振冲碎石(砖)桩在加固杂填土地基中的应用与分析
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摘 要：本文结合具体工程总结了干法振冲碎石（砖）桩在加固杂填土地基中的经验，并进一步提出了改进意见。
中图分类号： TU63+3 文献标识码： A
概述
随着城市建设的发展，建设用地日趋紧张，可供选择的理想的地基愈来愈少，不少建筑物只能建在杂填土或其他软弱土地基上。目前处理软弱地基的方法有换土垫层法、强夯法、加深基础法等。有的开挖土方量大、造价高、不经济，有的噪声大，使用受到限制。干法振冲碎石（砖）桩，在加固建筑场地软弱地基、提高地基承载能力上，具有少开挖土方，施工速度快等优点，且为干作业，施工不受季节限制。
我国70年代引进振冲技术，目前已在全国推广使用。结合我市具体情况，古老的城市杂填土或软层分布较广，在一些工程上采用振冲碎砖柱碎石桩，取得了良好的经济效益和技术效益。
加固原理
干法振冲碎砖桩或碎石桩是用振冲成孔器成孔，原孔位土体在成孔过程中被挤压至周围土中去，即从孔中不出土。孔被钻至设计深度提起成孔器，分层灌入一定级配的碎砖备料，每层均用成孔器振冲密实，这样即形成一个密实而坚硬的碎石（砖）桩。
干法振冲碎石（砖）桩加固杂填土及软土地基，是属于物理加固地基的方法。加固的目的是使碎砖桩和被挤密的土体共同组成复合地基，承受上部结构荷载，并按变形一致的原则，由压缩小的碎砖柱承受大部分上部荷载，桩间土承受一部分荷载，这样就减轻了桩间土的荷载，提高了地基的承载能力，减小了建筑物的变形。
由振冲碎石（砖）桩和被挤密的土体共同组成复合地基，其土体在水平作用下，产生径向位移，使桩周围形成非常密实的挤密区，土反过来对桩起约束作用。复合地基之所以较天然地基承载力高，主要是桩的变形模量大，应力集中，桩间土由挤密作用承载力也高于天然地基。
振冲碎石（砖）桩对于加固以建筑垃圾、生活垃圾、工业废料等为主组成的杂填土地基，其效果更为显著。利用杂填土的松散性、无疑聚性及适水性好的特点，采用干法振冲的方法使松散的土体在一定深度内达到密实状态，因而提高地基的承载能力。
在刚性基础作用下复合地基的应力是不均匀的，桩间土应力低于桩的应力，且桩间土应力也不均匀，靠近桩的挤密区应力高，距桩远处则应力低。
工程实例
某营业楼，5层，柜架结构，底层建筑面积720㎡，建筑场地在老城区，地面以下杂填土约6.0m深，地质报告提供的杂填土层无数据，且从土工试验数据看，土质松散，密实性极差，不能做天然地基。按照以往传统的做法－换土垫层法，在此处行不通。因为地处闹市区的十字路口，挖出的杂填土无处堆放，新土现场无土源，要从远处运土，同时杂填土层太深，开挖土方量太大。也曾考虑到适当加深基础，即将基础底标高降低，下边所余的杂填土层再以灰砂碎石挤密短桩处理，但这样出土堆放仍然困难，且由于加深基础，增加了造价。此外还考虑到采用钢筋混凝土桩基，由于杂填土层仅有6.0m深，6.0m以下土层均较好，且上部结构荷载不很大，采用桩基势必造成浪费，技术上也不尽合理。根据该楼的地质条件，其杂填土深度，采用振冲碎石（砖）桩最为适宜。
该杂填土地基6.0 m深，而承德生产的钻机（即成孔器）可钻深度6.0 m ~ 7.0 m，钻机能力与地基钻深要求相适应。为成孔、填料、成型方便，采取在平整的场地上按基槽位置以3倍桩径布孔，即先-8做庄后挖槽的做法，在槽深范围内不做桩。由于场地标高低，与室内地坪尚有一定距离，实际挖槽深仅1.0m多，桩深度近5m，桩径采用400㎜。由于该工程拆除原旧碎砖较多，有收购一部分其他碎砖，本着就地取材、降低造价的原则，采用了碎砖桩。施工中从各孔灌注碎砖材料看，多数孔用料正常，有的孔用料较多，有的孔用料成倍增加，用料多者说明该地基松散，碎砖桩成型直径大，用料多。振冲碎砖桩的规律是：地基愈软，成型桩直径愈大，地基愈硬，则成型桩直径愈小，且桩深上下直径形成不规则状。振冲桩的密实度是通过“密实电流”控制的
