-μ2)pd/s计算变形模量。荷载试验结果见下表。
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依据荷载试验，该段场地承载力特征值为180.0kPa。
4.2标准贯入试验
为了判断振动砂石桩对饱和砂土液化的处理效果，对处理后的桩间土布置3个标准贯入孔进行检测，标准贯入试验数据及液化判别如下表。
4.3动力触探试验
采用重型动力触探实验设备，对加固后的路基进行检测，选取4个点，采用探杆直径45mm,落锤质量63.5kg，落距760mm。试验结果见下表。
5结语
该段路基经振动沉管砂石桩处理后，饱和砂土层在地震设防烈度为8度时，其产生液化的可能性已消除，且复合地基承载力特征值达180 kPa，满足设计要求，取得了预期的效果。
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论文作者:刘儒辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/29
标签：地基论文; 砂石论文; 砂土论文; 荷载论文; 承载力论文; 标准论文; 路基论文; 《基层建设》2017年第15期论文;