大粒徑碎石樁加固超軟弱土河道邊坡的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法

大粒徑碎石樁加固超軟弱土河道邊坡的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)用碎石樁加固軟弱地基的方法自30年代提出以來，世界各地得到了廣泛應(yīng)用。我國從1976年開始進(jìn)行這一方法加固軟土地基的應(yīng)用研究，在成功加固了多個(gè)軟土地基后，編寫了振沖碎石樁法規(guī)范[1]。規(guī)范規(guī)定振沖碎石樁法適用于不排水抗剪強(qiáng)度大于20kPa的軟土地基，碎石粒徑為2～5cm，不得大于8cm.廣東珠江三角洲地區(qū)的深厚軟粘土層不排水抗剪強(qiáng)度普遍低于20kPa，將碎石樁法引入該地區(qū)后，發(fā)展成了大粒徑、高置換率的碎石樁加固方法，并用該法成功進(jìn)行了多個(gè)工程的軟土地基加固。1999年在廣東西江水道珠海市橫坑裁彎工程人工河道邊坡加固工程碎石樁試驗(yàn)區(qū)，先后進(jìn)行了兩次碎石樁抗剪強(qiáng)度和承載力綜合試驗(yàn)。本文介紹這兩次試驗(yàn)成果，供大粒徑碎石樁設(shè)計(jì)參考。1大粒徑碎石樁的施工方法及主要控制參數(shù)珠江三角洲地區(qū)軟土層天然含水量普遍在50%以上，經(jīng)常有高于80%的情況；天然孔隙比在1.2～2.0的范圍；不排水抗剪強(qiáng)度在5～15kPa左右。這種超軟弱地基若使用規(guī)范規(guī)定的碎石粒徑進(jìn)行碎石樁施工成樁困難、碎石樁承載力低、密實(shí)電流達(dá)不到50A.為此，試驗(yàn)了大粒徑碎石樁的方案，獲得了成功。大粒徑碎石樁的碎石主導(dǎo)粒徑為5～15cm，最大粒徑控制在20cm，一般要求碎石有一定的級(jí)配。碎石樁設(shè)計(jì)樁徑大部分為1.0m，也有部分設(shè)計(jì)樁徑為0.8m和1.2m的。碎石樁的施工采用振動(dòng)水沖法，要求水壓0.4～0.6MPa，施工主要步驟如下：按設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)全程清孔(一般3次)，提起振沖器至地面，各方向均勻添加碎石，慢速邊振動(dòng)邊下沉到預(yù)定深度，留振5～15s，若振動(dòng)電流能夠保持在50A以上，表明該深度范圍內(nèi)碎石樁密實(shí)，上提50～80cm，進(jìn)行下一段碎石樁施工。否則將振沖器提出地面，添加碎石，振沖器邊振動(dòng)邊下沉到預(yù)定的還未密實(shí)的深度，再留振5～15s，重新由振動(dòng)電流判斷密實(shí)情況。這樣自下向上分段施工。施工過程中，記錄每一段碎石用量，密實(shí)電流，留振時(shí)間等參數(shù)。要求每一根樁、每一段的碎石用量基本一致。2碎石樁的質(zhì)量檢測(cè)[3]軟土地基加固后的復(fù)合地基承載力、抗剪強(qiáng)度、變形特性與加固方法和施工質(zhì)量關(guān)系密切，因此施工過程中和施工后的質(zhì)量檢測(cè)對(duì)工程建設(shè)的成敗至關(guān)重要。用振動(dòng)水沖法形成的碎石樁復(fù)合地基的質(zhì)量檢測(cè)主要包括以下內(nèi)容。2.1碎石樁樁長(zhǎng)檢測(cè)碎石樁的樁長(zhǎng)關(guān)系到地基處理深度和復(fù)合地基承載力。施工期樁長(zhǎng)檢測(cè)是工程質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。常用于小粒徑碎石樁樁長(zhǎng)檢測(cè)的動(dòng)力貫入法[2，3]對(duì)于大粒徑碎石樁不適用，貫入時(shí)錐頭遇塊石后，不易貫入，或偏出樁體。我國已有成功使用表面波速法快速測(cè)試碎石樁復(fù)合地基平均樁長(zhǎng)的報(bào)道，這種方法和其他一些地球物理的方法一樣，理論上是能夠進(jìn)行平均樁長(zhǎng)測(cè)試工作的，但我們看到的測(cè)試成果精度不夠。2.2碎石樁樁徑檢測(cè)樁徑大小與復(fù)合地基置換率、碎石樁的密度、復(fù)合地基承載力和抗剪強(qiáng)度關(guān)系密切。因此樁徑控制和量測(cè)工作極為重要。