柱锤冲扩碎石桩复合地基施工技术研究与应用

张雅明

【摘  要】以北京市门头沟区S1线组团01、02、03地块市政配套工程为例，介绍了在工程建设中地基承载力不足且液化指数较大的情况下，采用柱锤冲扩碎石桩复合地基布置结构形式，对杂填土进行密实加固处理，并通过静载试验、重Ⅱ型动力触探检验、密实度检测满足设计要求。为以后的类似工程奠定了基础，是值得推广的施工方法。

【关键词】柱锤冲扩碎石桩;承载力;液化指数;应用

引言

在地基处理施工过程中，复合地基布置结构在处理场地液化沉陷以及在满足地基承载力大小上扮演着重要的角色。在选择地基处理方法时，应综合考虑场地工程的地质条件，和水文地质条件，建构筑物对地基要求，结构类型和基础形式，周围环境条件、材料供应情况，施工条件等因素，经过技术经济指标比较分析后择优采用。因此，柱锤冲扩碎石桩复合地基在工程应用中意义重大。

同时根据对国内目前同类工程施工方法的调查，地基处理的处理方法有：（1）将土层开挖清除，置入其他强度较高、防渗性能良好的材料。（2）柱锤冲扩碎石桩法挤密。（3）设置砂桩或灰土桩。结合本工程的地质条件，采用柱锤冲扩碎石桩复合地基施工技术。

1.工程概况

门头沟区S1线01、02、03地块市政配套工程场地位于北京市门头沟区龙林路北侧，石龙南路东侧。共包括五条道路，分别为东西向的雅安路、美安路，上园路、新24路、新25路。具体位置参见图1。

2.地质条件

依据岩土勘察报告，勘探深度范围内（最深24.00m）的地层，按成因类型、沉积年代可划分为人工堆积层、新近沉积层及一般第四纪冲洪积层三大类，按地层岩性及工程特性进一步划分为4个大层及亚层，现分述如下：

（1）人工堆积层。①层粉土-粉质黏土素填土：黄褐色，稍密，稍湿。含灰渣、砖渣、植物根系等。

①1层杂填土：杂色，稍密，稍湿。含砖渣、碎石，建筑垃圾等。

①2层卵石填土：杂色，稍密，稍湿。以卵石为主，含砖块、碎石等。

①3层细砂填土：黄褐色，稍密，稍湿，以细砂为主，含砖块、碎石等。

（2）新近沉积层。①层粉土：褐黄色，中密-密实，稍湿-湿。含云母、氧化铁等。

①1层粉质黏土：褐黄色，可塑-硬塑，很湿。含云母、氧化铁等。

①2层细砂-中砂：褐黄色，稍密，稍湿。主要成分为云母、石英、长石等。

（3）第四纪沉积层。③层卵石：杂色，中密，稍湿。钻探揭露D大>14cm，D一般=4～6cm，亚圆形，级配较好，中粗砂充填，含砂量约30%～35%。

③1层细砂：褐黄色，中密，稍湿。主要成分为云母、石英、长石等。

④层卵石：杂色，密实，稍湿。钻探揭露D大>18cm，D一般=6～8cm，亚圆形，级配较好，中粗砂充填，含砂量约30%～35%。

④1层细砂：褐黄色，密实，稍湿。主要成分为云母、石英、长石等。

3.柱锤冲扩碎石桩复合地基设计与施工工艺

3.1柱锤冲扩碎石桩复合地基设计参数及布置方案

设计参数如下：

（1）碎石桩采用正三角形布置，桩径0.8m，中心距2.1m，设计施工桩长32m～46m。桩位布置图如图2。

（2）碎石桩布设在道路结构以下，桩顶设置0.3m厚的碎石褥垫层。

（3）以第③或④层卵石为桩端持力层;

（4）碎石桩成桩材料以粒径19～63mm的硬质岩的碎石或卵石为主，可部分掺砂，含泥量小于10%，不得采用强风化岩或软质岩石料。

4.复合地基施工方法及试验方法

4.1复合地基施工方法

（1）清理平整施工场地，在装点区域范围内采用人工开挖深度不小于1.5m，宽度0.8m的探沟;确认地下无管线、电力、电信等物后方可施工，现场达到“三通一平”要求。

（2）夯机就位，使柱锤对准桩位，施工时桩位放线在地面上撒白灰线，或在桩位处用短钢钎击深200mm，然后灌入白灰，以保证桩点要醒目、持久，以防漏桩。桩顶标高以上要预留60～70cm，以便后期的垫层的铺设。

