碎石桩、排水板、上部填筑体强夯复合处理淤泥质土地基的方法与流程

本发明属于建筑地基处理的技术领域，具体公开了一种碎石桩、排水板、上部填筑体强夯复合处理淤泥质土地基的方法。

背景技术：

目前，建筑施工用地越来越紧缺，建筑用地的工程地质条件也变得越来越差，地基处理的难度也越来越大。与此同时，工程建设项目的等级越来越高，对地基的承载力、变形等工程技术指标的要求也越来越高。在沿海、河流的中下游或湖泊附近地区，地表下埋藏有深厚的第四纪松软覆盖层，主要有三角洲相沉积、滨海相沉积、湖相沉积和黄泛冲积沉积等等，在这些不同成因形成的地层中，其接近地表部分有厚度不等的淤泥质软土。淤泥土的主要物理特性：一是含有很多的细颗粒及大量的有机物腐植质；二是颜色呈深灰或暗绿色，有臭味；三是一般天然含水量在40％～70％之间，有的大于70％，孔隙比＞1.0，天然容重在15～18kn／m³之间；其力学性质为强度低、压缩性大、渗透性小。鉴于淤泥质软土地基承载力低，压缩性大，透水性差，不易满足水工建筑物地基设计要求，故需进行处理。目前的针对淤泥质土地基，施工单位多单独用排水板或单独用碎石桩，上部填筑体分层碾压并兼用堆载预压荷载。

单独采用塑料排水板施工的优点：排水能力强，加快软弱土地基的排水固结，提高地基土有效应力，增强地基软土的强度；缺点是在提高软土的抗剪切能力方面效果不明显，很难保证在高填方下软基处理后填筑体的稳定性。单独碎石桩施工优点：有利于地基土更加密实，桩体和地基土形成复合地基，显著的提高软弱土的地基承载力和抗剪切能力；同时有利于荷载发生应力扩散，减少作用在软土地基上的荷载，能很好的控制地基深层水平位移。但缺点是排水能力比塑料排水板效果差。

但是在西南地区机场施工中，遇到淤泥质土地基分布范围广、厚度大，且分布不均、厚度变化大等工程问题，其中沟谷水塘淤泥等软土埋深大，平均值大约5m，最大埋深13m。单独用排水板或单独用碎石桩后场道地基工后沉降控制难度大，效果不理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碎石桩、排水板、上部填筑体强夯复合处理淤泥质土地基的方法，特别针对于分布范围广、厚度大，且分布不均、厚度变化大的淤泥质土地基，充分发挥碎石桩、塑料排水板堆载预压和强夯动力固结各自的优点，进行优势互补，避免了单一地基处理方法的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种碎石桩、排水板、上部填筑体强夯复合处理淤泥质土地基的方法，包括下述步骤：

s1，铺设施工垫层

场地清表后，铺设预设厚度的中风化砂岩垫层并平整，用振动压路机压实，以满足桩机行走；

s2，碎石桩施工，采用振动沉管法；

s3，铺设碎石桩顶下部土工布和垫层

s3.1，铺设排水垫层下部土工布

碎石桩施工并检测完成后，对场地进行清理、平整，用振动压路机对桩顶进行碾压，在桩顶铺设一层渗水土工布；

s3.2，铺设第一层排水垫层

在渗水土工布上铺设预设厚度的级配碎石褥垫层，垫层材料要求便于塑料排水板可以埋入级配碎石褥垫层，并且上部土石方填筑体加载荷后，可以形成排水通道；

s4，塑料排水板施工；

s5，铺设上部垫层和土工布

s5.1，铺设上层排水垫层覆盖排水板

插板完成并检测后，铺设预设厚度的级配碎石褥垫层以覆盖塑料排水板和盲沟顶部，确保塑料排水板外露部分埋入碎石排水垫层中；

s5.2，铺设排水垫层上部土工布

对排水垫层进行平整，用振动压路机对垫层进行碾压，铺设排水垫层顶部渗水土工布；

s6，填筑体分层分级强夯；

上部土石方填筑，先采取点夯，后满夯处理。

具体地，步骤s2的工艺流程为：试验性施工→布点和桩机定位→桩管下沉到设计深度→停止振动并装入规定数量的碎石→挤密碎石成桩→边振动边拔管至设计标高。

具体地，s2.1，试验性施工

正式施工前，结合地质情况选取代表性位置进行成桩工艺和成桩挤密试验；碎石桩施工完成21天后，进行桩身重型动力触探检验和桩间土标贯检验；当成桩质量不能满足设计要求时，应在调整设计与施工有关参数后，重新进行试验；

