基樁加固處理軟土路基地基病害施工技術

摘要：近年來，我國鐵路建設迅速發展。但由于地質結構復雜，鐵路建設中面臨的地基問題也日益復雜。地基處理不好，會對路基的穩定和安全造成不利影響，增加后期養護成本。軟土地基問題成為影響公路鐵路質量和運營安全的關鍵因素之一。CFG樁具有沉降變形小、施工簡單、造價低、承載力大、適用范圍廣、社會和經濟效益明顯等優點，目前已被廣泛應用于軟土地基加固中。本文結合施工實例某客運專線軟土路基地基病害處理，對病害處理施工工藝作了介紹，對工程實踐具有指導意義。

關鍵詞：軟土路基;鉆孔灌注樁;預應力管樁;施工技術

1概述

近幾年來，鐵路建設呈跨越式發展，客運專線、高速鐵路建設發展迅速，尤其集中在東中部和東南沿海地區。某客運專線地層多為全新統海陸交互相地層，其軟土層屬典型的海積灘涂—溺谷相沉積淤泥，淤泥質土和軟土層較深，物理力學性能較差，主要表現為高含水率、高孔隙比、快剪內摩擦角及快剪粘結力小、強度低、高壓縮性、滲透系數小、沉降持續長，它還具有觸變性和蠕變性。軟土層內多黏土、粗砂、卵石土等透鏡體夾層且厚度分部不均，變化較大。下臥地層為燕山期凝灰巖、花崗巖，地層橫縱向起伏，風化層厚度變化極大，軟硬突變。某段軟土路基受臺風影響，路堤積水達 1.2m，退水過后骨架下沉開裂，經過一定時期的沉降觀測，沉降仍不收斂，且邊坡開裂變形不斷擴大，路堤中心沉降達35～60cm，明顯大于施工期的沉降量 10.2cm。

2病害原因

根據該段路堤地基地質補勘資料及部分CFG 樁身垂直度觀測、樁身混凝土鉆芯取樣、單樁豎向承載力極限破壞試驗結果，對路堤沉降和邊坡骨架開裂的病害進行了分析，主要原因有以下三個方面：

（1）沿海軟土地基地質條件復雜，前期地質勘測資料不全、不細。根據補勘資料反映同一橫斷面持力層卵石土的標高差達 2m，持力層卵石土在一個施工段落的層厚變化比較大，厚度從1.46～4.1m不等，其下伏灰黑色呈流塑狀的淤泥質土，厚度在1.1～3.6m之間。采用抬架法施工的CFG樁尖未進入有效持力層。該部分CFG樁在后期路基填筑和堆載預壓期間，上部荷載由CFG樁傳遞到持力層卵石土壓縮其下伏的淤泥質土造成其過大形變。

（2）根據CFG樁施工指導意見，為了預防淺層斷樁或樁身傾斜，采取連打跳排的施打順序，在同排連打的過程中，由于相鄰CFG樁的間距只有 1.6m，施工對工作墊層和淺層淤泥層產生擠土效應，致使相鄰的CFG樁淺層樁身發生傾斜，降低了CFG樁的豎向承載力。

（3）在施工過程中，由于地下孔隙潛水發育，埋深較淺，流塑狀淤泥層較厚，在CFG樁沉管震動均勻上提時，對淤泥層產生擾動，破壞了淤泥的飽和狀態，地下水和泥漿順管壁上涌，導致部分CFG樁身砼質量下降。

3病害處理

3.1處理原則

路堤沉降及邊坡骨架開裂病害主要是由部分CFG樁成樁質量差及樁尖未進入有效持力層，地基承載力不足引起路堤較大的沉降和位移。通過基樁對該段路基地基進行補強加固，為防止擠土效應和振動對兩端橋臺基樁的影響，橋路過渡段范圍內采用C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁補強，其余用預應力管樁補強，達到提高基底承載力，以滿足處理期間路堤填筑施工期沉降及運營期工后沉降要求，確保客運專線行車安全。

