結(jié)合工程實踐對低置換率的振動沉管碎石樁復合地基的試樁效果、荷載板對靜荷載試驗成果的影響、樁頂墊層的作用、樁間土性狀、重型動力觸探檢驗成果等進行了分析總結(jié)。
關(guān)鍵詞：試樁效果 樁頂荷載 試驗 檢驗
一般認為，振動沉管碎石樁對松散砂土和粉土的作用機理主要為擠密作用、振密作用及排水作用(抗液化)，對粘性土主要為置換作用及排水作用。
設(shè)計時置換率通常取100A，～30％，砂土粉土中取低值，粘性土中取高值，從節(jié)約工程造價的角度出發(fā)，一般應(yīng)盡量選用較低值。本文將結(jié)合工程測試層厚對低置換率振動沉管碎石樁復合地基談幾點看法。
1 試樁效果
試樁的目的是為了檢驗設(shè)計參數(shù)、施工工藝及施工控制要求能否滿足設(shè)計指標，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JG．179—2002)(以下簡稱地基處理規(guī)范)等相關(guān)文獻指出試樁數(shù)量不應(yīng)少于7～9根。既然是試樁，數(shù)量通常較少，較少的樁數(shù)可以確定施工工藝，但能否據(jù)此全面準確地評價地基處理的效果，筆者認為一定要謹慎，尤其在淤泥類軟弱土層中。
以深圳市寶安區(qū)某市政道路工程為例。碎石樁復合地基設(shè)計參數(shù)分別為：樁徑Φ400，樁距1.3m，正三角形布置，m=8.6％，填料為1～5cm碎石，設(shè)計復合地基承載力特征值為140kPa。試樁13根，試樁處地質(zhì)狀況自上而下分別為：①素填土，層厚2.8～3.1m，結(jié)構(gòu)疏松，由砂質(zhì)亞粘土組成；②淤泥層厚1.7～1.9m，流塑，具腐臭味；③含砂亞粘土，1.3～1.7m，可塑，砂質(zhì)含量約35％；④中砂：層厚1.4～1.8m，飽和，稍密；⑤砂質(zhì)亞粘土。
試樁長度7～8m，大面積施工時樁長7～10m。試樁前后、大面積施工后樁間土的土工參數(shù)如表1所示，取土位置于正三角形中心。碎石樁重型圓錐動力觸探(N63,5)成果如表2所示。另外某路基處理工程碎石樁重型圓錐動力觸探(N63,5)成果如表3所示(碎石樁設(shè)計參數(shù)與前例相同)。上述兩工程均進行了復合地基承載力靜載荷試驗，由于試驗**荷載為2倍設(shè)計承載力特征值(280kPa)，故不能判斷大面積施工后與試樁時相比復合地基承載力提高的幅度。試壓荷載為280kPa時總沉降量如表4所示。
從表1～3可以看出，大面積施工后樁間淤泥的物理性狀較試樁后仍有較大改善，素填土及含砂亞粘土的物理性能指標變化不大，但壓縮模量及重型動力觸探擊數(shù)有較大提高，從表4可以推斷復合地基的承載力特征值肯定也有提高。筆者認為以下幾個因素可能導致了這種改善：
(1)地下水位的降低。前述工程1、2試樁時樁孔內(nèi)水位很高，基本上距孔口均不足1m，大面積施工后，由于碎石樁的排水及蒸發(fā)作用，地下水位均下降了1～2m。地下水位下降相當于對土層進行了預(yù)壓，改善了土的性狀。隨著土體強度的增加，土體對碎石樁的約束增強了，所以碎石樁的強度也增加了。此外，表層土失水干燥后可以碾壓得更密實，能夠有效地提高承載力特征值。
(2)固結(jié)作用與觸變效應(yīng)。試樁檢驗一般在試.完成28天后檢驗，而大面積施工時竣工檢驗往往在施工幾個月后。淤泥的固結(jié)度隨著時間而提高，若達到完全固結(jié)，在排水條件良好的情況下往往需要幾個月的時間，在這幾個月的時間中，淤泥的強度在不斷提高。此外，由于淤泥的靈敏度高，觸變性強，其強度恢復的時間也較長。
(3)擠密及振密作用。試樁的數(shù)量很少，對樁間土進行的擠密及振密作用自然無法與大面積施工時相比。此外，后施工的樁對先施工的樁的振密作用，大面積施工時效果顯然也更好。
設(shè)計時通常以試樁時取得的各種參數(shù)作為指導大面積施工的技術(shù)參數(shù)。這種作法是偏于安全的但有時會造成保守，從而增加了工程造價。
2 載荷板寬度
