碎石桩加固高填方地基的试验效果分析

第16卷 第1期2005年3月中国地质灾害与防治学报

T he Chinese Journal of Geological Hazard and Control Vol.16 No.1M ar.2005

碎石桩加固高填方地基的试验效果分析

王华俊,韩文喜,赵其华,曹运江,刘少军

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室,四川成都 610059)

摘要:碎石桩作为处理软弱地基土的一种有效手段,往往需要对其试验效果进行分析。评价碎石桩处理后复合地基的性状是否达到地基处理考核指标,并提出可能调整的方案。论文以四川九寨-黄龙机场高填方地基处理工程为背景,介绍了碎石桩法加固软弱土层的现场试验,并对碎石桩处理后复合地基的加固效果进行了检测分析。包括碎石桩体检测和桩间土检测,最后综合室内土工试验、动力触探测试及载荷试验检测结果得出,碎石桩对本工程软弱地基的处理能达到预期的加固效果。其复合地基承载力高于设计要求,具良好的导水性,能有效排出地基中地下水。目前,该试验成果已用于指导机场地基处理与高填方填筑体施工。同时,它对于其它类似工程亦有借鉴意义。关键词:高填方地基;软弱土层;碎石桩;复合地基;效果分析文章编号:1003 8035(2005)01 114 05

中图分类号:TU472 3+5

文献标识码:A

收稿日期:2004 05 08;修回日期:2004 08 26

作者简介:(1979 ),男,硕士研究生,岩土工程专业。

0 引言

九寨-黄龙机场位于四川省阿坝州松潘县漳腊盆地东部谷坡上,处于九寨-黄龙旅游环线枢纽位置。机场场区地形条件复杂,属于高海拔(海拔3430m)、高地震烈度(地震基本烈度为8 1度)地区。场道工程具有高土石方量(挖方3093万m 3

,填方2763万m 3

)、高填方(最大填方高度104m)和快速加载(主体工程加载期仅为14个月)、且高填方体底部分布有较厚的软弱土层等特点。因而,如何保证高填方地基及填筑体的质量,以减少高填方的沉降和不均匀沉降,成为九寨-黄龙机场高填方填筑工程的关键技术问题。而解决这两大难题的关键就在于对高填方底部的软弱土层采取有效的工程处理措施。

碎石桩法是指用振动或冲击荷载将底部装有活瓣式桩靴的桩管挤入地层,在软弱地基中成孔后,再将碎石从桩管投料口处投入桩管内,然后边击实、边上拔桩管,形成密实碎石桩,并与桩周土体一起形成复合地基。碎石桩处理的地基土主要有软土、人工填土和松散砂土。对地基土的加固除挤密作用外,还形成了复合地基,并为土体内孔隙水排出提供了良好通道。这对于高填方软基的排水、加固是非常有利的,并且该工法经济可靠、施工方便,得到了广泛采用。在九寨-黄龙机场中,根据软弱土层厚度的不同采取不同的地基处理方法。其中A 区(T5)软弱层厚度大于10m,地基承载力为215~250kPa,拟采用挖土加碎石桩的方式对地基进行加固改良。并通过现场试

验及运用多种地基检测技术检验是否满足设计要求(处理后复合地基承载力f k 250kPa)。

1 碎石桩试验

1 1 原地基土质状况

根据取样孔地质勘探资料,T5区主要地层由卵石土、粉质粘土、粉质粘土夹卵石组成。地表有少许在清除植物土时残留的素填土(图1)。各地层特征从上到下为:

1 1 1 卵石土(A):灰色,卵石成份以岩浆岩为主。弱风化,多呈亚圆形。粒径一般为3~8cm,最大大于11cm,混少量漂石。充填物为中砂和砾石及粘性土,含量15%~35%,稍密~密实。厚度3 5~4 0m 。1 1