3.2處理方案

對該段路堤進行卸載處理，卸載至預應力管樁、鉆孔灌注樁工作層標高5.5m處后，采用人工探明原CFG 樁1.0m的擴大樁頭位置，用竹竿標明每根鉆孔灌注樁、預應力管樁施工位置后填平人工探坑，在上鉆孔灌注樁或管樁機械施工。預應力管樁施工前應進行沉樁工藝試驗確定施工參數。預應力管樁及鉆孔灌注樁的施工順序為先預應力管樁后鉆孔樁，預應力管樁自橋臺側先施工。在對預應力管樁及鉆孔灌注樁施工質量進行檢測合格后，進行該段路堤的填筑施工。

3.2.1路堤卸載

對該段路堤填料進行分層卸載，為減小施工機械對原CFG樁的擾動，在距工作層頂2m范圍內采用小型挖掘機和載重量小于5T的運輸車進行卸載。達到工作層標高后采用人工探明原CFG樁頭位置，用竹竿標明補強樁基位置后平整工作層。

3.2.2預應力管樁加固

（1）施工工藝

預應力管樁施工時，盡可能減小沉樁振動對兩端橋臺基樁的影響，因此距兩側橋路過渡段50m范圍內采用靜壓沉樁工藝施工，其余部分采用錘擊沉樁工藝施工。預應力管樁施工橫向從線路中線向兩側，縱向從兩端橋臺側向中心方向，有效防止樁體對土體的擠密作用使先打入的樁被后打入的樁水平擠推而造成偏移和變位或被垂直擠拔造成浮樁，并進行兩側橋臺的監控觀測。

預應力管樁加固處理前應進行工藝性試驗（試樁），確定施工設備是否匹配及樁機配重、貫入度、停壓標準、收錘標準等參數。根據本段預應力管樁單樁豎向設計承載力，施工前進行6根樁工藝參數試樁，其中靜壓沉樁試樁2根，錘擊沉樁試樁4根。試樁完成后經低應變樁體完整性檢測和單樁靜載試驗均滿足設計要求，預應力管樁施工工藝參數見表1。

表1" 預應力管樁施工工藝參數

靜壓沉樁

工藝

施工設備

YZY-750T 型全液壓側夾式樁機

錘擊沉樁工藝

施工設備

滾管式行走錘樁機

樁機配重

樁機自重+配重=3倍單樁豎向設計承載力

柴油錘型號

HD50型

靜壓沉樁停壓標準

停壓標準應采用雙控指標：樁入土深度和壓樁力（貫入阻力）。最后三次壓樁力達 2.0 倍單樁豎向設計承載力，每次持續時間不少于2min，而貫入度≤10mm時為停壓控制標準;

靜壓沉樁收錘標準

管樁總捶擊數不超過2000擊，最后3陣的貫入度要求在20～40mm，且在最后10擊的貫入度小于20mm及最后1m貫入度不超過250 擊的情況下收錘。

（2）施工控制要點

①預應力管樁進場后，必須對樁的質量進行驗收，檢查出廠產品合格證或質量檢驗證書，還要對樁身混凝土表面質量進行檢驗。

②為防止樁頭部位在錘擊時產生裂縫，打樁時錘墊選用15cm厚直紋木墊，樁墊用麻袋、木夾板，壓縮后厚度12cm左右，錘擊過程中經常檢查及時換。

③靜力壓樁機壓樁時，樁尖垂直對準樁位中心，緩慢放下插入土中，當樁尖插入樁位，夾具抱緊管樁后，微微啟動壓樁油缸，當樁入土至50cm時，再次校正樁的垂直度和平臺的水平度，保證樁的縱橫雙向垂直偏差不得超標，然后啟動壓樁油缸，把樁徐徐壓下，控制施壓速度，一般不超過2m/min。

④錘擊沉樁入土的速度應均勻，連續施打，錘擊間歇時間不要過長。沉樁過程中，如樁錘突然有較大的回彈，則表示樁尖可能遇到阻礙。此時須減小錘的落距，使樁緩慢下沉，待穿過阻礙層后，再加大落距并正常施打。