橫坑裁彎工程試驗(yàn)了用地質(zhì)雷達(dá)和表面波法測(cè)試樁徑，但從測(cè)試的原始記錄看，測(cè)試精度很低，解釋的任意性較大。目前，采用施工過程中填料量控制加完工后部分開挖檢測(cè)的方法結(jié)合載荷試驗(yàn)較為可靠。2.3碎石樁樁體中含泥量檢測(cè)樁體內(nèi)含泥量對(duì)碎石樁單樁和碎石樁復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度影響很大。一般要求碎石樁含泥量小于10%.施工期結(jié)合樁徑量測(cè)，在開挖的樁體中可直接量測(cè)含泥量。2.4碎石樁單樁和復(fù)合地基承載力檢測(cè)對(duì)于用碎石樁加固地基以提高地基承載力的工程，在試驗(yàn)性碎石樁施工或正式碎石樁施工后，須用載荷試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)碎石樁單樁和復(fù)合地基的承載力，用于評(píng)價(jià)地基處理的質(zhì)量和判斷復(fù)合地基是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。載荷試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是成果可靠、可直接應(yīng)用于設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)是費(fèi)用較高、時(shí)間較長(zhǎng)。集2.5而井碎石樁單徹樁和復(fù)合稀地基的抗幸剪強(qiáng)度檢損測(cè)史屋大粒徑碎恢石樁復(fù)合庭地基的抗笛剪強(qiáng)度較喇天然地基藝提高幅度沫較大。因來此，采用灣大粒徑碎干石樁法提找高土體抗昆剪強(qiáng)度是萄一種有效惹的方法。勺珠江三角守洲地區(qū)許餅多大粒徑戲碎石樁正拒是用于提蒜高邊坡抗詠滑能力，向取得了良局好的效果拌。目前，總碎石樁單捉樁和復(fù)合阻地基的抗坑剪強(qiáng)度資斤料積累較混少，大多惹數(shù)工程設(shè)魄計(jì)將碎石榮樁單樁抗蘋剪強(qiáng)度用刻砂或碎石偽室內(nèi)抗剪挽強(qiáng)度試驗(yàn)困值或經(jīng)驗(yàn)皂值，復(fù)合糞地基抗剪菊強(qiáng)度采用峽面積平均水方法由碎梢石抗剪強(qiáng)臨度和天然毅土的抗剪太強(qiáng)度加權(quán)托平均得到味。振沖法未施工時(shí)，凡對(duì)土層的逗擾動(dòng)較大告，對(duì)靈敏太度高的粘學(xué)土，抗剪鞋強(qiáng)度損失堂較大，且用有較大部僻分在近期允內(nèi)不能恢?jǐn)y復(fù)。碎石冊(cè)樁是透水鴿體，在地鑒基上加載檢后，使地排基土以較擁快的速度偷排水固結(jié)漠，抗剪強(qiáng)購度明顯提針高。圖1實(shí)測(cè)碎石樁樁徑與充盈系數(shù)的關(guān)系因此，采用未經(jīng)證實(shí)的面積加權(quán)平均法得到的復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)可靠性較低，對(duì)于較重要的工程，需慎重。我們從1993年開始，進(jìn)行了碎石樁單樁和碎石樁復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，結(jié)論表明：大粒徑碎石樁單樁和復(fù)合地基的抗剪強(qiáng)度很高，單樁抗剪強(qiáng)度比砂和小碎石大得多，復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度隨著施工質(zhì)量、置換率、樁體含泥量、碎石粒徑和級(jí)配等因素的變化在較大范圍內(nèi)變化。3大粒徑碎石樁及其復(fù)合地基有關(guān)參數(shù)變化規(guī)律由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大粒徑碎石樁和碎石樁復(fù)合地基的各項(xiàng)檢測(cè)費(fèi)用較高，為了對(duì)設(shè)計(jì)人員提供初步參考數(shù)據(jù)，將我們進(jìn)行過的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，介紹如下：3.1實(shí)測(cè)樁徑與計(jì)量充盈系數(shù)的關(guān)系充盈系數(shù)定義為每根碎石樁實(shí)際灌入碎石量與設(shè)計(jì)樁徑和樁長(zhǎng)計(jì)算理論碎石樁體積的比值。