该地基经过检测，并参照其他类似杂填土地基的试验数据，确定地基承载力为180kPa，达到了加固后地基承载力不低于150 kPa的设计要求，且变形模量亦成倍增高。
几点分析
通过以上工程实例及其他工程实践，对干法振冲碎石（砖）桩加固软土地基提出如下几点分析。
1. 振冲碎石（砖）桩的骨料可为碎石，亦可为碎砖，视当地材料来源及价格确定。有的新建建筑物是在拆除的老建筑的原址建的，拆除的碎砖见多，适当加工，完全可以用做桩的骨料。有的建筑物虽然在新址上，但当地可采取廉价的碎砖也可使用。实践证明，振冲碎石桩处理的软土地基完全满足设计要求。更重要的是废料利用，造价低廉，降低地基加固的成本
2.根据有关文献资料介绍，通过电镜观察发现振动引起桩间土的密实效果是随土的深度的增加而递减的，地应力随深度的增大振动影响的减弱衰减很快。因此，桩长对复合地基的作用是有限制的，一般情况下，振冲桩的长度不宜过深，一般以7.0 m ~ 8.0 m为宜。特殊情况下，可适当加深。
3. 干法振冲碎石（砖）桩加固软土地基，特别是杂填土地基是成功的。其理论有据计算有法，实践上有成套的措施，且其综合效益是显著的。采用振冲桩组成复合地基，某些工程取代了钢筋混凝土柱，加快了工程进度，降低了工程造价。一般加固后复合地基允许承载力为加固前的地基允许承载力的2~2.5倍，变形模量为加固前的2~2.5倍。
4.复合地基承载力的确定是振冲碎石（砖）桩加固软土地基关键的环节，而地基承载力的取得，最直接的是大压板静载试验，但试验工作量大，且不经济。目前采用的小压板试验，即将单桩体承压与桩间土压分别试验，然后按变形协调条件，分别取得相同限定变形量下所对应的荷载确定为单桩及桩间土的允许承载力。
复合地基承载力的就算可按下式进行：
fosr=－logw﹝(n－1)a+1﹞fos
式中w－加固前天然地基含水量，以小数点表示；
n－桩土应力比；
a－置换率
fos－加固后桩间土的承载力基本值。
具体计算详见本文参考文献。
5.复合地基不仅能提高地基承载力、减少建筑物沉降、缩短沉降时间、增加稳定性，而且能够改善地基土抗液化和抗湿陷性，这种对地基的根本治理，是很值得重视的。
振冲碎石（砖）桩是适合我国国情的地基处理方法，因而要因地制宜地选择填料，如砖块、炉渣、建筑垃圾、工业废料等尽量利用，即可对软弱地基进行处理，降低工程造价，又可充分利用废料，不但取得经济效益，还可取得社会效益。
改进意见
1.干法振冲碎石（砖）桩有其特点及适用范围，在实际工程中又常常遇到场地地址条件复杂：软土层深浅不一；地下水位较浅；土质松散，产生塌孔；土层中有大石块等障碍物。除应研究干法振冲成孔器与其他穿透能力强的成孔机械相结合，穿透坚硬夹层可以拓宽干法振冲碎石（砖）桩的应用范围外，还可使振冲碎石（砖）桩与砂碎石挤密桩相结合，联合处理局部含水量高的地基。振冲碎石（砖）桩与混凝土灌注桩相结合，可以提高建筑物抗水力的能力。
2.目前复合地基的检测手段发展缓慢，跟不上地基处理的需要。在实测技术上，除继续改进静载测试外，一定要设法在动测技术上突破难关，使动测的准确要求及静确度满足设计要求，以推动此项技术的发展。
3.复合地基不仅能够提高地基承载力、减少建筑物沉降、增加稳定性、缩短沉降时间，而且还能够改善地基土抗流化和抗湿陷性，对软弱地基的根本治理可谓“一举多得”。