（3）柱锤冲孔：根据土质及地下水情况可分别采用下述二种成孔方式。

①冲击成孔：将柱锤提升一定高度，自动脱钩下落冲击土层，如此反复冲击，接近设计成孔深度时，可在孔内填少量碎石继续冲击，直到孔底被夯实。

②填料冲击成孔：成孔时出现缩颈或坍孔时，可分次填入碎石，边冲击边将填料挤入孔壁及孔底，当孔底接近设计成孔深度时，夯入部分碎石挤密桩端土。

③二次复打成孔：当采用填料冲击成孔施工工艺也不能保证孔壁直立、不坍孔、不缩颈时，应采用本方案。在每一次冲扩时，填料以碎砖、生石灰为主，根据土质不同采用不同配比，其目的是吸收土壤中水分，改善原土性状。当坍孔严重难以成孔时，可提锤反复冲击至设计孔深，然后分次填入碎砖和生石灰块，待孔内生石灰吸水膨胀、桩间土性质有所改善后，再进行二次冲击复打成孔。

当采用上述方法仍难以成孔时，也可采用套管成孔，即用柱锤边冲击边将套管压入土中，直至桩底设计标高。

（4）成桩：用标准料斗或运料车将拌合好的填料分层填入桩孔夯实。当采用套管成孔时，边分层填料夯实，边将套管拔出。锤的质量、锤长、落距、分层填料量、分层夯填度、夯击次料、总填料量等应根据试验或当地经验确定，每个桩孔应夯填至桩顶设计标高以上至少0.5m，当不能满足时，应进行夯实或采用局部换填处理。其上部桩孔宜用原槽土夯封。施工中应做好记录，并对发现的问题及时进行处理。

（5）施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩施工。

4.2检测试验方法

（1）复合地基的静载试验：静载试验是在原位条件下，逐级施加模拟建构筑的实际荷载并同时观测地基相应变形的一种原位检测方法。试验加载装置采用油压千斤顶。试验的反力装置采用压重平台装置，压重物采用预制砼块，压重量不少于预定最大试验荷载的1.2倍，压重在检测前一次加上，并均匀稳固放于平台上。本项目试验承压板面积5.76m2，最大加载量1040kN。加载等级分为8级，每加一级荷载Q，在加荷前后各读记一次压板沉降量，以后每隔30分钟测读一次，当1小时内沉降量小于0.1mm时，可以加下一级荷载。

（2）重Ⅱ型动力触探检验：重Ⅱ型动力触探检验是利用一定的锤击动能，将一定规格的探头打入土中，然后依据贯入击数判别土层的密实情况。本次试验采用重型Ⅱ型动力触探来评价碎石桩桩体的密实度。

5.试验结果与分析

5.1复合地基静载试验结果与分析

根据《建筑地基处理技术规范》，试验点的数量不应少于3点，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为复合地基承载力特征值。所以本工程选取了点位为60、97以及139来进行静载试验结果检测，碎石桩复合地基承载力特征值达到90KPa，其相应承载力特征值沉降量均小于最大加载时沉降量，均满足设计要求。检测结果如表1所示。

5.2重型動力触探试验结果与分析

根据《重型动力触探试验规范》，重型动力触探的标准贯入量为10cm，且重型动力触探试验碎石桩体的密实状况判定依据表2进行。

本工程选取孔号为70、100以及148进行桩身和桩间土重Ⅱ型动力触探试验，桩身检测的动力触探深度分别为6.5m、5.5m以及6.5m，试验结果表明：所检测碎石桩在检测范围内，桩体密实度为密实。碎石桩桩间土的实测击数均≥2击，满足设计要求。检测结果如表3。

6.结论

本工程采用“柱锤冲扩碎石桩复合地基结构”满足了地基承载力的要求，提高了填土层区域的承载力，为后续的类似施工奠定了基础。

单桩复合地基静载试验中，柱锤冲扩碎石桩复合地基承载力特征值达到90kPa，均满足设计要求。

桩体重Ⅱ型动力触探试验中，所检测碎石桩在检测范围内，桩体密实度为密实。且桩间土重Ⅱ型动力触探试验中，所检测处理后的桩间杂填土实测击数均≥2击，满足设计要求。

参考文献

[1]建筑地基处理技术规范[S].JGJ79-2012.北京：中国建筑出版社，2002：32-33

[2]岩土工程勘察规范[S].GB50021-2001.北京：中国建筑工业出版社，2009：106

[3]岩土工程勘察规程[S].GB50021-2001.北京：中国建筑工业出版社，2009：106-107