摘要：針對(duì)近幾十年興起的柱錘沖擴(kuò)樁新型地基處理方法，結(jié)合某路基處理工程實(shí)際對(duì)其加固機(jī)理和特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)其沖擊荷載作用、沖孔側(cè)向擠密作用、孔內(nèi)強(qiáng)力夯實(shí)作用、填料沖擴(kuò)的二次擠密效應(yīng)及施工技術(shù)等方面進(jìn)行了闡述，對(duì)同類工程具有一定的參考意義。
　　關(guān)鍵詞：路基處理，柱錘沖擴(kuò)樁法，加固
　　
　　1工程概況
　　某道路規(guī)劃為高速主干道，路基土體大多不能滿足承載力的要求，路基場(chǎng)地有必要進(jìn)行加固處理，本工程場(chǎng)地地質(zhì)及水文條件具體如下：
　　（1）濕陷性粉土層：褐色，局部夾有煤屑，中壓縮性，平均層厚4.5m，fak=80KPa；
　　（2）粉土層：褐色，中壓縮性,平均層厚3.9m，fak=95KPa；
　　（3）粉質(zhì)粘土層：棕色，低壓縮性，平均層厚8.5m，fak=130KPa；
　　（4）粉土層：褐色，低壓縮性，最大厚度5.0m，fak=165KPa。
　　場(chǎng)地20m深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水，II類場(chǎng)地土，為加固場(chǎng)地土體以提高其承載力，現(xiàn)采用柱錘沖擴(kuò)樁法對(duì)其加固，因路基的承載力要求較高，處理后的復(fù)合地基承載力特征值不應(yīng)小于200KPa。
　　2柱錘沖擴(kuò)樁法概述
　　采用柱錘沖擴(kuò)樁法加固地基，采用的柱錘為400mm直徑，3m長(zhǎng)度，錘重6t，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)起重機(jī)或其他專用起吊機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工。施工時(shí)，先將柱錘提高到8~10m高度后放錘自由下落，在待加固場(chǎng)地土中沖擊成孔，并不斷反復(fù)沖擊，孔深到設(shè)計(jì)深度時(shí)再向孔內(nèi)分層填料、并逐層夯實(shí)使其形成致密樁體，同時(shí)又使孔內(nèi)及周圍土體得到充分?jǐn)D密，使之成為復(fù)合地基。
　　3柱錘沖擴(kuò)樁法加固機(jī)理
　　在柱錘沖擴(kuò)樁法成孔及填料成樁施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)施工場(chǎng)地原狀土的擠密、強(qiáng)力夯實(shí)、動(dòng)力排水固結(jié)、填料成樁置換、水泥土的固結(jié)等作用，使地基土的承載力得到提高，土體得到充分加固。
　　3.1沖擊荷載作用分析
　　在應(yīng)用柱錘沖擴(kuò)樁法加固地基施工過(guò)程中，其對(duì)土體的沖擊速度最快時(shí)可高達(dá)10m/s。這種瞬時(shí)的沖擊能的爆發(fā)對(duì)地基土有非常大的撞擊作用。沖擊次數(shù)愈多，柱錘越重，速度越快，爆發(fā)累積的夯擊能量就越大，成孔也就越深。與強(qiáng)夯法加固地基土相比，柱錘沖擴(kuò)樁法采用的柱錘底面積小，柱錘一般也更重，所以其底靜接地壓力值相比于強(qiáng)夯法的25~40KPa要大得多，而且普遍都大于100KPa，最高時(shí)可達(dá)350KPa以上。
　　在沖擊成孔時(shí)，地基土體不僅受到來(lái)自柱錘的側(cè)向擠壓作用，而目也會(huì)受到來(lái)自錘底的豎直沖擊力，加上柱錘沖擴(kuò)過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊波，以及沖擊應(yīng)力的擴(kuò)散效應(yīng)，可使地基土體獲得充足的動(dòng)力，起到密實(shí)加固作用[1]。
