渣土樁處理鐵路基底雜填土的應用研究

梁 兵

(中航勘察設計研究院有限公司，北京 100098)

1 概述

在鐵路選線過程中，城市近郊的垃圾場往往成為障礙，如果繞行往往造成征地困難及費用驟增，所以常常將線路從垃圾場地上通過，但這些區域的地基承載力低，常常不能直接采用天然地基來使用，需要挖除換填或其他地基處理手段。而垃圾場往往由于厚度大，挖除換填造價較高;而常用的地基處理方法，由于在渣土中，不容易實施且成本較高。因此，提出一種兼強夯與擠密效果——渣土樁作為鐵路路基基底。渣土樁在工民建或市政行業已有不少成功案例［1-8］，在鐵路行業有少量工程案例［9-12］;它不僅節約了工程造價，且能實現低碳綠色，應用前景廣闊。渣土樁地基處理的技術，已積累了一些經驗，但只局限于渣土樁加固地基優缺點、加固機理、參數優化和施工工藝等方面，對于渣土樁的施工驗收要求和沉降控制標準等方面還需要進一步現場測試研究。

2 雜填土的工程性質

雜填土場地往往由于堆積時間短、成分復雜、有機質含量高，導致該類型土的壓縮性大、侵蝕性強、壓實周期長等特點，對工程構筑物產生不利影響。這是由于施工期間的人為擾動、建筑物的自重、渣土固結等作用，對一些樁基礎還將會產生負摩擦力，導致樁基的承載能力降低;且雜填土不均勻性，還將引起樁基礎不均勻沉降，從而導致建筑物等脆性材料的開裂破壞;垃圾等酸性物質將對工程的混凝土、鋼筋的腐蝕性產生不利影響。

3 渣土樁的工作機理

孔內重錘夯實擠密樁是一種介于強夯與擠密加固理論的新型地基加固技術，是先在地面成孔，再向孔內定量分層填料、夯實，使填料再次向孔底及孔周側向擠壓，完成對樁體及樁周土的擠密效果。當孔內填料采用如碎磚、混凝土塊、瓦礫、灰塊、礫石、砂土等不含有機物的建筑垃圾時，該樁即為渣土樁。渣土樁具備施工速度快、投資少、環保效益佳等優點，有廣闊的推廣應用價值。它可以較大程度地提高地基承載力，減少地基變形，增強基礎的抗震性，并能消化大量廢渣土。渣土樁是將重錘的動能轉化為沖擊能，產生很大的動應力和沖擊波，致使地基土孔隙壓縮，在夯擊點周圍一定深度(4 m～10 m)內產生裂隙，形成良好的排氣通道，使土中孔隙中氣體順利逸出，土體隨之固結;從而在有效影響深度范圍內使土體達到了密實，從而提高了強度，降低了壓縮性的目的。總的來說，渣土樁的作用機理可分宏觀機理和微觀機理。宏觀機理就是從地基土所受沖擊力、應力波的傳播對加固效果的影響等方面;微觀機理，則對沖擊力作用下土的微觀結構的變化，如土顆粒的微觀特性、顆粒的排列分布。

4 工程實例分析

4．1 雜填土條件

場地位置有50多萬平方米為新近傾倒垃圾，且分布無序。

4．2 地基處理方法的比選

根據國內外該類型地基的處理經驗，結合場地周邊環境和北京市政府的要求，且達到路基承載能力要求和處理后沉降不大于30 cm等要求，綜合比較了強夯、渣土樁、注漿等方案的經濟性及技術性。強夯因產生噪聲大，環境干擾嚴重，遭到地方政府反對，而未實施;重點對注漿和渣土樁方案進行對比選取。注漿存在注漿不同步、串漿、跑漿嚴重等工程問題;而渣土樁施工過程簡單、填料就地取材，極限承載力能達到300 kPa以上;從經濟性分析注漿平均在700元/m(孔間距2．5 m)，渣土樁的平均成本在130元/m2～150元/m2(10 m、三角形布置、間距1．6 m)。因此，最終選定采用渣土樁進行加固，采用樁徑0．6 m，樁長為10 m，樁間距1．6 m的等邊三角形布置。

4．3 渣土樁的施工

4．3．1 施工工藝

采用專用的施工機械，采用重錘沖擊成孔，能使樁身周圍渣土得到第一次擠密;同時，向孔中分層填入渣土，再用重錘夯實，使周圍土體得到第二次擠密，用單擊灌入度作為收錘標準。

處理過程中，需要對現場填埋的垃圾篩分，除去生活垃圾及粒徑15 cm以上渣土，且在其余的渣土中摻入15%的卵石或碎石的粗骨料，樁身填料量為0 m～0．4 m范圍，補料0．15 m3;樁身4 m以下，每次0．3 m3，填料后的錘擊數不小于3擊，最后一擊的灌入度不大于20 cm，如不滿足要求時，則成孔深度需繼續加大。