s2.2，布点和桩机定位

碎石桩桩径采用600mm，布点采用等边三角形布点，间距1.8m，布桩误差控制在±5cm内；

待桩机就位后，合拢合瓣桩尖，将管桩向下垂直，使桩尖对准桩位标记，利用桩尖徐徐静压1-2min后开动振动锤振动下沉；调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，校正桩管垂直度不大于1.5%；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长；

s2.3，桩管下沉到设计深度

启动振动锤，将桩管下沉到设计深度，要求达到持力层电流值≥150a，并持续振动1-2min，确保穿透软弱土层和硬塑夹层；

s2.4，停止振动并装入规定数量的碎石

停止振动，稍提升桩管使桩尖打开，立即将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算；做好现场施工记录，控制每根桩的碎石充盈系数在1.2-1.4；

s2.5，挤密碎石成桩

1）振动拔管：根据单桩设计碎石用量确定第一次投料的成桩长度，管内灌入碎石高度需大于2/3管长，方可开始振动拔管，记录碎石灌入量；拔管速度控制在1m/min，每提管50cm留振20s；

2）每拔管达到1m向下反插深度不小于30cm至稳定电流，在距离地表2~6m范围内，反插深度不小于50cm，进行数次反插直至桩管内碎石全部灌入；

3）碎石桩拔管过程中，敲击沉管，确保沉管内碎石流入桩孔内；

4）投料时要分批加入，记录碎石灌入量，直至该桩设计碎石用量全部投完为止；

s2.6，边振动边拔管至设计标高

1）继续边拔管边振动、边反插，直至拔出地面；

2）拔出地面后，启动振动，进行最后一次反插；

3）孔口加压至前机架抬起，完成一根桩施工；

4）桩机移位：移动桩架至另一孔位，重复步骤s2.2-s2.6。

具体地，桩体碎石和级配碎石褥垫层规格要求为：碎石饱和单轴抗压强度fr≥30mpa，软化系数kr≥0.75；连续级配，粒径≤5cm，不均匀系数cu≥5，曲率系数cc=1-3，含泥量≤3%；

碎石桩置换率10%。

具体地，步骤s4的工艺流程为：排水板试验性施工→插板点位放样→插板机定位→振动插入排水板→拔管并剪断排水板→插板机移位。

具体地，s4.1，排水板试验性施工

1）打塑料排水板之前，需进行一次回淤探摸，先用桩管插入一定深度，然后缓慢提出，检查是否有回淤；如果回淤较厚，采取相应措施进行处理，再进行塑料排水板的施打；

2）在正式施工前，应结合地质情况选取代表性位置进行试验性插板施工，保证塑料排水板入土长度穿透软弱土层，试验后对塑料排水板进行入土长度检测和排水板间距检测；

s4.2，插板点位放样

塑料排水板的布点采用等边三角形布点，碎石桩间形心插塑料排水板，平面定位允许偏差≤5cm；

s4.3，插板机定位

将塑料排水板与桩尖连接贴紧管靴并对准放样点位；

s4.4，振动插入排水板

塑料排水板入土深度以穿透软、可塑层为准，实际打入深度不得小于设计深度，并参考碎石桩入土长度，施工要求插板进入非软弱土层1-2m，塑料排水板接长时，采用滤膜内芯板平搭接的连接方式，搭接长度宜大于20cm；

s4.5，拔管并剪断排水板

到达设计深度后，开始拔管，塑料排水板顶端埋入排水垫层内的长度不应小于0.5m，并进行剪断；

s4.6，插板机移位

移动机架至另一点位，重复s4.2-s4.6。

具体地，步骤s1中，中风化砂岩垫层的厚度为50cm，压实度≥90%。

具体地，土工布规格为200g/m²；

步骤s3.2和s5.1中，级配碎石褥垫层的厚度为25cm，最大粒径≤5cm，含泥量≤3%。

具体地，步骤s6中，上部土石方填筑体的强夯压实厚度≥5.4米，点夯采用4000kn•m能级，满夯采用1000kn•m能级。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