　　3.2柱錘沖孔的側(cè)向擠密作用
　　柱錘沖孔對(duì)樁間土的側(cè)向擠密作用可采用魏西克圓筒形孔擴(kuò)張理論來(lái)描述[2]。圓筒形孔以Ri為初始半徑，受到均勻分布于孔內(nèi)的內(nèi)壓力Px。當(dāng)孔內(nèi)內(nèi)壓力Px不斷增加時(shí),環(huán)繞于圓筒孔周圍的環(huán)形區(qū)域?qū)⒆兂伤苄詤^(qū)域。隨著孔內(nèi)內(nèi)壓力Px的不斷增加，這個(gè)環(huán)形塑性區(qū)域?qū)⒉粩嗟陌l(fā)展延伸，圓筒形孔內(nèi)壓力最終達(dá)到最大值Pu為止。當(dāng)均勻分布于圓筒形孔內(nèi)壓力達(dá)到Pu時(shí)，沖擴(kuò)孔的半徑也將達(dá)到最大值Ru，而孔周圍環(huán)形塑性區(qū)土體的半徑則達(dá)到最大值Rp，環(huán)形塑性區(qū)內(nèi)的土體可看做可壓縮性固體，在最大半徑Rp范圍以外的土體仍認(rèn)為處于彈性平衡狀態(tài)。因此，圓孔沖孔擴(kuò)張的影響半徑就是樁孔周圍環(huán)形塑性區(qū)域最大半徑Rp，其計(jì)算表達(dá)式為:
　　Rp=Ru(1)
　　Ir=(2)
　　其中，沖孔環(huán)形塑性區(qū)域半徑為Rp，沖擴(kuò)孔的半徑最大值為Ru，場(chǎng)地地基土的剛度模量為Ir，環(huán)形塑性區(qū)域內(nèi)土體空間三圍體積應(yīng)變平均值為Δ，場(chǎng)地地基土的剪切變形模量為G，場(chǎng)地地基土的抗剪切強(qiáng)度為K，場(chǎng)地土變形模量為H，場(chǎng)地土體的泊松比為v，地基土中原始固結(jié)壓力為q，場(chǎng)地土體的粘聚力和內(nèi)摩擦角分別為c、φ。當(dāng)沖孔環(huán)形塑性區(qū)體積應(yīng)變平均值Δ=0時(shí)，半徑Rp的計(jì)算表達(dá)式為:
　　Rp=Ru(3)
　　由計(jì)算式(3)可知，沖孔環(huán)形塑性區(qū)的半徑大小與樁孔半徑大小成正比例關(guān)系，并與場(chǎng)地土體抗剪切強(qiáng)度、場(chǎng)地土體變形模量和泊松比等因素有關(guān)。
　　根據(jù)上述魏西克圓筒形孔擴(kuò)張理論，在柱錘沖孔沖擊力作用下，柱錘沖擴(kuò)施工時(shí)場(chǎng)地土體受到擠壓，樁孔周圍土體受到來(lái)自柱錘的側(cè)向擠壓作用而被擠壓密實(shí)，使樁周影響范圍內(nèi)的土體密實(shí)性得到大力提升。
　　3.3二次擠密效應(yīng)
　　在填料成樁施工過(guò)程中，因?yàn)橹�錘夯擊能相對(duì)夠大，樁徑在填料過(guò)程中還會(huì)不斷擴(kuò)大，使得填料會(huì)強(qiáng)制性地?cái)D入樁身周圍土體，樁身周圍土體也會(huì)再次被擠密，樁身周圍即形成土體的二次擠密作用。
　　4柱錘沖擴(kuò)樁法施工技術(shù)
　　4.1成孔作業(yè)
　　柱錘沖擴(kuò)樁地基加固方法施工時(shí)，可采用沖擊、跟管和螺旋鉆進(jìn)等不同方法進(jìn)行成孔施工，對(duì)于最常用的沖擊成孔方法主要工藝如下。
　　(1)沖擊成孔：適用于地下水位較深，上層土體不會(huì)引起坍孔現(xiàn)象的柱錘沖擴(kuò)樁地基處理工程。
　　(2)填料沖擊成孔：柱錘沖擴(kuò)成孔施工時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)縮徑或坍孔現(xiàn)象，可將適量碎磚和生石灰塊填入孔內(nèi)，在沖擊的過(guò)程中將碎磚和生石灰塊擠人孔的周圍軟弱土體，待孔深接近設(shè)計(jì)深度時(shí)，在孔內(nèi)再次填入一定量的碎磚和生石灰塊，反復(fù)沖擊，使孔底充分密實(shí)。