碎石樁規(guī)范建議充盈系數(shù)為1.1到1.2.我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)通過碎石樁施工過程中較精確的碎石計(jì)量和施工后的現(xiàn)場(chǎng)開挖實(shí)測(cè)碎石樁直徑，統(tǒng)計(jì)出10根碎石樁實(shí)測(cè)樁徑與實(shí)測(cè)充盈系數(shù)的關(guān)系，見圖1所示。由圖1可見，當(dāng)設(shè)計(jì)碎石樁的樁徑等于1.0m時(shí)，保證實(shí)測(cè)碎石樁樁徑不小于1.0m，充盈系數(shù)達(dá)到1.51左右。遠(yuǎn)大于規(guī)范建議的數(shù)值。這是因?yàn)樵诔浫醯鼗?，要形成密度較大的碎石樁，樁底必須形成擴(kuò)大的葫蘆狀，樁身區(qū)也有部分碎石擠入到四周土中。3.2留振時(shí)間和密實(shí)電流與樁徑的關(guān)系留振時(shí)間指自下向上打樁過程中，某段碎石樁施工時(shí)，密實(shí)電流達(dá)到控制值的情況下，振沖器基本不下沉能夠保持密實(shí)電流的振動(dòng)時(shí)間。在超軟粘土中，留振時(shí)間一般較短?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，留振時(shí)間對(duì)樁徑和樁身密度的影響比密實(shí)電流更大。橫坑裁彎工程兩次試驗(yàn)的留振時(shí)間、密實(shí)電流與充盈系數(shù)關(guān)系統(tǒng)計(jì)值見表1和表2所示。由表1和表2可見，碎石樁樁徑受密實(shí)電流和留振時(shí)間兩個(gè)因素控制，增加密實(shí)電流或留振時(shí)間均能增加樁徑。3.3碎石級(jí)配與成樁情況在試驗(yàn)樁施工初期，為了確定最優(yōu)碎石級(jí)配，進(jìn)行了不同大小和級(jí)配的碎石成樁試驗(yàn)。結(jié)果表明粒徑小于5cm碎石含量較高時(shí)，不能成樁或成樁困難，見表3所示。最后選擇粗粒組最多的第4組為正式碎石樁的碎石級(jí)配。表1留振時(shí)間與充盈系數(shù)關(guān)系統(tǒng)計(jì)值飼留振時(shí)劣間持(南s)齡<5倚5滑～擴(kuò)10丟1朋0麻～幻15射>15疲所占比例外第一次移0聯(lián)100碧0賠0療(傅%)欺第二次筐0銹41.0綿21.1筆37.9鉗注：第一節(jié)次平均充榴盈系數(shù)醫(yī)：墨1.2跨1會(huì)；第二次員平均充盈昏系數(shù)簡(jiǎn)：間1.84狀.表2密實(shí)電流與充盈系數(shù)關(guān)系統(tǒng)計(jì)值淚密實(shí)電載流圣(僻A)痕<40管4念1西～懶45貝4敵6畏～拾50昆>50抓所占比例攏第一次恒3.6繼8.4途13.3杯74.7利(膠%)隔第二次陡8.9湊19.4弱34.8哪36.9仇注：第一睡次平均充足盈系數(shù)掘：撕1.2兆1羞；第二次充平均充盈卷系數(shù)案：況1.84拋.算表偷3察認(rèn)碎石級(jí)配榆與成樁情善況統(tǒng)計(jì)值征粒徑范難圍羨/cm掘成樁情況渣<5具5卵～銹10建1壘0蔬～醬15壘>15略所占比贊例廊(憂%)含第一組刃33通56.1予10.9保0碑充盈系數(shù)顏大啟于幣2身，密實(shí)電討流摧<50A淋均順利制義樁，第二匪組的充盈崗系數(shù)達(dá)悔到遇2準(zhǔn)左右，密袖實(shí)電流才術(shù)能達(dá)炸到泥50A.查第二組揀26.6夏57.8岔12.2偷3.4時(shí)第三組裙18.1腹64.6墻17.3農(nóng)0醫(yī)第四組誕5.9蒼72.8孫18.8糖2.5餓3.4禽插復(fù)合地基著置換率與鵝抗剪強(qiáng)度然指標(biāo)間的擴(kuò)關(guān)系機(jī)菌國內(nèi)到目映前為止，柿僅進(jìn)行了碰兩個(gè)工程戲，共三次缺現(xiàn)場(chǎng)碎石撓樁單樁和瞇碎石樁復(fù)及合地基的筍抗剪強(qiáng)度數(shù)測(cè)試。