软土地基条件下碎石桩与粉喷桩加固效果对比分析.docx

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1、软土地基条件下碎石桩与粉喷桩加固效果对比分析梁元林（葛洲坝湖北大广北高速公路有限责任公司黄冈4 3 8 O O O ）摘 要 以大广北高速公路（麻城至满水段）实体工程为依托，介绍了振动沉管挤密碎石桩（碎石桩）和 水泥深层搅拌桩（粉喷桩）的施工工艺，分析了采用不同方式处治后豆合地基的实测地表沉降数据，对比 了在软土地基条件下碎石桩与粉喷桩的加固效果，并确定了其适用范围。关犍词高速公路软土地基碎石桩粉喷桩加固效果在荷我的作用下，高速公路的路基都会不可避免 地发生沉降。由于路堤高度存在差异和地基的不均匀 性等原因，路基各部分产生的沉降程度不同，从而引 起路面产生不均匀的变形。当这种不均匀变形超过了

2、一定的限度，将导致路面出现结构性、功能性破坏， 使得公路的服务水平不能满足设计要求I u。鉴于 此，从使用功能的角度来看，路面设计使用年限内残 余沉降（简称工后沉降）的大小，可以作为高速公路软土基路段处治效果评价 的重要指标B本文以大庆至广州高速公路（简称大广北高速 公路）麻城至流水段实体工程为依托，首先介绍了 振动沉管挤密碎石桩（碎石桩）和水泥深层搅拌桩 （粉喷桩）的施工工艺，然后基于工后沉降的数据 对比，分析了碎石桩和粉喷桩的加固效果，并提出 了二者的适用范围，从而为软土基条件下碎石桩和 粉喷桩加固技术的应用提供参改借鉴。1工程概况大广北高速公路湖北省麻城至滞水段是“7 9 18”国家高速

3、公路网中纵5线的重要组成 段 落。项目主线线路所经软土路段共计1 6处5 8 5 1 m,占项目全长的4%,软土路段最长1 7 8 0 m,最短仅8 0m。地质勘察表明软土主要是局 部范围的软土,系长江支流或冲沟地段河滩冲洪积 及淤积形成，软土成层情况多不均匀，以淤泥质亚 粘土及粘土为主，含亚砂土或砾砂、粉细砂等。软土 处理方案根据软土特征与厚度的不同分别采取粉喷 桩、挤密碎石桩等不同的处理方案。其中有2段秋琏路段即K40 + 355K40 + 860和K72 + 775 K 7 4 + 1 8 5 ,设计拟定的处治方案为粉喷桩处理方法另 段为K 83+684K84+352设计拟定的 处治方案

4、为碎石挤密桩 法。1 . 1地质条件（） oI K40+355K40+860段 软土 成因属河漫滩相，总体呈不规则条带状分布，分布较均 匀，厚度不大，埋深也较浅，为流塑淤泥质土和软塑粘 土、亚粘土。据现场静力触探试验资料结合。，一“曲线 特征比贯入阻力PS值为0. 752. 0 M P Oa （ ） o2 K72+775K74+185段软 土的成因类型为河流漫滩沉积相，分布有黄褐色、灰 褐色、灰色淤泥及淤泥质土和软塑性粘土,其埋藏深 度和厚度较大，呈流塑软塑状态，总体呈不规则条 带状、透镜体状分布，分布很不均匀。（） o3K83+684K84+352段 本段软土区上部为可塑硬塑状的（含有机质）

5、亚粘土、亚 砂土，下部为含有机质砾砂、粉细砂层与淤泥质亚粘 士呈交互状分布，具典型的长江中下游河滩沉积特征。1 . 2碎石桩设计方案本段软弱土层主要为河流相 软塑粘土、淤泥质土，其特点为不均质、强度差异大，设计路基填土 高度较高（5 8 m）,对地基要求高。故本段软基 处治采用碎石挤密桩法进行处治，以达到提高复合地 基承载力，减少工后不均匀沉降的目的s1 碎石桩按等边三角形布置，计算结果见表1。?1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:WWW.cnki.ne【