　　(3)復(fù)打成孔：在柱錘沖擴(kuò)成孔施工時(shí)，當(dāng)坍孔現(xiàn)象嚴(yán)重導(dǎo)致成孔艱難時(shí)，可先直接沖孔到設(shè)計(jì)深度，然后再將碎磚和生石灰塊分次填入孔內(nèi)，待孔內(nèi)填料吸水膨脹、孔內(nèi)及周圍土體性質(zhì)改善后，再進(jìn)行二次復(fù)打成孔施工。
　　4.2填料成樁
　　(1)選擇成樁方法
　　柱錘沖擴(kuò)成孔施工完成后，樁身填料前應(yīng)把孔底進(jìn)行充分夯實(shí)，當(dāng)孔底土體較松軟承載力較低時(shí)，可填入適量碎磚和生石灰等材料，并夯填擠密。依據(jù)柱錘沖擴(kuò)成孔的方法及成孔施工機(jī)具的不同，樁體施工可分為以下幾種方法：孔內(nèi)分層填料夯擴(kuò)法、逐步拔管填料夯擴(kuò)法、擴(kuò)底填料夯擴(kuò)法、邊沖孔邊填料法、柱錘強(qiáng)力夯實(shí)置換法。
　　(2)夯填要求
　　按設(shè)定配合比拌合好的填料填入樁孔并分層夯實(shí)。成孔施工當(dāng)采用套管進(jìn)行時(shí)，在將填料分層填入夯實(shí)的過(guò)程中逐漸拔出套管。柱錘沖孔及填料成樁施工，填料充盈系數(shù)一般不小于1.5。每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高0.5m以上，樁孔上部應(yīng)用粘土夯封起來(lái)[3]。
　　4.3施工注意事項(xiàng)
　　(1)當(dāng)柱錘沖擴(kuò)樁試成樁孔時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重坍孔現(xiàn)象且孔內(nèi)有較多積水，應(yīng)采取有效措施降低場(chǎng)地地下水位。
　　(2)沖擴(kuò)成孔時(shí)若出現(xiàn)縮頸或坍孔現(xiàn)象，可將碎磚和生石灰按一定比例混合填加入孔內(nèi)。在沖擊成孔過(guò)程中不斷將填料擠入孔壁周圍土體及孔底土體時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整柱錘的落距，和沖孔速度，以保證碎磚和生石灰的混合料與孔內(nèi)及周圍松軟土層得到充分拌合。
　　(3)樁體的密實(shí)程度是施工質(zhì)量的關(guān)鍵，即分層填料量及夯填度、總填料量及夯填度的控制，應(yīng)根據(jù)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求的樁徑和樁長(zhǎng)在柱錘沖擴(kuò)樁法加固地基施工設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行設(shè)定，成樁每層填料的充盈系數(shù)應(yīng)大于1.5(或設(shè)計(jì)要求)。
　　5結(jié)論
　　在柱錘沖擴(kuò)樁施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)待處理加固場(chǎng)地原狀土體的動(dòng)力擠密、充填置換(包括樁身及擠入樁身周圍土體的混合填料)、生石灰塊等材料的水化和膠凝等作用，充分加固了場(chǎng)地的軟弱地基土體，使其加固處理后的場(chǎng)地復(fù)合地基承載力特征值都高于200KPa，局部達(dá)到320KPa。
　　在柱錘沖孔及填料夯實(shí)施工過(guò)程中，樁周土體的側(cè)向擠密作用和填料與樁周土體的嵌入作用，在軟弱地基土體中發(fā)揮著顯著的加固效果。
　　柱錘沖擴(kuò)樁使場(chǎng)地原有的地基土體得到了有效動(dòng)力置換，施工形成的柱錘沖擴(kuò)樁樁身具有一定的強(qiáng)度和承載力，可起到良好的樁體效應(yīng)。這種置換樁體依靠其自身的強(qiáng)度和與樁身周圍土體的側(cè)向作用來(lái)維持樁體的受力平衡，樁身與其周圍土體協(xié)同工作，形成柱錘沖擴(kuò)樁復(fù)合地基。
　　
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