作者：陈彬 来源：广州铁路集团公司娄底工务段
碎石桩是处理湿陷膨胀黄土松软土体或地基的一种施工方法。在基础整体变形下，通过桩、土的变形协调，大部分荷载传递给刚度大、强度高的碎石桩体，土体上的负荷大为减少，改善了湿陷地基的工程性能。同时，碎石桩能增加黄土密实度，使孔隙比减少，从而消除湿陷性，减少压缩性，提高抗震性能，减少沉降与不均匀沉降，缩短沉降期。本文结合湘黔下行线K115+500一K116+100工程实例，介绍碎石桩施工技术在处理湿陷性黄土边坡中滑坡的应用，并提出施工中注意事项。
一、工程概况
湘黔下行线K115+500一K116+100工程，长600米，设计时速120公里。本段以路堑通过，中心挖方高约30米，左侧挡墙高8米，厚3米。挡墙上为二级防护，一级防护为浆砌片石加支撑盲沟，二级防护为骨架护坡，天沟以外有民房。秋检发现片石护坡上有10—50毫米宽的裂缝3条，同时挡墙与护坡接壤处鼓包变形。该范围内主要出露地层为第四季晚更新世Q3的马兰期黄土，其下为卵石土，再下为砂岩，岩性分述如下：
黄土：厚度5～8米，局部夹粘质黄土层，硬塑，Ⅱ级土，具Ⅱ级自重湿陷性，湿陷土层厚4.6～7.5米；卵石土：厚度大于5米，成份以砂岩、花岗岩为主，混圆状，粒径组成：20—40毫米、40—60毫米及大于60毫米者分别约占40％、15％、5％，局部夹圆砾及砾石薄层，中密，潮湿，Ⅲ级；砂岩：抗压强度50～150 Kpa，抗剪强度5～15Kpa，块状结构，硬度高。
水文地质条件：工点范围地下水埋深大于20米；地震动峰值加速度为0.4g(V级次强震)。
二、路基加固原理
(1)碎石桩由粒径为10～30毫米的碎石、石灰、水泥、河沙、水按一定比例搅拌后灌注到桩孔，与周围的黄土形成复合地基，石灰、水泥吸收黄土周围的自由结合水，降低水的含水量，黄土的收缩湿陷性减弱，土趋于更密实。
(2)密实的碎石桩体取代了与桩体体积相同的软弱黄土，由于桩的强度和抗变形性能均优于周围的黄土，所以由桩与桩间黄土共同组成的复合地基的性能得到改善，沉降量也比天然地基小，从而提高了地基的整体稳定性和抗破坏力。
(3)在粘质黄土中沉入桩管时，对其周围产生很大的横向挤压力，桩管将地基中等于桩管沐积的土挤向桩管周围的土层，使土体孔隙比减小，密度增加，从而消除黄土湿陷性，提高地基承载力。
(4)土层密实度增加，结构强度提高，表现在标贯击数增加，从而提高土层本身的抗液化能力；同时，碎石桩为良好的排水通道，可以加速挤压作用产生的超孔隙水压力消散，降低隙水压力上升的幅度，从而提高桩间土的抗液化能力。
(5)根据西安铁路科研所模拟实验得知，改性桩在黄土的影响范围为桩直径的4倍，故选用桩的直径为0．3米，设计桩间距为1米，因此桩的影响范围有0.2米的重叠，增强路基的稳定性。
三、施工工艺
1．方案比选
成桩方法分为震动成桩和锤击成桩两大类。震动成桩对临近建筑物影响较大，为保证临近建筑物的安全，选用影响较小的锤击成桩法施工。
锤击成桩法分为单管成桩和双管成桩两种。比较而言，双管成桩浪费较小、成桩陕、操作简便，易于控制桩身质量，故选用双管锤击成桩法施工。
2．桩机选择与就位
选用柴油打桩机，起重能力300KN，桩锤15 KN。桩管：护筒采用壁厚6毫米无缝钢管，内配芯管，芯管前安装合金短刃开口钢靴桩尖。护简直径320毫米，芯管直径300毫米。芯管采用1：5米，护简长每节均为1.5米。配备投料漏斗及加料设备(手推车)。
为减少制桩过程对桩间土的扰动，采用间隔制桩方式施工。桩机就位后，桩管尖端对准布好的桩位，并确保尖端与孔位中心的偏差不大于2厘米，桩管倾斜度不大于1／400。
锤击造孔。起动柴油桩锤，将内、外管同时打入土层中至设计规定的深度，在终孔后(达设计深度)及时进行清孔。
