摘要：針對近幾十年興起的柱錘沖擴樁新型地基處理方法，結合某路基處理工程實際對其加固機理和特點，重點對其沖擊荷載作用、沖孔側向擠密作用、孔內強力夯實作用、填料沖擴的二次擠密效應及施工技術等方面進行了闡述，對同類工程具有一定的參考意義。
　　關鍵詞：路基處理，柱錘沖擴樁法，加固
　　
　　1工程概況
　　某道路規劃為高速主干道，路基土體大多不能滿足承載力的要求，路基場地有必要進行加固處理，本工程場地地質及水文條件具體如下：
　　（1）濕陷性粉土層：褐色，局部夾有煤屑，中壓縮性，平均層厚4.5m，fak=80KPa；
　　（2）粉土層：褐色，中壓縮性,平均層厚3.9m，fak=95KPa；
　　（3）粉質粘土層：棕色，低壓縮性，平均層厚8.5m，fak=130KPa；
　　（4）粉土層：褐色，低壓縮性，最大厚度5.0m，fak=165KPa。
　　場地20m深度范圍內未發現地下水，II類場地土，為加固場地土體以提高其承載力，現采用柱錘沖擴樁法對其加固，因路基的承載力要求較高，處理后的復合地基承載力特征值不應小于200KPa。
　　2柱錘沖擴樁法概述
　　采用柱錘沖擴樁法加固地基，采用的柱錘為400mm直徑，3m長度，錘重6t，現場通過起重機或其他專用起吊機械設備進行施工。施工時，先將柱錘提高到8~10m高度后放錘自由下落，在待加固場地土中沖擊成孔，并不斷反復沖擊，孔深到設計深度時再向孔內分層填料、并逐層夯實使其形成致密樁體，同時又使孔內及周圍土體得到充分擠密，使之成為復合地基。
　　3柱錘沖擴樁法加固機理
　　在柱錘沖擴樁法成孔及填料成樁施工過程中，通過對施工場地原狀土的擠密、強力夯實、動力排水固結、填料成樁置換、水泥土的固結等作用，使地基土的承載力得到提高，土體得到充分加固。
　　3.1沖擊荷載作用分析
　　在應用柱錘沖擴樁法加固地基施工過程中，其對土體的沖擊速度最快時可高達10m/s。這種瞬時的沖擊能的爆發對地基土有非常大的撞擊作用。沖擊次數愈多，柱錘越重，速度越快，爆發累積的夯擊能量就越大，成孔也就越深。與強夯法加固地基土相比，柱錘沖擴樁法采用的柱錘底面積小，柱錘一般也更重，所以其底靜接地壓力值相比于強夯法的25~40KPa要大得多，而且普遍都大于100KPa，最高時可達350KPa以上。
　　在沖擊成孔時，地基土體不僅受到來自柱錘的側向擠壓作用，而目也會受到來自錘底的豎直沖擊力，加上柱錘沖擴過程中產生的沖擊波，以及沖擊應力的擴散效應，可使地基土體獲得充足的動力，起到密實加固作用[1]。
　　3.2柱錘沖孔的側向擠密作用
　　柱錘沖孔對樁間土的側向擠密作用可采用魏西克圓筒形孔擴張理論來描述[2]。圓筒形孔以Ri為初始半徑，受到均勻分布于孔內的內壓力Px。當孔內內壓力Px不斷增加時,環繞于圓筒孔周圍的環形區域將變成塑性區域。隨著孔內內壓力Px的不斷增加，這個環形塑性區域將不斷的發展延伸，圓筒形孔內壓力最終達到最大值Pu為止。當均勻分布于圓筒形孔內壓力達到Pu時，沖擴孔的半徑也將達到最大值Ru，而孔周圍環形塑性區土體的半徑則達到最大值Rp，環形塑性區內的土體可看做可壓縮性固體，在最大半徑Rp范圍以外的土體仍認為處于彈性平衡狀態。因此，圓孔沖孔擴張的影響半徑就是樁孔周圍環形塑性區域最大半徑Rp，其計算表達式為:
　　Rp=Ru(1)
　　Ir=(2)
　　其中，沖孔環形塑性區域半徑為Rp，沖擴孔的半徑最大值為Ru，場地地基土的剛度模量為Ir，環形塑性區域內土體空間三圍體積應變平均值為Δ，場地地基土的剪切變形模量為G，場地地基土的抗剪切強度為K，場地土變形模量為H，場地土體的泊松比為v，地基土中原始固結壓力為q，場地土體的粘聚力和內摩擦角分別為c、φ。當沖孔環形塑性區體積應變平均值Δ=0時，半徑Rp的計算表達式為:
　　Rp=Ru(3)
　　由計算式(3)可知，沖孔環形塑性區的半徑大小與樁孔半徑大小成正比例關系，并與場地土體抗剪切強度、場地土體變形模量和泊松比等因素有關。