6、表1 K83 + 684K84+352段收基计算结果/ 怔径m/ m/BK m珞好限考虑超载及地震施工月稳定系数/路提加岛m考虑薄层轮加法注：格栅设计拉力为双向6 0 kNo1 . 3粉喷桩设计方案粉喷桩桩径为5 0 0 mm 桩距1 . 01 . 5 m按梅花形布置；水泥要求采用3 2. 5号普通硅酸盐水 泥，每延米水泥用量5 06 0 k g,粉喷桩顶部设置 5 0 Cm砂砾垫层。通过该处理措施有效减少总沉降 量，提高软土地基承载力，提高加载速率粉喷桩桩 身强度（2 8 d龄期）不低于7 5 0 k P a。为了约束 土体侧向位移，提高路堤抗滑稳定性和减少路基的不均 匀沉降，路堤底部（砂砾

7、垫层顶部）采用土工格室处理措施，土工格室采用型号Gc-I 0 0 -PE-5 0 ,抗拉强度 1 5 O MPa网格尺寸 25CmX25Cm格室高度为Ioomm 2碎石桩与粉喷桩复合地基沉降对比分析2 . 1沉降与稳定观测软土地基路堤在施工中应注 意填筑过程或之后的地基变形情况，因此必须进行沉降和稳定观 测，采用边桩、沉降标和测斜标，观测项目主要为 地表水平位移及隆起量等。观测点的设置和观测方 法以及观测仪器的要求应按照公路软土地基路堤设 计与施工技术规范（JTJ 017-96）相关要 求执行。填筑过程中的观测在于控制和调整填筑速 率，判定路堤的稳定性。路基填筑完毕后应预 压6 个月以上，预压

8、期的观测在于正确预测工后沉降， 使工后沉降控制在允许范围内，为以后的路面施工 提供依据。作为对比，分别选取粉喷桩与碎石桩复合地基 代表性监测断面，进行对比分析研究，以进一步研究 分析振动沉管挤密碎石桩复合地基的加固效果。综合 软土压缩层厚庐、路堤填土高度等因素，分别选取K 40 + 500, K 7 3 + 6 0 0 以及 K 8 4 + 0 0 0 3个代表性断面，对其监测数据进行对比分析。2 . 2地层结构与断面概况为便于对比分析研究，对上述3个代表性断面 的地层结构与断面概况汇总如下，分别见表2与表 3。表3断面概况数据表m断面桩号土路堤设计高度软土埋深软土厚度K 4 0 + 5 0

9、Q6. 90 .26K 7 3 + 6 0 05. 71 .I1 0K 8 4 + 0 0 04 . 60 .06断Ifil班号软基处理方式处理深度K 4 0 + 5 00粉喷桩+砂垫层+格室9. 5K 7 3 + 6 00粉喷桩+砂垫层+格室1 2.5K 8 4 + D 0 0碎石桩+砂装层+格栅9. 52 . 3地表沉降监测结果对比分析K 4 0 + 5 0 0 断面K 7 3 + 6 0 0 断面及 K 8表2软土地层结构数据表m序号断面号断面桩号典型地层M面分层厚度填上高度1DM 1K 4 0 + 5 0 0亚粘土淤泥明亚粘土 亚砂土亚粘土 淤泥质亚粘土 全风化砂岩69淤泥质亚粘土 亚

10、粘土 淤泥质亚粘土 亚粘土 淤泥质亚粘土3DM3K 8 4 + O 0 0亚粘土（可塑） 亚砂土中砂细砂4. 6断面，路基填土荷载、时间与沉降的关系分别见图 1、图2与图3。图1时间一向我一沉降过程曲线图K 4 0 + 5 O O? 1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ki.nei叶何(月/H)图3时间一荷载一沉降过程曲线图(K 8 4 + 4 0 0 )son(u -91*c ) -MB02 中)KRCI) 右)( )图2时间一荷载一沉降过程曲线图K 7 3 +