4．3．2 工程問題及處理辦法

1)塌孔。孔口塌孔是施工的一大難點，由于北京的地下水位較低，填土的含水量小且結構松散，在受到重錘反復振動下，孔口渣土將不斷坍塌到孔內，嚴重影響成孔速度;通過將孔口土層含水率調整到14%～18%，或者加裝護筒的方法可以有效的確保孔壁穩定。

2)生活垃圾。由于生活垃圾對地基穩定性影響較大，必須將生活垃圾篩除，而篩分或粉碎后的建筑垃圾回填后，將形成具有一定防滲性的覆蓋層。

4．3．3 施工中質量控制

1)夯擊成孔:夯擊控制落錘錘距6 m，每次填料的錘擊數量不小于3擊。

2)樁體填料:要按照要求對垃圾土進行篩分，嚴格按添加粗骨料量加入并攪拌均勻。

3)樁體位移:樁體位置應準確測量并在施工中確保樁體位移不大于0．5倍的樁徑。

4)過程檢查:施工要嚴格按照工藝實施，過程中要對骨料含量、粒徑、樁的布置形式和數量、樁長、渣土灌入量、樁身密實度和樁基承載力進行檢查評定和驗收。

4．4 加固效果的檢測及驗收

4．4．1 雜填土原始條件調查

雜填土的重型動力觸探修正后擊數平均值為6．8，波速平均值為143 m/s，說明雜填土結構性差，處于松散～稍密狀態。

4．4．2 檢測方案

委托獨立的第三方進一步驗證地基的加固效果:1)渣土樁樁身密實度檢測;2)對樁間土的擠密加固效果進行驗證，通過檢測進一步驗證渣土樁加固地基方式可以滿足工程需要。

渣土樁樁身密實度檢測。在施工結束后7 d～14 d內，利用63．5 kg穿心重錘完成動力觸探，每10 cm記錄錘擊次數，再進行桿長修正，并按照0 m～2 m，2 m～4 m，4 m以下取算術平均值作為評定數據。復合地基承載力。施工結束14 d后，根據試驗點的面積置換率大小選取不同的靜載試驗承壓板。分別選取1．6 m×1．6 m和1．8 m×1．8 m的承壓板，分八個等級進行逐級加載，根據設計要求，試驗的最大加載值確定為300 kPa。

4．4．3 檢測結果分析

1)重型動力觸探檢測。

雜填土處理前，重型動力觸探最小值為4擊，動力觸探試驗結果見表1。

表1 樁間土重型動力觸探檢測結果表

根據重型動力觸探結果分析，2根渣土樁中，樁身2 m～4 m修正后動力觸探的平均值N63．515擊/10 cm～20擊/10 cm，不小于設計要求的9擊/10 cm;樁身4 m以下修正后動力觸探的平均值N63．513擊/10 cm～19擊/10 cm，不小于設計要求的12擊/10 cm。樁頂以下0 m～2 m修正后動力觸探的平均值N63．515擊/10 cm～21擊/10 cm。通過對渣土樁的試驗檢測，可以看出設計采用的渣土樁及其施工采用的指標滿足工程需要。

對10個試驗點的渣土樁體進行重型動力觸探，試驗結果見表2。

表2 渣土樁重型動力觸探檢測結果

2)復合地基承載力檢測。

檢測選取了2個點作為試驗點，試驗最大加載為設計承載力的2倍，即300 kPa作為終止荷載。圖1為樁號9400的Q—s曲線、s—lg t曲線。

圖1 復合地基承載力檢測

根據靜載試驗結果，載荷沉降關系曲線為正常的弧形，無明顯拐點，按相對沉降S/b確定復合地基承載力。S/b=0．001 9～0．003 8＜0．01，在最大加載時未出現破壞狀態，說明復合地基承載力基本滿足設計要求的150 kPa。

4．4．4 竣工驗收

渣土樁處理鐵路路基施工質量的驗收，鐵路暫無標準，擬提出以下的竣工驗收標準:1)渣土樁檢驗批按照不大于1 000根為一檢驗批。2)渣土樁驗收的主控項目為粗骨料含量、粒徑、布置形式和數量、渣土灌入量、樁長、樁身密實度、渣土樁的間距、樁徑、垂直度、復合地基承載力等指標。3)原材料的檢驗，正確記錄進場的批次和按抽樣檢測方案執行。4)檢驗批、分項工程須由監理工程師組織驗收且填寫相關表格。

5 結語

1)系統的研究了渣土樁工作機理，認為渣土樁作用機理分宏觀機理和微觀機理，宏觀機理是微觀機理的外部表現，而微觀機理是宏觀機理的內部依據。2)渣土樁處理后，場地的地基承載力從原來60 kPa～120 kPa提高至150 kPa及以上，達到設計要求，滿足路基工程的需要。3)系統地提出了渣土樁的施工工藝和質量控制措施，為后續工程提供施工依據。

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