单纯的塑料板排水固结法，虽然塑料排水板施工方便、排水能力强，但由于塑料排水板抗压抗弯强度低，也达不到提高软弱土层承载力和抗剪切强度的目标。当堆载荷重较大时，容易变形折断，造成地基失稳、侧向变形增大。为了正常施工，荷载施加必须严格掌握分级施加，且工期长、固结速度慢。增加碎石桩后，由于碎石桩具有很高的抗剪强度，且也具有排水作用。碎石桩作为地基增强体，可有效提高地基的极限承载力和抗剪强度。使得堆载荷载控制较为容易，不易形成地基失稳，侧向变形增大。同时加快地基土的固结稳定。本发明采用地基土和竖向增强体在填筑体的堆载预压下达到了固结密实的地基处理方法，同时填筑体在分层回填、分层强夯的过程中，既有分级堆载预压的作用又有强夯时夯击时的动力固结作用，因此本发明并非是单纯将单独碎石桩施工方法和单独排水方法组合在一起，而是将两者的工艺衔接起来，再通过填筑体的分层（分级）堆载预压作用和强夯的动力固结作用，形成了系统的挤密排水和堆载预压、动力固结的施工工艺。本项施工技术是不同地基加固原理和施工方法结合应用的一个范例，既充分发挥了碎石桩、塑料排水板堆载预压和强夯动力固结各自的优点，进行优势互补，避免了单一地基处理方法的缺陷，既提高了一般软弱地堆载预压排水固结方法达不到地基承载力和抗剪切能力的水平，能很好控制地基深层水平位移，又加快了软土排水固结的时间，提高了地基的有效应力，消除了软土地基的不均匀沉降，同时上部填筑体采用了强夯施工工艺，进行堆载预压和动力固结，促进和加快了地基土的排水固结时间，缩短了填筑体沉降稳定周期。

附图说明

图1为本发明提供的碎石桩、排水板、上部填筑体强夯复合处理淤泥质土地基的方法的流程图；

图2为碎石桩和塑料排水板的平面布置示意图；

图3为图2所示平面布置示意图的i-i方向剖视图。

图中：1-碎石桩；2-渗水土工布；3-级配碎石褥垫层；4-塑料排水板；5-上部土石方填筑体；101-软弱土层；102-非软弱土层。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种碎石桩、排水板、上部填筑体强夯复合处理淤泥质土地基的方法，包括下述步骤：

s1，铺设施工垫层

场地清表后，铺设预设厚度的中风化砂岩垫层并平整，用振动压路机压实，以满足桩机行走；

s2，碎石桩1施工，采用振动沉管法，形成软弱地基土和碎石桩1竖向增强体共同承担荷载的人工地基；

s3，铺设碎石桩顶下部土工布和垫层，在人工地基上，铺设渗水土工布2和级配碎石褥垫层3，形成水平排水垫层的下基层；

s3.1，铺设排水垫层下部土工布

碎石桩1施工并检测完成后，对场地进行清理、平整，用振动压路机对桩顶进行碾压，在桩顶铺设一层渗水土工布2；

s3.2，铺设第一层排水垫层

在渗水土工布2上铺设预设厚度的级配碎石褥垫层3，垫层材料要求便于塑料排水板4可以埋入级配碎石褥垫层3，并且上部土石方填筑体5加载荷后，可以形成排水通道；

s4，塑料排水板4施工，在下基层上进行排水板施工，对复合地基进行垂直排水固结；

s5，铺设上部垫层和土工布，完成垫层的上基层；

s5.1，铺设上层排水垫层覆盖排水板

插板完成并检测后，铺设预设厚度的级配碎石褥垫层3以覆盖塑料排水板4和盲沟顶部，确保塑料排水板4外露部分埋入碎石排水垫层中；

s5.2，铺设排水垫层上部土工布

对排水垫层进行平整，用振动压路机对垫层进行碾压，铺设排水垫层顶部渗水土工布2；

s6，填筑体分层分级强夯；

上部土石方填筑，先采取点夯，后满夯处理。

实施例2

在我国西南地区，淤泥质土地基分布范围广、厚度大，且分布不均、厚度变化大等工程问题。其中沟谷水塘淤泥等软土埋深大，平均值大约5m，最大埋深13m。淤泥质土含水量大于流性界限、孔隙比大、力学强度低、压缩性强。由于其结构复杂、压缩变形量大，场道地基工后沉降控制难度大。