表5是前述兩個工程試樁時進行的靜荷載試驗成果。相對變形值s/6=0.02時對應(yīng)的荷載即對于1m×1m板、2m×2m板沉降量**值分別為20mm、40mm時對應(yīng)的荷載。
從表5可以看出，按相對變形值確定復合地基承載力特征值時，寬度大的荷載板得到的特征值要大一些。試驗時先做1m板，后做2m板，由于試樁區(qū)面積小，所以并不能排除做1m板時應(yīng)力擴散引起地基土強度提高的可能性。但這種影響或許很小，主要因為試驗問隔時間較短，樁問土強度還來不及提高。
當按s/6值確定復合地基承載力特征值時，按彈性力學理論，特征值應(yīng)與荷載寬度的**值無關(guān)。在地基處理等規(guī)范中，對荷載試驗的荷載板的寬度沒有加以限定。但實際情況也許并不完全符合彈性力學理論的假設(shè)條件。筆者一直認為載荷板寬度對載荷試驗成果有較大影響，即當其他條件完全相同時，按寬度大的載荷板得到的復合地基承載力特征值要更大一些，并試圖對這種現(xiàn)象進行過解釋(參見《地基處理》2004年9月《對復合地基荷載試驗標準的一些探討》一文)。筆者認為，主要可能是不同深度復合地基強度的差異性導致了這一現(xiàn)象。一般來說，樁、土及復合地基的強度在表層總是要低一些，在自重應(yīng)力等的作用下，隨著深度增加而提高。設(shè)復合地基表面較松散層的厚度為H，根據(jù)沉降計算公式1m板與2m板的附加應(yīng)力Ap相同，故沉降量s，相同。當相對變形值一定時相應(yīng)的沉降**值隨板寬不同而不同，如當取s/6=0.02時，1m板及2m板s的**值分別為20mm及40mm。s。占s的比例不同，即質(zhì)量較差的表層對不同寬度的荷載板的沉降的影響不同，對板寬小的荷載板試驗的影響要大一些。同時，由于寬度大的荷載板的影響深度更深，而隨深度增加土及復合地基的強度一般會增高，較深處“好土”的沉降占s的比例隨著載荷板寬度的增大而增加，即“好土”對s的影響要更大一些。
3 樁頂
路基處理完成后要進行質(zhì)量檢驗。當使用靜載荷試驗進行承載力檢驗時，檢驗荷載通常遠大于路基的使用荷載。深圳地區(qū)路基處理的檢驗荷載一般為120～140kPa。碎石樁樁頂1～2m范圍內(nèi)由于約束較弱形成松散層，該層對承載力檢驗的影響至關(guān)重要。碎石樁在淤泥類軟弱土層中形成的復合地基，如果樁頂不進行處理，其承載力及回彈模量仍很低，工程1大面積施工后在淤泥層頂面上進行了2m板的復合地基載荷試驗，盡管淤泥的性狀得到了很大的改善，但承載力特征值僅45kPa(原狀淤泥承載力特征值<35”a)。當淤泥上覆素填土厚度達50era時，試驗承載力特征值為98kPa。上覆素填土厚度達1m以上時，試驗承載力特征值均大于
4樁間土
對淤泥等軟土進行碎石樁處理的設(shè)計思路有兩種，一種是在淤泥中形成豎向排水通道，如同塑料排140kPa。淤泥上覆素填土碾壓后形成了應(yīng)力擴散墊層，從而使復合地基承載力大幅度提高。該墊層的作用不同于通常在樁頂上設(shè)置的砂石墊層。砂石墊層的主要作用一是作為路堤與軟基之間的水平排水通道，排出孔隙水以保護路堤，二是作為復合地基的褥墊層，協(xié)調(diào)樁體與土體更好地共同工作，其厚度通常為30～50cm。但上述應(yīng)力擴散墊層的主要作用是擴散檢驗荷載，提高回彈模量，滿足承載力檢驗及工后使用荷載的要求。該應(yīng)力擴散墊層一般較厚，可與砂石墊層相結(jié)合。由于淤泥類軟土不能通過碾壓或夯實手段得到密實，通常要挖除換填。工程1為了滿足檢驗及使用要求，在淤泥層上覆土不足1 m的區(qū)域均進行了樁頂換填，換填墊層厚度1.3m，換填墊層底層為50cm碎石，中間為10cm石粉渣填縫層，以上為70cm素土。換填厚度按換填墊層法計算，擴散角按30'’考慮。換填后試驗承載力特征值達到了1.40kPa。