2 粉质粘土(B):黄灰色,含铁锰质氧化物及其结核,混少量卵石及砾石。可塑为主,局部硬塑,潮湿。厚度

3 0~3 3m 。

1 1 3 粉质粘土夹卵砾石(C):黄灰色,含铁锰质氧化物及其结核。可塑,潮湿。混粒径0 5~8cm 的卵砾石,含量约20%~40%。厚度0 5~3 0m 。1 1 4 粉质粘土(D):黄灰色,可塑为主,局部硬塑,潮湿。厚度0 5~1 2m 。

1 1 5 卵石土(E):灰色,多呈亚圆形,密实。粒径一般为3~8cm 。1

2 参数设计

根据T5区地基土性质及相关工程经验,碎石桩采用振动沉管施工方法,选用活瓣式桩靴。设计参数如表1、图1所示。碎石桩材料采用粒径不大于4cm 的碎石,级配良好,含泥量不超过4%

。

图1 T5区主要地质剖面图

Fig.1 Geological section in T5area

1 素填土;

2 粉质粘土;

3 中密卵石含粘性土;

4 粘土;

5 圆砾;

6 稍密卵石含粘性土;

7 动力触探及物理力学参数统计层位

表1 碎石桩参数

Table 1 The parameters of crushed stone piles

分区桩径(m)桩长

(m)桩距(m)排距(m)布置形式置换率(%)A 区

0 5

10~12

1 4

1 2

三角形

12 0

试验时,先按要求原地面清除植物土后再清除2m 表土,然后按检测和地基处理要求进行碎石桩处理前地勘和土工测试,之后进行碎石桩施工。其施工顺序为测量、放线!桩机就位(桩定位偏差不超过5c m,沉管垂直度偏差不超过1%)!振动沉管!灌碎石、沉管挤密碎石成桩(碎石灌入量不小于碎石桩桩体设计体积的1 1倍)!测量打桩后地面高程!做碎石垫层。施工完后间隔15d,再进行碎石桩处理后的地勘和土工测试,施工完后间隔30d 进行静载荷试验。

2 加固效果检测分析

根据检测要求,T5区碎石桩处理前共布置钻探取样孔3个,动力触探孔3个,静载荷试验点2个(图2)。碎石桩处理后取样孔和动力触探孔都与处理前相对应,具体位置大体接近。

2 1 室内土工测试

T5试验区地基处理前后主要物理力学性质指标

图2 碎石桩平面及检测点布置图Fig.2 Plan and inspection points layout of

crushed stone piles

1 碎石桩;

2 处理前取土孔及编号;

3 处理前动探孔及编号;

4 载荷试验点及编号

对比(表2)。由于卵石层取原状样比较困难,因此所取土样主要为粉质粘土及粉质粘土夹卵石两种,即前述B 层和C 层。表中数据表明,进行碎石桩处理后,B 层和C 层的含水量均有所增加,B 层处理前含水量为20 25%,处理后提高为23 73%,增加3 48%;C 层处理前含水量为17 6%,处理后提高为20 8%,增加3 2%。表明下部地下水沿碎石桩往上渗透。B 层和C 层干密度在进行碎石桩处理后也有所下降,表明在进行碎石桩施工过程中,机械振动对B 层和C 层起着振松破坏作用。与干密度降低相一致的是B 层和C 层的孔隙比在碎石桩处理后增大。与此相对应,B 层和C 层的力学性质指标也有所降低,B 层内摩擦角

表2 T5区物理力学性质指标统计结果表Table 2 Statistical results o f physical and mechanical

indexes in T5area

土层

B C 处理前

处理后处理前处理后含水率w (%)20 2523 7317 620 8天然密度 (g c m 3)2 111 9582 132 08干密度 d (g cm 3)1 741 5851 811 72重度G s (g c m 3

)2 732 6652 732 73孔隙比e 0 5750 690 510 59液限w L (%)30 8737 052831 6塑限w p (%)19 1725 3518 320 2塑性指数I p 11 711 79 711 4内聚力C (kPa)24 7

20 1522 625 7

内摩擦角 (∀)

17 4

17 05

20 7

16 6

115

第1期王华俊,等:碎石桩加固高填方地基的试验效果分析