⑤預應力管樁接頭焊接采用二氧化碳氣體保護焊。接樁時新接樁節與原樁節的軸線一致，兩施焊面上的泥土、油污、鐵銹等要預先清刷干凈。上下樁節間的縫隙應用鐵墊片墊密焊牢，焊接時應采取措施對稱施焊，以減少焊縫變形引起節點彎曲。焊接層數不得少于二層，內層焊渣須清干凈后方能焊外層，焊縫應飽滿連續。接樁處的焊縫應自然冷卻不少于1min后對樁節間連接鐵件涂刷防銹漆防腐處理后方可沉樁。

⑥沉樁時應合理調配管樁長度，相鄰樁的接頭位置應相互錯開。

3.2.3鉆孔灌注樁加固

（1）施工工藝

兩側橋路過渡段鉆孔灌注樁施工采用GW-18型正循環鉆機成孔施工，正循環鉆進成孔過程中振動小，避免對鄰近橋臺樁基和預應力管樁的影響。

（2）施工控制要點

①為防止成孔過程中漏漿降低泥漿面水頭引起塌孔，護筒底端的埋置深度應滿足深入到不透水黏土層0.5～1m。

②開始鉆進時，應先在護筒內放一定數量的泥漿或粘土塊，稍提鉆機，開始空鉆，并從鉆桿中壓入清水，使之攪拌成漿，開動泥漿泵開始循環，待泥漿均勻后開始鉆進。

③初鉆時應低檔慢速鉆進，時護筒刃腳處形成堅固的泥皮護壁，鉆至護筒刃腳下1m后，按照正常速度鉆進。

④多臺鉆機同時施工時，相鄰鉆機不宜過近，以免互相干擾。在相鄰混凝土剛灌注完畢的鄰樁旁成孔施工，其安全距離應大于4D（D為鉆孔灌注樁直徑）。

4樁基檢測

小應變動力檢測，抽檢鉆孔灌注樁、預應力管樁樁身完整性良好，未發現Ⅳ、Ⅴ類樁。單樁豎向抗壓靜載試驗表明，加載到2倍單樁豎向設計承載力荷載時，總沉降量為5～14mm之間，沉降量不大，而且Q-s曲線平緩，無明顯陡降段，s-lgt曲線呈平緩規則排列，綜合分析，單樁豎向極限承載力大于2倍單樁豎向設計承載力。

5沉降評估

按照布設觀測斷面，通過路基填筑期及填筑后不少于3個月的沉降觀測，采用雙曲線法計算無荷推測總沉降量和“軟土地基沉降計算”計算地基的有荷總沉降。

以某中心沉降觀測樁為例，該觀測斷面填筑期的沉降速率較大，其值為0.477mm/d，靜置期的沉降速率很小，其值僅為0.025mm/d，表明沉降漸趨于穩定。dt/ds-dt（dt-累計時間，ds-累計沉降）回歸雙曲線數據源呈直線分布，相關系數 R=0.9942>0.92，施工期沉降 St/無荷推測總沉降量 Sf=88.96%>75%。通過軌道及列車荷載換算土柱堆載后，有荷總沉降量為30.77mm，工后沉降量僅為4.99mm，遠遠小于設計工后沉降控制標準150mm。綜合無荷回歸分析及有荷沉降估算，該段路基工后沉降滿足設計工后沉降控制要求。

6結束語

該段路基開始運營至今，通過鐵路工務部門工后沉降監測數據及列車車載軌道動態監測裝置采集數據，工后沉降量在1.76～2.51mm之間，運營過程中未發現線路有不平順和晃車點，表明通過鉆孔灌注樁、預應力管樁對該段路基病害進行補強加固處理，地基承載力和工后沉降滿足客運專線基礎強度高，穩定性好，工后沉降極小，軌道要求平順度高等特點，滿足客運專線列車高速、平穩、安全和不間斷地運行，可為同類軟土路基病害處理借鑒。

參考文獻：

[1]TZ212-2005客運專線路基工程施工技術指南[S]

[2]賀學文等.預應力管樁在軟土路基基底加固中的應用[J].鐵道標準設計，2008.