　　根據上述魏西克圓筒形孔擴張理論，在柱錘沖孔沖擊力作用下，柱錘沖擴施工時場地土體受到擠壓，樁孔周圍土體受到來自柱錘的側向擠壓作用而被擠壓密實，使樁周影響范圍內的土體密實性得到大力提升。
　　3.3二次擠密效應
　　在填料成樁施工過程中，因為柱錘夯擊能相對夠大，樁徑在填料過程中還會不斷擴大，使得填料會強制性地擠入樁身周圍土體，樁身周圍土體也會再次被擠密，樁身周圍即形成土體的二次擠密作用。
　　4柱錘沖擴樁法施工技術
　　4.1成孔作業
　　柱錘沖擴樁地基加固方法施工時，可采用沖擊、跟管和螺旋鉆進等不同方法進行成孔施工，對于最常用的沖擊成孔方法主要工藝如下。
　　(1)沖擊成孔：適用于地下水位較深，上層土體不會引起坍孔現象的柱錘沖擴樁地基處理工程。
　　(2)填料沖擊成孔：柱錘沖擴成孔施工時，當出現縮徑或坍孔現象，可將適量碎磚和生石灰塊填入孔內，在沖擊的過程中將碎磚和生石灰塊擠人孔的周圍軟弱土體，待孔深接近設計深度時，在孔內再次填入一定量的碎磚和生石灰塊，反復沖擊，使孔底充分密實。
　　(3)復打成孔：在柱錘沖擴成孔施工時，當坍孔現象嚴重導致成孔艱難時，可先直接沖孔到設計深度，然后再將碎磚和生石灰塊分次填入孔內，待孔內填料吸水膨脹、孔內及周圍土體性質改善后，再進行二次復打成孔施工。
　　4.2填料成樁
　　(1)選擇成樁方法
　　柱錘沖擴成孔施工完成后，樁身填料前應把孔底進行充分夯實，當孔底土體較松軟承載力較低時，可填入適量碎磚和生石灰等材料，并夯填擠密。依據柱錘沖擴成孔的方法及成孔施工機具的不同，樁體施工可分為以下幾種方法：孔內分層填料夯擴法、逐步拔管填料夯擴法、擴底填料夯擴法、邊沖孔邊填料法、柱錘強力夯實置換法。
　　(2)夯填要求
　　按設定配合比拌合好的填料填入樁孔并分層夯實。成孔施工當采用套管進行時，在將填料分層填入夯實的過程中逐漸拔出套管。柱錘沖孔及填料成樁施工，填料充盈系數一般不小于1.5。每個樁孔應夯填至超過設計標高0.5m以上，樁孔上部應用粘土夯封起來[3]。
　　4.3施工注意事項
　　(1)當柱錘沖擴樁試成樁孔時出現嚴重坍孔現象且孔內有較多積水，應采取有效措施降低場地地下水位。
　　(2)沖擴成孔時若出現縮頸或坍孔現象，可將碎磚和生石灰按一定比例混合填加入孔內。在沖擊成孔過程中不斷將填料擠入孔壁周圍土體及孔底土體時，應適當調整柱錘的落距，和沖孔速度，以保證碎磚和生石灰的混合料與孔內及周圍松軟土層得到充分拌合。
　　(3)樁體的密實程度是施工質量的關鍵，即分層填料量及夯填度、總填料量及夯填度的控制，應根據規范及設計要求的樁徑和樁長在柱錘沖擴樁法加固地基施工設計時進行設定，成樁每層填料的充盈系數應大于1.5(或設計要求)。
　　5結論
　　在柱錘沖擴樁施工過程中，通過對待處理加固場地原狀土體的動力擠密、充填置換(包括樁身及擠入樁身周圍土體的混合填料)、生石灰塊等材料的水化和膠凝等作用，充分加固了場地的軟弱地基土體，使其加固處理后的場地復合地基承載力特征值都高于200KPa，局部達到320KPa。
　　在柱錘沖孔及填料夯實施工過程中，樁周土體的側向擠密作用和填料與樁周土體的嵌入作用，在軟弱地基土體中發揮著顯著的加固效果。
　　柱錘沖擴樁使場地原有的地基土體得到了有效動力置換，施工形成的柱錘沖擴樁樁身具有一定的強度和承載力，可起到良好的樁體效應。這種置換樁體依靠其自身的強度和與樁身周圍土體的側向作用來維持樁體的受力平衡，樁身與其周圍土體協同工作，形成柱錘沖擴樁復合地基。
　　
　　參考文獻：
　　[1]任振甲.重錘沖孔夯擴垃圾擠密樁復合地基的設計與施工問題[J].建筑技術,1999,3.
　　[2]王穎星,呂建國,劉志強等.柱錘沖擴灰土擠密樁法在處理雜填土地基中應用[J].華北科技學院學報,2008,5.
　　[3]王恩遠,劉熙媛.柱錘沖擴樁法加固機理研究[J].建筑科學,2008,9.