初投“座底”。拔起内管(以不堵住外管投料口为限)，打开料口，将碎石装入外管里；关闭投料口门，放下内管压在外管内的碎石面上，拔起外管，使外管上端与内管和桩锤接触；起动桩锤，桩底第一次投料宜少，填0.5手推车(约0.07立方米)，然后锤击压实，这一阶段叫“座底”，可以保证桩长和桩底的密实度。
连续造桩。拔起内管，向外管里加碎石，每次投料为1手推车(约0.14立方米)，然后锤击压实，保证桩的密实度；重复以上步骤，直至拔管接近桩顶。
封顶成桩。制桩达到桩顶时，最后2次加碎石每次加1.5手推车，进行锤击压实至地面。这一阶段叫封顶。要求有效桩长偏差不得大于－10厘米。
回填封闭。所有桩孔封顶成桩后，及时回填改性土(成桩孔内挖出的黄土、石灰、水=70：20：10)夯实，干砌片石勾缝封闭。重复操作，直至边坡湿陷滑坡外。
四、质量控制及检测
1．桩身连续性
拔管时如没有拔空管现象，一般可避免断桩，确保桩身连续，出现桩突然急剧下沉，或同时发生倾斜，一般是桩尖劈裂，桩突然难于下沉、桩回跳严重，要拔出芯管看是否有岩石粉末，继续、用桩锤连续打击3～5次，排除有小块岩石夹在中间，若多次连续打击不能击破后，才能确认此桩已达设计要求。
2．桩身直径和密实度
本工点以减少黄土孔隙比，增强密实度消除湿陷性为主要处理目的，故施工中以填料量控制为主。通过现场试验，级配碎石压实系数为0.62。每1手推车碎石锤击密实后理论制桩长度为：L=0.62×0.14/0.32×π/4=1.22米。
为确保桩身密实度，施工中按每1手推车成桩0.8米控制桩身高度，则安全系数为：η=1.22/0.8=1.52。
3．质量检测
通过挖除试验桩周围土体量测结果显示：有效桩身直径在0.35～0.39米之间，成桩效果良好，满足设计要求。
本工点碎石桩主要目的在于消除黄土湿陷性，未对复合地基承载力作定量要求，故仅抽检桩身进行标准贯人试验，检验其密实度。共完成40根桩的桩身标准贯入试验，每根N63.5值均大于28，平均N63.5值为31。根据杆长的修正系数(查《工民建规范》α=1.05)与密实度间的关系，N63.5≥32.5时桩体密实程度达到密实状态，确认桩身整体密实质量良好。
五、施工注意事项
桩体材料粒径为10～30毫米级配碎石。本工点天然黄土含水量较高，一般为15％左右，因此碎石含水量不宜大，一般选用含水量9％的级配碎石；施工前应先做7～9根试桩，通过试验确定施工参数；每一工作平台施工顺序应从两侧开始，逐渐向中间推进，每一级工作平台由下向上开挖，根据现场情况确定工作平台的宽度，坡度越平缓宜宽，反之则以能装、移柴油桩锤钻孔机为宜；如出现拔空管现象时，须在原位再沉管投料一次或旁边补打一根桩。
六、整治效果
该工程共计打桩1136个，总计长6886延米，工程于2001年底竣工，到2005年初经历4个雨季后，每年的防洪及路基秋检发现，该护坡整体稳定，未出现湿陷滑坡现象。利用相同的施工工艺，对湘乡市铝合金厂专用线一段路基下沉进行矿碴代替碎石做桩的骨料进行处理，也取得较好的整治效果。
双管锤击碎石桩法其优点在于：碎石桩体的排水通道作用是碎石桩法处理饱和软弱地基的主要作用密一，在粘性土中尤其显著，因此不受地下水位限制；成桩时，较振动成管法对地基土结构、构造的扰动小。因此，制桩结束后，山体恢复期短，有利于工序衔接，降低工程成本。碎石桩过去主要用于建筑物软弱地基加固，较少用于路基湿陷性黄土地基处理。实践表明：碎石桩能有效消除黄土地基湿陷性，其施工方法是可行的。因为桩群与土体形成复合路基，可以增强路基的整体稳定性，提高路基承载力，减少沉降和不均匀沉降，由于桩的压缩性比桩间土体低，外部传来的荷载大部分由桩承受，只有小部分荷载直接作用于桩间土体，路基应力在一定程度上向桩集中。 | 
