1、公路施工中碎石桩的加固原理

　　碎石桩是指振动、冲击或水冲等方式在松软土地基中成孔后，再将碎石挤压入土孔中，形成大直径的由碎石构成的密实桩体，以提高软土地基的整体抗剪强度，减少地基沉降。其适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，也可用于处理可液化地基。

　　1.1沙土类加固机理——挤密

　　疏松沙土为单粒结构，孔隙大，颗粒位置不稳定，在静力和振动作用下，土粒易位至稳定位置，使孔隙减少而压密。在挤密碎石桩成桩过程中，桩套管挤入沙层，该处的沙被挤向四周而变密。

　　挤密碎石桩的加固效果包括：1)使松沙地基挤密至小于临界孔隙比，以防止沙土振动液化;2)形成强度高的挤密碎石桩，提高了地基的强度与承载力;3)加固后大幅度减少地基沉降量;4)挤密加固后，地基呈均匀状态。

　　1.2粘土性加固原理——置换

　　碎石桩在粘性土地基中，主要利用碎石桩本身的强度及其排水效果。其作用包括：

　　①碎石桩置换。在粘性土中形成大直径密实碎石桩体，碎石桩与粘性土形成复合地基，共同承担上部荷载，提高了地基承载力和整体稳定性。

　　②上部荷载产生对碎石桩的应力集中，减小粘性土的应力，从而减少地基的固结沉降量。经碎石桩处理淤泥质粘性土地基，可减少沉降量20%～30%.③排水固结，碎石桩在粘性土地基中形成排水通道，因而加快固结速率。

　　2、碎石桩设计计算

　　2.1桩径

　　碎石桩的直径可采用300mm～800mm，根据地基土质的情况和成桩设备等因素确定。对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。

　　2.2桩间距与桩位布置方式

　　碎石桩桩位宜采用等边三角形或正方形布置。碎石桩的间距应通过现场试验确定。对粉土和砂土地基，不宜大于碎石桩直径的4.5倍;对粘性土地基不宜大于碎石桩直径的3倍。

　　2.3处理范围

　　碎石桩处理范围大于基底范围，处理宽度宜在基础外缘扩大1排～3排。可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m.

　　2.4加固深度

　　①当松软土层厚度不大时，碎石桩桩长宜穿过松软底层;

　　②当松软土层厚度较大时，对按稳定性控制的工程，碎石桩桩长应不小于最危险滑动面以下2m的深度;对按变形控制的工程，碎石桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形容许值，并满足松软土下卧层承载力的要求;

　　③对可液化地基，碎石桩桩长应按要求的抗震处理深度确定;

　　④碎石桩桩长不宜小于4m.

　　2.5桩体材料

　　桩体材料可采用碎石、卵石、角砾、圆砾等硬质材料，含泥量不得大于5%，最大粒径不得大于50mm.碎石桩桩孔内的填料量应通过现场试验确定，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数β确定，β可取1.2～1.4.如施工中地面有下沉或隆起现象，则填料数量应根据现场具体情况予以增减。碎石桩桩顶宜铺设一层厚度300mm～500mm的碎石垫层。

　　2.6地基承载力

　　碎石桩复合地基的承载力，应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时，也可通过下列方法估算：

　　fspk=mfpk+(1-m)fsk

　　其中，fspk为碎石桩复合地基承载力特征值，kPa;fpk为桩体承载力特征值，kPa;fpk为处理后桩间土承载力特征值，kPa;d为桩体直径，m;de为1根桩分担的处理地基面积的等效圆直径，m.

　　2.7变形计算

　　碎石桩地基的变形计算，应按现行GB5007建筑地基基础设计规范有关规定执行。复合土层的压缩模量可按下式计算：

　　Esp=[1+m(n-1)]Es

　　其中，Esp为复合土层压缩模量，MPa;Es为桩间土压缩模量，MPa，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基压缩模量。