柱錘沖擴(kuò)樁法在新靈寶車站地基加固中的應(yīng)用

楊永斌

(太原新凱房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西太原 030024)

0 引言

柱錘沖擴(kuò)樁法加固地基廣泛的應(yīng)用于各項(xiàng)建筑工程實(shí)例中，在新建鐵路鄭西客運(yùn)專線新靈寶車站范圍內(nèi)，《路基工點(diǎn)設(shè)計(jì)圖Ⅳ標(biāo)段》(圖號(hào)鄭西客專澠靈施路-Ⅳ-F3-2)設(shè)計(jì)說明中，DK292+765.39里程處為自重濕陷性黃土地基加固，進(jìn)行地基加固為消除黃土地基的失陷性，同時(shí)滿足路基工后沉降要求。為加快路基沉降速度，同時(shí)應(yīng)用了堆載預(yù)壓技術(shù)，結(jié)合組合式沉降觀測裝置，配備二級水準(zhǔn)測量精密儀器，控制路基工后沉降。

設(shè)計(jì)采用柱錘沖擴(kuò)樁法施工工藝，要求施工完畢后，地基濕陷性基本消除，整體地基剛度均勻。同時(shí)滿足路基工后沉降控制在15 mm以內(nèi)的要求。3樁之間樁間土平均擠密系數(shù)大于0.93，中心處擠密系數(shù)大于0.88。樁身壓實(shí)度大于0.97。

本文就柱錘沖擴(kuò)樁法在新靈寶車站地基加固實(shí)際應(yīng)用中的各項(xiàng)施工參數(shù)確定及施工工藝流程做了簡要闡述。

1 工程概況

鄭西線澠靈段新靈寶車站DK292+765.39～DK294+950。

1.1 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)概況

本段路基屬新靈寶車站。車站正線(左線)距離文東村最近房屋(多為普通民房)處為120 m;段內(nèi)地表水不發(fā)育，多為季節(jié)性坡面流水;地下水不發(fā)育，水質(zhì)對混凝土無浸蝕性。該段地震動(dòng)峰值加速度為0.15g(Ⅶ)。為消除黃土地基的濕陷性，并滿足路基工后沉降要求，地基應(yīng)進(jìn)行加固處理。

段內(nèi)各地層情況如下:

②-4粉細(xì)砂(松軟土)(Qeol+al3):以細(xì)砂為主，灰黃、棕黃色，稍濕，松散～稍密，為松軟土層，厚0 m～4 m，分布于車站地表，靜力觸探貫入阻力 1 421 kPa～4 784 kPa，平均 3 016 kPa，γ=16.7 kN/m3，φ =30°，樁周極限摩阻力 fi=30 kPa，σ0=120 kPa。

③-5粉細(xì)砂(Q2):灰黃，棕黃色，潮濕～飽和，密實(shí)，厚大于10 m，局部夾細(xì)圓礫土。

1.2 施工概況

選用DK292+765.39～DK293+000段路基作為本次試驗(yàn)范圍。

該段路基位于河南省靈寶市雷家營村，小里程方向接靈寶特大橋西安臺(tái)。地基加固形式采用柱錘沖擴(kuò)樁法，樁成孔直徑為0.35 m，夯擴(kuò)后樁徑不小于 0.6 m，樁間距為 0.95 m，樁長度為13.0 m ～21.0 m 不等(施工樁長應(yīng)為 13.5 m ～21.5 m，含 0.5 m的虛樁頭)，現(xiàn)場布樁按等邊三角形布置。

2 施工工藝及流程

1)掏孔機(jī)械選用功率大于4.5 kW的機(jī)械洛陽鏟，要求鏟身直徑325 mm。

2)夯擴(kuò)機(jī)具選用夯錘質(zhì)量大于1 000 kg，要求夯錘直徑325 mm。

3)拌和填土機(jī)具:WDT180穩(wěn)定土拌和站。

4)回填材料標(biāo)準(zhǔn):

a.土質(zhì)應(yīng)盡量采用無雜質(zhì)的黃土，原狀黃土各項(xiàng)物理、力學(xué)指標(biāo)見表1，表2。

表1 張村取土場素土物理力學(xué)性狀表

表2 雷家營取土場素土物理力學(xué)性狀表

探井試驗(yàn)結(jié)果表明:所選的兩個(gè)取土場的土顆粒屬于低液限C類粉土，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，需要改良。

b.水泥宜采用強(qiáng)度等級325號(hào)水泥。水泥初凝時(shí)間為3 h 45 min，終凝時(shí)間為4 h 53 min。水泥檢測指標(biāo)見表3。

表3 水泥檢測指標(biāo)

c.改良土最大干密度的確定。根據(jù)TB 10102-2004鐵路土工試驗(yàn)規(guī)程中關(guān)于“改良土試驗(yàn)”重型擊實(shí)要求，鑒于水泥改良土最大干密度具有延時(shí)衰減特性，應(yīng)采取延長水泥改良土初凝時(shí)間的措施。