一、施工工序和参数

1.1铺设施工垫层

场地清表后，铺设50cm厚中风化砂岩垫层并平整，用振动压路机压实，要求压实度≥90%，以满足桩机行走。

1.2碎石桩施工

1.2.1工艺流程

试验性施工→布点和桩机定位→桩管下沉到设计深度→停止振动并装入规定数量的碎石→挤密碎石成桩→边振动边拔管至设计标高。

1.2.2试验性施工

正式施工前，应结合地质情况选取代表性位置进行成桩工艺和成桩挤密试验。碎石桩施工完成21天后，进行桩身重型动力触探检验和桩间土标贯检验，当成桩质量不能满足设计要求时，应在调整设计与施工有关参数后，重新进行试验。

1.2.3布点和桩机定位

碎石桩的布点采用等边三角形布点，间距1.8m，布桩误差控制在±5cm内。

待桩机就位后，合拢合瓣桩尖，将管桩向下垂直，使桩尖对准桩位标记，利用桩尖徐徐静压1-2min后开动振动锤振动下沉。调整桩机搭架，使沉管与地面基本垂直，校正桩管垂直度不大于1.5%；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长。

1.2.4桩管下沉到设计深度

启动振动锤，将桩管下沉到设计深度，要求达到持力层电流值≥150a，并持续振动1-2min，确保穿透软弱土层和硬塑夹层。

1.2.5停止振动并装入规定数量的碎石

停止振动，稍提升桩管使桩尖打开，立即将碎石由加料口注入桩管内，灌入量按桩身理论方案量值与充盈系数计算。做好现场施工记录，严格控制每根桩的碎石充盈系数，充盈系数一般控制在1.2-1.4。

1.2.6挤密碎石成桩

1）振动拔管：管内灌入碎石高度需大于2/3管长，方可开始振动拔管，应有专人负责记录碎石灌入量，以防超灌或少灌。拔管速度应均匀，不宜过快，宜控制在1m/min，每提管50cm留振20s。

2）每拔管达到1m向下反插深度不小于30cm至稳定电流，在距离地表2~6m范围内，反插深度不小于50cm，进行数次反插直至桩管内碎石全部灌入。

3）根据单桩设计碎石用量确定第一次投料的成桩长度，管内灌入碎石高度需大于2/3管长，方可开始振动拔管；碎石桩拔管过程中，应经常敲击沉管，确保沉管内碎石流入桩孔内，避免缩颈现象发生。

4）投料时要分批加入，并有专人负责记录碎石灌入量，直至该桩设计碎石用量全部投完为止，以防超灌或少灌。

1.2.7边振动边拔管至设计标高

1）继续边拔管边振动、边反插，直至拔出地面；

2）拔出地面后，启动振动，进行最后一次反插；

3）孔口加压至前机架抬起，完成一根桩施工；

4）桩机移位：移动桩架至另一孔位，重复以上操作。

1.3检验、验收

1）桩身重型动力触探检验。

2）桩间土标贯检验。

3）检验宜在碎石桩1施工21天后进行。

1.4铺设排水垫层下部土工布

碎石桩施工并检测完成后，对场地进行清理、平整，用振动压路机对桩顶进行碾压2遍，在桩顶铺设一层渗水土工布，渗水土工布规格为200g/m²。

1.5铺设第一层排水垫层

在渗水土工布上铺设25cm厚级配碎石褥垫层，垫层材料要求最大粒径≤5cm，含泥量≤3%。以便塑料排水板可以埋入级配碎石褥垫层，并且上部土石方填筑体加载荷后，可以形成排水通道。

1.6塑料排水板施工

1.6.1工艺流程

排水板试验性施工→插板点位放样→插板机定位→振动插入排水板→拔管并剪断排水板→插板机移位。

1.6.2排水板试验性施工

1）铺设排水垫层后，再进行塑料排水板施工。打塑料排水板之前，需进行一次回淤探摸，先用桩管插入一定深度，然后缓慢提出，检查是否有回淤。如果回淤较厚，报告有关各方，采取相应措施进行处理，再进行塑料排水板的施打。

