1概述
软基振动沉管挤密碎石桩，是一种新的软土地基的处理方法。加固砂土、粉土地基，可以使地基的承载力增加，沉降量减少，防止地震液化的发生，同时亦可用于增大软弱粘性土的整体稳定性。
中国铁建十六局集团路桥工程有限公司承建的沪昆铁路江西段5标四工区路堤，基底为低液限粘土，路基填筑前采用了碎石挤密桩施工处理，竣工后经监测，路基稳定。可见，碎石挤密桩能提高地基承载力，减少沉降量，防止地震液化的发生。此外，碎石挤密桩施工还可以改善施工条件，加快施工进度，降低工程造价，有着广泛的应用前景。
2技术特点
2.1作业规范化、程序化、标准化。
2.2施工简单，工艺流程清晰，操作者和管理者易于掌握。
3使用范围
本方法使用与松散砂土、粉土、低液限粘土、索填土和杂填土及其他劣质土地质条件下修筑铁路路基、公路路基、房建地基、机场、码头的基础加固。
4基本原理
碎石挤密桩是通过成桩过程中对周围砂土、粉土层的挤密、振密作用和靠碎石的压入获得加固效果，使砂土、粉土地基的密实度增加；而且在荷载的作用下，碎石挤密桩增强体又与砂土、粉土地基共同承担荷载作用，即形成碎石挤密桩复合地基。
4.1对可液化砂土、粉土的加固机理
碎石挤密桩加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基承载力，减少变形和增强抗液化性。
（1）挤密作用
在成桩过程中桩管对周围砂土、粉土层产生很大的横向挤压力，桩管体积的土挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙减小、密实度增大。
（2）排水降压作用
碎石挤密桩加固砂土时，桩孔内充填反滤性好的粗颗粒（碎石、砾石、卵石），在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，防止砂土、粉土产生液化，加快地基的排石固结。
（3）预振效应
碎石挤密桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振效果，对砂土、粉土增强抗液化能力是极为有利的。
4.2对粘性土的加固机理
碎石挤密桩加固粘性土地基的主要目的是提高地基土承载力、减少地基沉降量、提高土体的抗剪强度、增大土坡的抗滑稳定性。
（1）置换作用
对粘性土地基，由于土的粘粒含量多，粘粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不宜排走，因此碎石挤密桩的作用不是地基挤密，而是置换。
（2）排水作用
碎石挤密桩在粘土中形成一个良好的排水通道，起到了排水砂井的作用，且缩短了孔隙水的水平渗透路径，加速了软土的排水固结。
（3）加筋作用
对于浅层软土层，碎石挤密桩可贯穿整个软土层至相对硬层，此时状体在荷载作用下主要起应力集中作用，使地基承载力提高、压缩性减小。
（4）垫层作用
软土层较厚时，碎石挤密桩可不穿过软土层，此时形成的加固复合土层起垫层作用，垫层将荷载扩散，使应力分布趋于均匀，从而达到提高地基承载力和减小沉降量的目的。
5工艺流程
5.1场地平整、测量放线、桩机就位，人工合龙活瓣式桩尖，对准地面上标定的桩位。
5.2开动振动机把套管沉入土中，如遇到坚硬难沉的土层，可铺助以喷气或射水沉入，把套管沉到设计深度。
5.3将料斗插入桩管，向管内灌入一定量的碎石。
5.4再将套管提升到一定高度，套管内的碎石被压缩空气从管内压出。
5.5继后将套管沉入到规定的深度，并加以振动，使排出的碎石振密。
5.6再一次向套管内灌入一定量碎石。
5.7把套管提升到规定的高度。
5.8重复（5）~（7）工序，直到地面，振动沉管挤密碎石桩成桩。
在碎石桩施工前首先平整场地，局部低洼处可填土或填碎石找平，再进行初压，采用静压压路机碾压，确保桩机走行平稳，其次进行材料准备、测量放线，实地标出打桩范围与桩位，然后才开始碎石桩施工。
在以上各施工程序中，关键是施工中对水、电、料的控制，即上流程的下沉挤密过程和投料与提管过程。为保证质量，本着“少吃多餐”的原则进行加料，每次提升高度以套管桩尖不离开碎石面为宜，以防塌孔、缩径、断桩的发生，具体参数与地质条件有关，因此必须通过实验现场确定。
6操作要点
6.1正式施工前应进行成桩试验，试验桩一般为7~9根；
6.2正式施工时，要严格按照设计的桩长、桩径、桩间距、碎石灌入量以及试验确定的桩管提升高度和速度、振密挤压次数和留振时间、电机的工作电流等施工参数进行施工，以确保碎石挤密桩桩身的均匀性和连续性；
6.3施工顺序从四周边开始向中心进行，相邻两桩必须跳跃间打；
6.4应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直，垂直偏角不应该大于1.2%，成孔中心与设计桩位偏差不应大于40mm，桩径偏差控制在±15mm以内，桩长偏差不大于100mm；
6.5边振动边下沉，通常每下沉0.5m留振30s；
6.6启动拔管，拔管前留振1min，以后边振动边拔管，拔管速度需均匀且每拔管1m留振min