試餅驗(yàn)方法采葛用現(xiàn)場(chǎng)大圣型直接剪夸切試驗(yàn)。畏試驗(yàn)方法腎、試驗(yàn)儀雨器和操作仇見參考文陜獻(xiàn)呼[2甜]胖和應(yīng)[4估]哈。單樁直舌剪試驗(yàn)試可樣直徑同窯設(shè)計(jì)樁徑圣，復(fù)合地?fù)窕嚇又睆潖酵扛鶅礃犊刂泼嫦鞣e僅(距如樁禿距西2.0倆m華正三角形麥布置時(shí)，哈試樣直膀徑釀2.0m誠).19吸9翼9確年進(jìn)行的新兩養(yǎng)次鋪5軌組試驗(yàn)在刺不同置換傘率時(shí)，復(fù)曉合地基的廊凝聚力和閉內(nèi)摩擦角笨與置換率蠢的關(guān)系見票圖煮2煩和湯圖察3染所示。圖奉中置換率請(qǐng)為博0塞的點(diǎn)即天匹然地基的三強(qiáng)度指標(biāo)休，數(shù)字為咽碎石樁試受驗(yàn)區(qū)取土柴快剪試驗(yàn)靠結(jié)果，凝挪聚力因?yàn)榫茦稊_動(dòng)瓣比天然土私明顯減小充。勁圖急2暫屈復(fù)合地基狂的凝聚力替與置換率茂的關(guān)系香圖顆3謊鐘復(fù)合地基詳?shù)膬?nèi)摩擦哈角與置換鋼率的關(guān)系葵4老貢用碎石樁瀉加固人工死河堤岸坡遙穩(wěn)定性分胞析朗橫坑開裁彎取直椅工程是世賽界銀行貸卸款項(xiàng)洲目取毯西江航道盼整治工程雄的重點(diǎn)。欺設(shè)計(jì)河道啄邊坡坡娛比話1朝∶命3鳳，見邁圖們4牛所示。邊興坡處于淤新泥質(zhì)土和插淤泥層中樂，典型土辣層分布如縣下爭(zhēng)：陣0.0鐮m牙～抖-2.3亂m言，淤泥質(zhì)破粘土態(tài)，控丸c=18拔.9k部Pa罷,融承φ橋=5.5衣°萌；蚊-2.3道m(xù)赴～場(chǎng)-15.仇0變m動(dòng)，淤泥避，舊c=7.紹8kP勺a蛇，量φ何=4.5壓°此；忌-15.楊0認(rèn)m劈～殃21.0紗m敘，粉質(zhì)粘蒙土辟，刷c=20墊.2k但P平a圣，臭φ塞＝思12.1腹°訪。為了河僑道邊坡能規(guī)夠穩(wěn)定，侮設(shè)計(jì)采用芹大粒徑碎失石樁加固諷方法。通假過兩次現(xiàn)格場(chǎng)試驗(yàn)，犯設(shè)計(jì)碎石巡樁樁逐距春2.0綠m粱、樁球徑禾1.0分m鉤，復(fù)合地害基抗剪強(qiáng)真度指標(biāo)量：壽c=8隆kP艙a鄰，咱φ驢=22懸°案。布澆置攻8張排碎石樁杠。用瑞典天條分法計(jì)日算得到施御工期最危兔險(xiǎn)滑弧如辛圖襖4臟所示，安月全系數(shù)頭為圈1.2俱0洪，滿足規(guī)萍范安全系僚數(shù)埋k落葡1.1舌5寺的要求。我5至盒結(jié)論和問軋題反通過屯現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)躁論證了幾淹種碎石樁充質(zhì)量檢測(cè)太方法的實(shí)役用性，獲弟得了充盈閱系數(shù)、抗紛剪強(qiáng)度的納變化規(guī)律策。為今后嗚工程設(shè)計(jì)司提供了參礎(chǔ)考。通過單試驗(yàn)，發(fā)籌現(xiàn)了許多執(zhí)未解決的刷問題，今辰后設(shè)計(jì)和雕施工中值醉得注意血。句(1皆)滑三次碎石廢樁現(xiàn)場(chǎng)試裳驗(yàn)均在正鐘式施工前村進(jìn)行，碎緞石樁質(zhì)量訓(xùn)經(jīng)過了嚴(yán)糞格控制，回碎石用量克進(jìn)行了較志精確計(jì)量光。如何在辯大面積施廉工中貫徹牽由試驗(yàn)結(jié)潤(rùn)果提出的臨控制指標(biāo)褲是工程質(zhì)記量的關(guān)鍵旨。陪(2戶)炊碎石樁復(fù)防合地基抗井剪強(qiáng)度受腫碎石級(jí)配站、碎石樁嫁密度、實(shí)添際樁徑、抓含泥量等迎控制。圖4橫坑裁變工程人工河道剖面瀉現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)轎發(fā)現(xiàn)，不祥同施工單哥位用相同返設(shè)備制樁貌質(zhì)量相差氏較大。如帖何評(píng)價(jià)碎煤石樁是否脫合格須進(jìn)喂一步研究遍。臟參返俊考饒端文兩勒獻(xiàn)：基[1]呈GBJ羅202-兩8歐3克，地基與情基礎(chǔ)工程驢施工及驗(yàn)翻收規(guī)謀范疼[