中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司
摘要：随着时代的进步，城市区域的扩建，配套交通设施日益完善，人们对于海滨、湖岸、冲积平原以及河漫滩、低阶地等饱和松散砂土和粉土广泛地区的建设逐渐增加，但由于此区域强震时产生的地基土液化现象，造成液化地基土上的建筑物出现地下结构物上浮、整体倾斜、房屋倾倒等各种形式的破坏。使人们更加重视在地震液化带施工时的地基处理问题。本文通过现场实际应用，在地震液化带内进行挤密碎石桩施工以解决地震液化带对高速公路通行造成的损害。
关键词：地震液化带、挤密碎石桩、避免损害。
1、工程概况
本工程为郑州机场至周口西华高速公路二期主体2标，起讫桩号为K8+800～K17+200，全长8.4km。位于河南省中牟县官渡镇境内，属郑州机场至周口西华高速公路二期项目，起自中牟县官渡镇北，止于尉氏县大营乡西北，连接连霍高速、郑民高速等道路，路线全长45.065km。项目采用双向六车道高速公路技术指标，路基宽34.5m,设计时速120km/h，桥涵荷载能力按公路-I级设计。
施工区域属于黄河多次改道和泛流区，具有分布广泛的砂地，内上部粉土及粉细砂较松散，路段区内20m以上路基及桥基饱和粉土及粉细砂存在地震液化问题。地震可液化土层主要为上部饱和、孔隙比大的粉土和粉细砂层。
挤密碎石桩按正三角布置，桩径50cm，桩体碎石填料采用未风化，含泥量不大于5%，最大粒径不大于5cm的优质碎石,施工充盈系数为1.3，采用振冲碎石桩机进行施工，设计桩长5m～8m，桩间距1.2m～1.8m。
2、地震液化带带来的危害
地震液化主要发生在粉土、细砂土和饱和松散粉土中，主要表现形态是地基土由固态转变为液态，是一种地基失效形式。轻微程度的地基液化现象会使地基土强度变低、地基承载力减弱，严重程度会造成地面塌陷、地面开裂、侧向扩展和流滑现象等状况。理论而言，地震产生的剪力波在液体中不能传播，使地面遭受的地震波相应的减少，从建筑物破坏角度，这对建筑物耐震很有利。但由于强震后地基土由固体转变为液体，造成建筑物底部地基土流动性过大，相互之间的摩擦阻力变小，相对地基承载力减弱，造成结构受力不均衡，极易出现上地下结构物上浮、整体倾斜等现象。
3、挤密碎石桩对地震液化带所起的作用
在地震液化带施工挤密碎石桩的主要目的是提高地基原有承载力，较少形量变和增强抗液化能力，主要施工机理如下：
（1）密实作用
在施工挤密碎石桩施工时，通过振动冲击碎石产生的横向挤压力，使碎石向四周扩散，更好地与土壤相结合，增强土壤的密实度，提高了地基的承载力。
（2）排水降压作用
碎石桩施工采用粒径小于5cm的碎石作为施工原材，上层50cm厚的碎石垫层，形成良好的排水通道，有效的防止了超孔隙水压力增高，加快了地基的排水固结，防止出现地震液化现象。
（3）砂基预震效应
碎石桩在施工过程中，振动锺的强烈振动，使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，对砂土增强抗液化能力是极为有利的，复合土层起垫层作用，垫层将荷载扩散使应力分布趋于均匀，从而提高地基整体的承载力，减少沉降量。
4、技术方案
4.1工艺流程
碎石桩施工工艺流程图
4.2施工准备
施工前清除施工场区内的杂物、积水以及地表植物等。采用平地机进行场地整平，整平时控制标高，已保证碎石桩顶部位置充盈系数满足设计要求。
4.3测量放样
采用全站仪对施工部位进行外边框放样，确定施工范围，内部采用钢尺测量，按正三角形布置逐个布点，并用白灰粉做好标记，控制每根桩的间距误差在规范要求±150mm以内。
4.4挤密碎石桩施工
（1）机械就位
将机械运至施工场地，展开机械臂，将桩管竖直，利用正交倾斜面校正桩身竖直度，并将竖直度控制值在1.5%范围以内，并利用下部滚轮调整桩基位置，使桩头与测量布点相对应。
（2）沉管施工
桩头对准后，利用机械自重先进行静压，静压时长约2分，然后启动振动锤进行振动打桩。当打桩速度较慢时，可适当收紧加压钢丝绳提高沉管下降速度。当下沉至设计标高时停止桩管振动，等待加料。
在振动打桩施工工程中应时刻检查密实电流、打桩速度等主要参数。并应随时检查桩锤与桩身的垂直度，避免出现偏桩现象发生。如施工中下沉速度突然减缓，可能遇到硬土层，应提高桩管重新振动打桩。
（3）填料
待桩管压入至设计底高程时，通过人工配合小型装载机及碎石桩机自带料斗进行碎石填料。料斗经现场标定每斗为0.53m³,然后根据设计桩长，按照充盈系数1.3控制，估算每根桩体碎石用量，分多次进行投料。施工时派专人负责碎石灌入量，以防超灌或少灌，如施工过程中出现隆起、下沉现象，应根据实际情况适当增减每次投料方量。每次填料后，将桩管提升，碎石通过管口的锥形活瓣自行掉落，落入至孔内，然后通过振动冲击施工进行密实。
（4）振动冲击施工
施工前应先振动管体，待管内碎石量大于三分之一管长时进行拔管。现场安排专人控制碎石灌入量、电流值及拔管速度等参数。拔管时应先振动后拔管，振动时间控制在10～15秒之间，每次拔管长度不应大于1.5m，提升和反插时应匀速进行，一般拔管速度控制在1～2m/分之间，在穿过软弱淤泥夹层时，应适当减缓拔管速度，速度控制在0.5m/分即可，并应减少拔管高度或增加反插深度，如此反复施工直至碎石桩施工到设计高度。然后移至下一处进行施工。
4.5施工控制要点
（1）碎石桩施工时，从外侧向内侧或从两侧向中间逐排跳打的方式进行施工，使地基土所受压力均衡，避免压力集中荷载对地基土承载力造成影响。
（2）施工中出现淤泥夹层等软基地时应放慢拔管速度，并减少拔管高度。增加气动开门装置，强制性的使石料灌入。
（3）填料时应按量分批加入，不宜一次加料过多，在未达到规定的密实电流时应继续加料，维续振实，严格防止断桩和颈缩桩的发生。
5、结语
本标段所经走廊带大部分为泛滥平原及决口扇等冲击地貌，水位浅，夹有多层粉土及粉质黏土等欠固结土，上部的松散状饱和粉土和砂土存在地震液化现象，通过施工挤密碎石桩利用冲击产生的横向挤压力，增强地基土的密实度，利用碎石透水性好的特性，加快排水，防止砂土液化。通过现场施工与桩基法施工相比较，对施工现场设施要求较低，施工工艺简便，施工成本较低，对环境污染较小，有利于浅水位地段施工排水，更好的解决地震液化带存在的砂土液化现象，具有极大的推广及社会价值。
参考文献：
［1］郑州机场至周口西华高速公路二期两阶段施工图设计。
［2］JTJB01-2003,公路工程技术标准。
［3］JTGF10-2006，公路路基施工技术规范。
［4］JTG/TD31-02-2013，公路软土地基路堤设计与施工技术细则。
［5］河南省中牟县当地地形、工程地质、水文地质、气象等自然条件资料。