0前言
济宁曲阜机场新路一期工程，起于国道与洙赵新河桥北堤交叉口，沿洙赵新河北堤向西6.92公里，向北转下河堤至终点济宁曲阜机场航站区东门止。本工程路基21米，路面15米宽，设计标准为二级公路。由于洙赵新河河堤段部分路基为软弱路基，经对被加固区域的水文地质勘探成果、土工试验成果、碎石填料的分布、物理力学性质（粒径、级配及强度和变形指标）以及能具备的施工条件和有关参数等综合分析，结合本地区工程经验，设计单位设计采用碎石桩复合地基处理，并严格按照相关规范进行质量检测。
1、振冲碎石桩作用原理与加固机理
振冲碎石桩是利用一个产生水平振动的竖向管状专用机械，以高压水流边振边冲作用，或干法振冲作用，在软弱地基中成孔，并在孔内分批注入碎石振密成桩，与周围粘性土形成复合地基。由于碎石的挤压作用，使土体更加密实，土中水、气被进一步挤压，这些桩体与原来的软土组成一个整体，共同承受外部荷载，进而提高了土基的承载能力。
振动碎石桩对地基的加固机理一般可分为挤密和置换两种作用。对饱和粘性土，主要是置换；对砂性土，主要是挤密；对非饱和的粘性土，则同时兼有挤密和置换两种作用。一般认为，饱和土体的挤密作用随土中细颗粒含量的减少而减少，置换作用随细颗粒含量的增加而增加。对砂土、粉土及非饱和粘性土，碎石桩起到了挤密、排水、预振、减振作用。对饱和粘性土，碎石桩的作用则是置换和排水。碎石桩运用于地基处理，其本身是由散体材料组成，材料本身没有粘性强度，桩体的强度主要是靠周围土体的约束和桩身材料的摩擦维持的，在承受上部荷载时，桩体主要受力集中在桩顶附近4倍左右的桩径范围内。同时碎石桩由于设置了反滤性和渗透性都较好的碎石，使得土体固结排水路径大大缩短，固结速度大大提高，土体的强度和对整体的约束能力也得到提高，从而使复合地基的承裁力得到提高。
2、碎石桩特点
碎石桩不同于其他的刚性较大的钢筋混凝土桩和钢桩。它具有如下特点：
2.1桩径较粗，一般70-cm，本工程选用50cm桩径。
2.2沿轴向可以是变直径的，由于振冲器的输出功率是预定值，因此随地基土层强度的不同所形成的桩径也有所不同，对较为不良的软土可以“照顾”多注入碎石来增强承载能力。
2.3碎石桩的刚度比地基土大，但又比钢材和混凝土小，它在受力过程中可以适应较大的变形，与刚度较大的钢筋混凝土桩和钢桩相比，它是一种柔性桩。
2.4碎石桩的受力过程必须与其周围土体结合以复合地基受力，就其本质而言，桩是地基的一部分。
2.5碎石桩是嵌固在土体中的散立体桩，当碎石桩顶部承受荷载后，桩体就会产生侧向膨胀，从而使得碎石桩的承载力受到其周围土体强度的制约，这也是其被称为复合地基的缘由，设计桩的直径、长度、间距必须考虑周围土的影响因素。
2.6碎石桩的透水性较好，桩体一般有良好的排水作用，可加速软土地基的固结。
3、碎石桩复合地基的工程特性
碎石桩的上述特点决定了振冲碎石桩复合地基具有如下工程特性：
3.1承载能力可显著提高。由于复合地基是由两种不同刚度的碎石和土体所组成，当基础上部荷载传递到复合地基上时，将发生压力重新分布，从而导致部分压力向刚度较大的碎石桩体上集中，这种压力集中现象必将显著的提高地基的承载能力，减少其沉降量。同时，由于碎石桩能很好地在受力变形过程中与周围土体相协调，使得不会出现钢筋混凝土桩和钢桩的所谓负摩擦一类问题，从而减少了碎石桩承载能力的损失。
3.2沉降量可明显减少。由于复合地基中有刚度比周围土体大得多的碎石桩体存在，碎石对土体的置换作用，使得复合地基的变形模量比天然地基的变形模量大大提高；同时，复合地基作为一个复合土层，相当于在软基上形成了一个硬壳层，这个硬壳层像垫层一样能够起到压力扩散和均布作用。值得一提的是，由于振冲碎石桩的桩径随着地基土强度的不同而不同，因此振冲制桩将原来不均匀的地基，通过制成的不同桩径，使强度不均匀的天然地基变成了强度比较均匀的复合地基，从而可减小地基的不均匀沉降。
3.3抗剪性能和排水效果可大大提高。由于碎石桩本身的抗剪强度大于软土的抗剪强度，同时，碎石桩与软土合成的复合体，其抗剪强度也有相当大的提升，从而使得复合地基的抗剪性能得以显著改善，这有利于提高地基的稳定。另外，由于碎石体的透水性较好，因此振冲碎石桩复合地基的排水性能得以改善，这为加速软土的地基固结，减小地基的工后沉降，提供了重要条件。
以上工程特性说明，振冲碎石桩是一种多快好省加固软土地基的方法。与砂井和其他排水固结方法相比，碎石桩不需预压，加固周期短；与预制混凝土桩相比，碎石桩不需要钢筋、水泥和木材，施工简单，造价低廉。该方法历经近半个世纪发展，积累了丰富的工程实践经验，设计、施工和质量控制技术日臻成熟，值得大力推广和应用，综合考虑，机场路工程在软土淤泥段采用了碎石桩复合地基处理手段。
4、施工技术参数及要求
结合经对被加固区域的水文地质勘探成果等综合经济技术分析，本工程决定采用如下技术要求：