11、6 0 0将图1、图2和图3中的沉降数据进行处理,则3个典型断面的地表沉降综合结果见表4o表4地表沉降监测综合结果表断面桩号理方式以上附H降坡大IlT位置粉喷桩粉喷桩碎石桩Jtl*T,Jif,鼓人;兀降速率.以小讥碎速率.位置 ./ V. 左 左3个监测断面沉降对比见图4。图4 3个断面沉降对比图由图4可见，采用碎石桩方式对软土路基的加 固处理效果更好，但通过实测的沉降曲线进行分 析，地基沉降与填土高度、压缩层厚度关系密切， 总结它们之间的变化规律性，对各断面的结果进行 分析，三者的关系见图5。进一步通过现场 监测的 数据分析，压缩层厚度同为6 m厚的断面K 4 O + 5 O O和断面K 8

12、 4 + O O O *看到填土高度更高 的断面K4 0 + 5 O O所监测到的沉降比断面K 8 4 +0 0 0得到的沉降更大，说明了填土高度与沉降的线性 关系；同时在填土高度接近的并且相隔不远的两断面 K 7 3 + 6 0 0和断面 K 8 4 + 0 0 0 ,在填土高度 和地质情况应该差不多的情况下看到，前者的沉降比 后者大得多，一方面是由于前断面的压缩层厚度比后 者多得多，说明压缩层厚度与沉降也存在着线性的关 系，另一方面，断面K 7 3 + 6 0 0的填土速率远大 和远快于断面K 8 4 + 0 0 0,故出现了沉降较后者 大得多的结果，说明填土速率与沉降的关系，填土速 率越

13、大，沉降越大。综上分析，针对特定的地质条件、软土特征，2 种处理方式对软土路基的加固处理均得到了良好的 处理效果，形成的复合地基满足设计要求。3碎石桩与粉喷桩适用范围对比分析通过对地基处理方式使用的地质条件、软土特征 对比可以得到，粉喷桩由于其施工的特殊要求，适合 于加固各种成因的饱和软粘土，在用于加固淤泥、淤 泥质土和含水量较高的粘土时，优势较为明显。因为 粉喷桩是将干的固化剂拌入地基，所以需要待处理的 地基中含水量较高，或者在施工基础上加入少量的水 分，故在上述软土情况中使用粉喷桩无疑是属于比较 经济、性价比比较高的处理方式。相比于粉喷桩，根据地质情况，对于含砂性较 多的软土,采用振动沉管

14、挤密碎石桩处理效果则更 好，因为沉管对土产生横向的挤密及振密作用，使土 体向桩周围挤压，桩周体得以挤密，同时添加碎石， 并将其逐层进行夯实，形成碎石桩桩体，使桩和土形 成复合地基，从而增强了地基的承载力并且提高了整? 1994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House.个复合地基的稳定性, 砂（砾）或碎石垫层,同时因碎石桩体与其表面的 联合形成了All rights reserved.Ittp ki. net垂直和水平排水通道，有效缩短天然含水的渗透路 径，有利于软土的排水固结，对减少工后沉降极为 有利。总体来说，对于此2种

15、复合地基处理方式，水 泥粉喷桩对于强度低、压缩性高，排水性差的软 士,尤其是在一定深度内无理想持力层的软土路 基，具有一定优势，性价比相对较好；而碎石桩对 砂土、粉土较多的软土具有挤密和置换作用，适用 于加固松散砂土、粉土、低液限粘土、素填土和杂 填 士及其他劣质条件下的公路路基、房建地基、机场、 码头、铁路路基的软土地基，相对具有场地干净、造 价低、施工速度快的优势。4结语(1 )软土地基的沉降受诸多因素的影响，影响 因素最大的是填土的高度及压缩层的厚度，地基的沉 降与填土的高度及压缩层的厚度呈现明显的线性关 系，填土速率和填土每层的厚度与路基的沉降呈明显 的线性关系，即填土高度越高，压缩层厚度越大，填 土速率越快，软土路基沉降越大， 但是通过处理后的路基承载力明显提高，路基沉降 减少明显。(2 )通过