即使在較好的土層中，也要重視樁頂松散層的夯密壓實工作。振動沉管妒機對土層除了擠密振密作用外，還有振松作用。工程2試樁時對樁間土的土工試驗參數(shù)如表6所示。從表中可以看出，表層素填土(0～3m)的性狀指標幾乎全部下降，較深處(>3m)的粉土的性狀指標幾乎全部提高。施工后如果樁頂松散層沒有得到夯實壓密，地基處理后承載力反而會下降。前述工程l、工程2試樁時載荷試驗**級荷載下的沉降量明顯偏大，回彈率偏低，說明了樁頂松散層沒有壓實。實際情況也確實如此。由于試樁區(qū)面積小，地下水位較高很難降低，壓實機械很難作業(yè)，所以表層土沒有得到密實，這樣就造成了載荷試驗得到的復合地基承載力特征值偏低。為減少這種影響，筆者一直認為載荷試驗時應(yīng)先按總荷載的10％～20％·進行預(yù)壓。水板或袋裝砂井一樣，之后往往再進行加載預(yù)壓，另一種是形成復合地基，為了達到較高的承載力，需要較大的置換率。地基處理規(guī)范對后一種設(shè)計方法進行了規(guī)定，復合地基承載力特征值可根據(jù)樁及處理后樁間土的承載力特征值乘以置換率確定。軟土中碎石樁的單樁承載力很低，當置換率較低時，其置換作用對復合地基的貢獻有限。在工程l進行的十幾個荷載試驗中，看不出荷載板放置在碎石樁上與放置在樁問所得到的承載力特征值有什么區(qū)別?？梢哉f，低置換率碎石樁對軟土復合地基的影響主要是依靠樁問土特性的改善，這樣，設(shè)計時就必須要考慮樁問土性狀的改善程度了。深圳西部通道填海與軟基處理工程中，填石路堤兩側(cè)的三角體打設(shè)了碎石樁，直徑妒00，長度最長約20m，正三角形布置，間距1.5m，場地處理采用正三角形布置問距1m的塑料排水板。碎石樁打設(shè)后與場地同時進行堆載預(yù)壓。觀測與試驗資料表明碎石樁對樁問淤泥的改善效果強于塑料排水板。前述工程l沒有進行加載預(yù)壓，樁間淤泥的性狀仍得到了大幅度的改善(表1)，十字板剪切對比試驗成果如表7所示。但這種改善事先無法準確預(yù)測，如同排水預(yù)壓對地基土的改善效果無法準確預(yù)測一樣，要通過試樁前后的對比試驗進行分析比較。這往往需要犧牲工期，建設(shè)方一般是不情愿的。實際上，在軟土中進行低置換率碎石樁復合地基設(shè)計時，目前基本上依據(jù)設(shè)計人員的工程經(jīng)驗，尚無成熟的理論可依循。
5 重型動力觸探
工程1進行了近百條樁的重型動力觸探 (N63,5)，基本上均呈現(xiàn)了擊數(shù)大體上隨著樁深的增加而增加的規(guī)律，同時看不出在淤泥層中的擊數(shù)較在其他土層中低，如表2所示。工程2進行了100多條樁的重型動力觸探，不同土層中的擊數(shù)范圍如表3所示，深度一擊數(shù)曲線變化呈現(xiàn)3種規(guī)律，如圖1所示：**種擊數(shù)大體上隨著樁深的增加而增加，如曲線a所示，比例為43％；第二種擊數(shù)基本上不隨著樁深的增加而增加，只在小范圍內(nèi)波動，如曲線b所示，比例為39％；第三種擊數(shù)在大范圍內(nèi)波動，如曲線e所示，比例為18％。呈現(xiàn)3種曲線的樁在場地的分布位置沒有規(guī)律性，似乎與地質(zhì)狀況無關(guān)，后兩種曲線可能與施工工藝有關(guān)。
6 樁長
荷載試驗表明，樁端穿過淤泥層底0．5m與穿過3m的復合地基承載力并沒有什么不同，所以想通過將樁加長以獲得較大承載力的作法通常是徒勞的。目前常用的振動沉管樁機的振動樁錘電機功率通常都較大，在淤泥等軟弱土層中進尺很容易，如果以“穿過淤泥進入下臥層0．5m”作為樁長控制指標通常容易導致對樁長失控。從控制工程造價的角度出發(fā)，如果場地土層比較單一，且起伏不大時，在樁長能夠滿足地基沉降要求或抗液化要求的情況下，以設(shè)計深度控制樁長比以持力層控制樁長更為妥當。
7 結(jié)束語
筆者并不認為砂石樁有很大的推廣價值。從工程造價的角度出發(fā)，在深圳等砂石料匱乏的地區(qū)，砂石樁復合地基的每平方米造價高于深層攪拌樁，砂石樁排水加載預(yù)壓的造價更是遠遠高于塑料排水板加載預(yù)壓。但是砂石樁也有優(yōu)點，如對不同土層的適應(yīng)能力較強、對雜填土的成孔穿透能力較強等，在路基處理等對沉降要求不高的工程中，仍有一定的實用性。