2）在正式施工前，应结合地质情况选取代表性位置进行试验性插板施工，保证塑料排水板入土长度穿透软弱土层，试验后对塑料排水板进行入土长度检测和排水板间距检测。

1.6.3插板点位放样

塑料排水板的布点采用等边三角形布点，碎石桩间形心插塑料排水板，平面定位允许偏差≤5cm。

1.6.4插板机定位

将塑料排水板与桩尖连接贴紧管靴并对准放样点位。

1.6.5振动插入排水板

塑料排水板入土深度以穿透软、可塑层为准，实际打入深度不得小于设计深度，并参考碎石桩入土长度，施工要求插板进入非软弱土层的深度1-2m。塑料排水板接长时，采用滤膜内芯板平搭接的连接方式，搭接长度宜大于20cm。

1.6.6拔管并剪断排水板

到达设计深度后，开始拔管，塑料排水板顶端埋入排水垫层内的长度不应小于0.5m，并进行剪断。

1.6.7插板机移位

移动机架至另一点位，重复以上操作。

1.7测量、验收

1）塑料排水板入土长度检测，不得低于设计值，要求板长穿透软、可塑层，检测数量不低于插板根数的30%。

2）塑料排水板间距检测，检测数量不低于插板根数的4%，允许偏差±150mm。

1.8铺设上层排水垫层覆盖排水板

插板完成并检测后，然后再铺设25cm的级配碎石褥垫层以覆盖塑料排水板和盲沟顶部，确保塑料排水板外露部分埋入碎石排水垫层中。

1.9铺设排水垫层上部土工布

对排水垫层进行平整，用振动压路机对垫层进行碾压2遍，再铺设排水垫层顶部渗水土工布，渗水土工布规格为200g/m²。

1.10上部土石方填筑，采用4000kn•m的点夯，1000kn•m的满夯。

二、材料的选择和成分控制

2.1桩体碎石和级配碎石褥垫层规格要求

桩体碎石和级配碎石褥垫层规格要求为：碎石饱和单轴抗压强度fr≥30mpa，软化系数kr≥0.75；连续级配，粒径≤5cm，不均匀系数cu≥5，曲率系数cc=1-3，含泥量≤3%；

2.2垫层土工布规格

200g/m²渗水土工布基本项技术要求如下表所示。

2.3塑料排水板规格

塑料排水板指标要求如下表所示。

三、复合地基施工质量控制标准。

3.1复合地基严格按碎石桩和塑料排水板组合加上部填筑体强夯复合处理地基的施工工艺施工，严格控制每个碎石桩桩间距和每个塑料排水板间距，以及控制桩长和板长。

3.2碎石桩沉管电机应采用双电机，且每台电机功率为55kw；桩底到达持力层的电流值不小于150a，才能确保桩体穿过设计要求的软塑、可塑土层达到硬塑层，确保桩体着底深度（桩长）达到要求。

3.3桩底到达持力层后，应并持续振动1-2min，确保能穿透硬塑夹层。

3.4碎石桩桩径为60cm，沉管桩尖直径≥60cm，才能保证桩身充盈系数≥1.2。

3.5拔管速度和反插次数严格按施工工艺要求实施。拔管速度应均匀，宜控制在1m/min，不能过快，否则会导致成桩直径较小，甚至产生缩径或断桩。每提管50cm留振20s，每拔管达到1m向下反插深度不小于30cm至稳定电流，在距离地表2~6m范围内，反插深度不小于50cm。

3.5碎石桩拔管过程中，应经常敲击沉管，确保沉管内碎石流入桩孔内，避免缩颈现象发生。

3.6塑料排水板入土深度以穿透软、可塑层为准，实际打入深度不得小于设计深度，并参考碎石桩入土长度，施工要求插板进入非软弱土层的深度1-2m。

3.7塑料排水板定位偏差≤50mm，打设过程中套管的垂直度偏差≤1.5%。

3.8套管桩靴和套管应配合适当，结合紧密、无缝，以免淤泥进入后增大塑料排水板与套管内壁的摩擦力，导致塑料排水板回带。

3.9塑料排水板需接长时，应采用滤膜内芯板平搭接的方法。芯板应对扣，凹凸对齐，搭接长度不小于0.2m，滤膜包裹应采取可靠措施固定。

3.10塑料排水板顶端埋入排水垫层内的长度不应小于0.5m。

3.11上部土石方填筑体的强夯压实厚度不小于5.4米，点夯采用4000kn•m能级，满夯采用1000kn•m能级。

以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。