從圖1～圖3可以看出水泥改良土最佳含水率隨著擊實(shí)時(shí)間的延長呈增大趨勢，摻入水泥后，黏粉比隨摻入比的增大而明顯減小，粉粒含量變化不明顯，黏粒含量明顯減小，砂粒含量增大。由此可以推測粉黏土摻入水泥后，隨著水化作用的發(fā)展，顆粒組成不斷發(fā)生變化，產(chǎn)生粗化程度越來越高，其黏粉比隨水化作用時(shí)間的增大而減小，最大干密度降低。

因此本段范圍使用的混合材料即水泥土配合比為11%(采用重量比)。水泥土采用輕型標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)干密度控制在1.89 g/cm3，最優(yōu)含水量控制在11.2%，土場選用雷家營土場。施工過程中填料虛填控制在80 cm，夯實(shí)后應(yīng)為20 cm。

圖2 最大干密度與擊實(shí)時(shí)間關(guān)系圖

圖3 含水率與干密度關(guān)系曲線

5)工藝參數(shù)的采用及施工流程圖。樁間距采用0.95 m，成孔后孔徑控制在35 cm，成樁后樁徑控制在60 cm，本段范圍布樁形式按正三角形布置，夯錘質(zhì)量控制1 000 kg以上，當(dāng)落距大于6 m時(shí)，夯擊次數(shù)不少于10次，落距不足6 m時(shí)夯擊次數(shù)應(yīng)增加至14次以上，見圖4，圖5，表4。

3 質(zhì)量控制要點(diǎn)及檢驗(yàn)項(xiàng)目

3.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

圖4 柱錘沖擴(kuò)樁平面布置示意圖

1)成孔后，檢查孔徑孔深，空夯9擊后，檢查孔深是否滿足設(shè)計(jì)要求。2)夯填過程中，夯錘重不小于1 000 kg，落距6 m，夯擊次數(shù)10次，落距不足6 m時(shí)，夯擊次數(shù)增至14次。3)樁身填料前虛填80 cm，夯實(shí)后為20 cm。每次填料前量孔深，是否達(dá)到深度減少到20 cm的要求，不足時(shí)進(jìn)行補(bǔ)夯，夯擊次數(shù)增至14次。4)水泥土混和料必須采用具有電子計(jì)量的攪拌設(shè)備。5)嚴(yán)格控制含水量，根據(jù)土的含水量不同采用不同的施工配合比。6)每天用EDTA測量灰劑量，測定水泥土配和比。7)水泥土運(yùn)輸過程中和在施工場地存放時(shí)采用塑料布覆蓋，減緩水分散失。8)拌和好的水泥土混合料必須在2 h內(nèi)用完，防止水泥初凝，影響成樁質(zhì)量。9)采用柱錘沖擴(kuò)法施工時(shí)，因夯錘質(zhì)量大所以夯擊能量也大，極易造成地面表層土隆起，表層樁體土和樁間土出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象較容易發(fā)生，反而會(huì)降低處理效果，所以在施工過程中，成孔及填料夯實(shí)的施工順序應(yīng)間隔進(jìn)行，合理避免上述因素對地基加固的影響。

圖5 施工工藝流程圖

表4 選樁參數(shù)表

3.2 檢驗(yàn)項(xiàng)目

1)樁身密度檢測，孔內(nèi)填料應(yīng)分層回填夯實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。2)樁間土擠密效果檢測，孔之間形心點(diǎn)附近、成孔擠密深度內(nèi)，用環(huán)刀法每1 m取土樣測定干密度，計(jì)算干密度和最大干密度的比值即最小擠密系數(shù)。要求采取地基加固處理措施后，消除濕陷性。3)復(fù)合地基承載力檢測，采用平板載荷試驗(yàn)，要求樁體單位截面積承載力標(biāo)準(zhǔn)值fpk≥1 500 kPa，復(fù)合地基承載力fpk≥470 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 確定合適的施工方案

經(jīng)過篩選，最終確定了合適的施工參數(shù)及工藝流程:樁間距95 cm，成孔后孔徑35 cm，成樁后樁徑60 cm，正三角形布樁，夯錘質(zhì)量不小于1 000 kg，落距不小于6 m，夯擊次數(shù)不少于10次，落距不足6 m時(shí)夯擊次數(shù)增加至14次以上，采用隔樁跳打的形式施工。

5 結(jié)語

柱錘沖擴(kuò)樁法加固地基在濕陷性黃土區(qū)域是一種經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法，通過上述的基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)明確了施工參數(shù)及工藝，為新靈寶站全線地基加固施工及推廣提供了參考依據(jù)。同時(shí)明確了柱錘沖擴(kuò)樁法施工作業(yè)的工藝流程，操作要點(diǎn)和相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)并規(guī)范柱錘沖擴(kuò)樁在濕陷性黃土路基區(qū)域內(nèi)的作業(yè)施工。

[1] 孫 鶯.鄭西鐵路客運(yùn)專線黃土地基沉降控制技術(shù)研究[J].路基工程，2006(4):8-9.

[2] 魏宏雙.濕陷性黃土路基工程柱錘沖擴(kuò)樁施工方案及試驗(yàn)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(S12):331-335.