6.7碎石灌入量不应该少于设计值的95%（碎石灌入量按每延米不少于0.224m3计算），如不能顺利下料时，可适量往管内加水；
6.8提升和反插速度必须均匀，反插深度由深到浅，每根桩在保证桩长和碎石灌入量的前提下，总反插次数一般不得少于12次（φ377）或9次（φ426）；
6.9若地表水丰富或较软弱，可先铺一层碎石垫层，有利于排水，同时提高地基强度，便于机械和施工人员行走；
6.10振动成桩至地面时应向下复振1m，确保地表不产生缺碎石的凹桩。
7机具设备
碎石桩施工的机械设备是以振动沉管桩机为核心，其他设备与桩机的生产能力相匹配，并满足质量控制和检测的需要，主要设备见表1。
表1机具设备
机具设备名称 数量 机具设备名称 数量
LC履带式沉管桩机/台 2 T220推土机/台 1
110kW发电机组/台 1 自制手推车/台 3
1.5kW水泵 1 重Ⅱ型动力触探仪/套 1
5T自卸车 10 TCRP1201+400全站仪 1
ZY25压路机 1 LEICA0.3水平仪/套 1
8劳动力组织（表2）
表2劳动力组织
序号 工种 人数 分工
1 领工员 1 现场指挥
2 技术员 3 技术指导、记录
3 测试人员 6 检测、质检记录
4 安全员 1 安全检查及值班
5 桩机司机 2 操作桩机
6 投料工 4 碎石桩投料
7 机修工 1 设备检修、调试
8 水电工 1 供水、供电
9 机械司机 8 土石方机械
10 合计 26 （含材料运输）
9安全措施
9.1确定安全生产目标，制定安全生产制度，落实安全生产责任制和“三工”教育制度
9.2加强对施工人员的岗前安全培训教育，树立安全第一的思想，文明施工。
9.3开工前清除一切施工障碍，清理地表障碍，妥善处理地下管线及空中管线，不留隐患。
9.4机具开工前需进行检测调试，确保安全可靠，施工中随时检查设备的完好率；
9.5施工人员必须戴各种防用品，统一指挥，服从安排。
9.6加强用电管理，严格执行用电安全操作规程。
9.7执行安全施工值班制度，认真进行工前动员、工中检查、工后讲评。
10质量标准与控制
执行标准：《铁路软土地基路堤设计与施工技术规范》，《铁路工程质量检验评定标准》、和中华人民共和国行业标准《建筑地基基础设计规范》。
10.1材料：应由未风化的干净砾石或轧制碎石而成，粒径宜为20~50mm，含泥量不大于5%，最大粒径不应超过5.0cm。
10.2制桩试验：施工前按规定做成桩试验，严格按试桩结果控制水压，振密电流和沉管的留振时间，以及分批加入的碎石量，沉管提升高度、速度等，经验证设计参数和施工控制的有关参数作为碎石桩施工的控制指标。
10.3碎石桩实测项目：碎石桩实测项目见表3。
表3碎石桩实测项目
项目检查 规定值或允许偏差 检查方法和频率
桩距/mm ±150 抽查10%
桩径/mm 不小于设计 抽查10%
桩长/m 不小于设计 查施工记录
竖直度/% 1.5 查施工记录
灌石量 不小于设计 查施工记录
10.4单桩灌石量（Q）的计算
Q=K×L×πd2／4(m3)
式中d—桩管直径，/m；
L—碎石桩长度，/m；
K—碎石桩充盈系数，一般为1.15～1.50，
视土性而定，实验确定。
10.5碎石桩密实度检测：检测频率宜抽检5%，要求用重Ⅱ型动力触探测试，贯入量10cm时，击数不小于5次。工程实践表明，重Ⅱ型动力触探不仅能作为检验和评定碎石挤密桩的连续性及其密实程度，而且作为确定碎石挤密桩单桩承载力也是十分有效的。
11效益分析
11.1与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动冲孔碎石桩是冲孔后提出冲孔器之后，直接向土孔内投碎石；而振动沉管法为向沉管中投碎石，减少了冲孔器的提升距离和频率，大大提高了施工进度，工序合理，提高工序30%。
11.2与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比，因振动沉管挤密法在沉管中完成碎石的投入，有效地防止了塌孔及断桩事故发生；且碎石在沉管中振实挤密，桩径得到了有效控制，垂直度有保障，施工过程更简便，施工质量也更加容易控制，节约材料费20%左右，劳动力10%左右，约降低成本25%
11.3与排水固结法相比，加固期短，可以采用快速连续加载方法施工路堤，对缩短工期十分有利，且易就地取材，经济效益明显。
11.4充分利用天然材料，无污染，社会效益显著。
12工程实例
中国铁建十六局集团路桥工程有限公司承建该工程K622+500~+844处软基1处，基础为低液限粘土，一般厚度5~7m，地表为常年积水，粘土呈可塑状，部分为软塑或流塑状，经铁二院工程试验检测中心检测，完全符合规范及设计标准，经监测，工程全工后地基沉降量完全满足规范及设计要求。
采用本方法施工，工程质量全部优良，受到了监理、业主的一致好评，取得了良好的经济效益和社会效应。
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