4.1桩基处理范围：横向路基基底坡脚线外，必须加设两排护桩，目的是加强高填路基的防侧移能力。
4.2设计桩径：50cm。
4.3设计桩长：6m或8m，具体根据地质勘探情况，其实质是保证成桩下端穿过松软质土层不小于50cm，就如钻孔桩的要达到持力层。
4.4布桩：可按设计路基范围内满堂均匀布桩，具体可按平面×mm正方形布桩，正方形中心增设一桩。这样计算每个桩体承担的承载面积为1.2m*1.2m。
4.5检测指标及标准：施工期间及结束，检查碎石桩的施工记录，包括检查振冲次数与时间、每次填料数量、桩长记录。根据设计要求，并按照相关规范要求检测复合地基承载力特征值fspk≥Kpa。
5、施工工艺
5.1施工准备—场地平整—测量高程—定位放线。
5.2填料收购—施工设备进场—设备安装并试运行—布放桩位—机械就位—冲击成孔至设计深度—填料挤密至设计标高。
5.3填料粒径要求应不大于50mm。
5.4施工顺序，应从路基基槽两边向中间打进。
5.5施工前应选择2-3个部位进行试桩工作。
5.6碎石桩施工结束，承载力检测完毕后，应去掉设计桩顶以上约50cm松散桩体，并用平板振动夯夯实一遍，然后铺设30cm垫层并夯实后，再进行路基的正常填筑施工。
6、碎石桩复合地基的检测
6.1检测依据：
《建筑地基基础设计规范》GB-
《建筑地基处理技术规范》JGJ79-
《机场路岩土工程勘察报告》
《机场路设计文件》
6.2碎石桩检测所需仪器
为确保工程进度要求，检测部门配备cm*cm荷载板4个、千斤顶4个、精密压力表4个、百分表16个。
6.3检测流程
根据设计图纸，一根桩承担的处理面积为1.44平方米，因此选用厚度为2.5厘米，长宽各为1.2米的正方形钢质荷载板，检测前先测量桩顶标高是否符合设计要求，不符合要求则视情况进行增减，在桩周围铺设厚度约50-mm中砂垫层，然后安放载荷板、油压千斤顶等后续工作。检测期间注意周围不要出现大的震动以免挠动土体影响测试结果。工作流程如下所示：
整平试验点至设计标高安放载荷板、油压千斤顶安装配重安装试验用仪表分级加载试验分级卸荷整理试验资料。
6.4复合地基静载荷试验装置图
承载力检测示意图6.5加卸荷载标准
复合地基荷载试验加荷分为8-12级，最大加载压力不应小于设计压力值的2倍，为兼顾保施工进度的要求，本工地试验选用8级加载法，每级加载50.4kN，最大加载至.2kN，承载力达到kPa。卸荷级数为加荷级数的一半等量进行。
加荷时每加一级荷载前后均应各读记承压板沉降量一次，以后每30分钟读记一次。当一小时内沉降小于0.1mm时，即可加下一级荷载。加荷时，当出现下列现象之一可终止试验：
（1）沉降急剧增大，土被挤出或承压板周围出现明显隆起。
（2）承压板的累计沉降量已大于其宽度的6%，即7.2cm。
（3）当达不到极限荷载，而最大加载压力已大于设计要求压力的2倍。
卸荷时，级数定为4级，等量进行，每卸一级，间隔30分钟读记回弹量，待卸完全部荷载间隔3小时读记总回弹量。
6.6复合地基承载力特征值的确定
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-）附录A规定，复合地基承载力特征值的确定方法如下：
（1）当压力-沉降曲线上极限荷载能确定，而其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的的一半；
（2）当压力-沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定；对砂石、振冲桩复合地基或强夯置换墩：当以粘性土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.所对应的压力（s为载荷试验承压板的沉降量；b或d分别为承压板宽度和直径，当其值大于2m时，按2m计算）；当以粉土或砂土为主的地基，可取s/b或s/d等于0.01所对应的压力。
检测过程中，我们将极限荷载定在kPa，严格按照规范要求做好沉降记录，未出现终止试验情况，从所做的30个试验的结果来看，有25个试验的曲线图上比例界限大于kPa，这些试验可取承载力特征值大于kPa，5个试验的比例界限小于kPa，这部分试验的承载力特征值取极限荷载的一半，为kPa。综合分析，本次碎石桩复合地基的设计与施工是成功的，完全满足了路基承载能力要求。
7、结论
由于地质条件和碎石桩复合地基问题本身的复杂性，目前对碎石桩复合地基的认识仍在深入探讨和研究之中，可以说对碎石桩复合地基的设计与检测，需要理论知识和实践经验的完美结合，今后我们还将不断总结经验，以不断发扬碎石桩复合地基基础的优越性，更好地为公路事业服务。
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