基樁加固處理軟土路基地基病害施工技術(shù)

摘要：近年來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)迅速發(fā)展。但由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鐵路建設(shè)中面臨的地基問(wèn)題也日益復(fù)雜。地基處理不好，會(huì)對(duì)路基的穩(wěn)定和安全造成不利影響，增加后期養(yǎng)護(hù)成本。軟土地基問(wèn)題成為影響公路鐵路質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵因素之一。CFG樁具有沉降變形小、施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低、承載力大、適用范圍廣、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益明顯等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于軟土地基加固中。本文結(jié)合施工實(shí)例某客運(yùn)專線軟土路基地基病害處理，對(duì)病害處理施工工藝作了介紹，對(duì)工程實(shí)踐具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：軟土路基;鉆孔灌注樁;預(yù)應(yīng)力管樁;施工技術(shù)

1概述

近幾年來(lái)，鐵路建設(shè)呈跨越式發(fā)展，客運(yùn)專線、高速鐵路建設(shè)發(fā)展迅速，尤其集中在東中部和東南沿海地區(qū)。某客運(yùn)專線地層多為全新統(tǒng)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(zhì)土和軟土層較深，物理力學(xué)性能較差，主要表現(xiàn)為高含水率、高孔隙比、快剪內(nèi)摩擦角及快剪粘結(jié)力小、強(qiáng)度低、高壓縮性、滲透系數(shù)小、沉降持續(xù)長(zhǎng)，它還具有觸變性和蠕變性。軟土層內(nèi)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?guī)r、花崗巖，地層橫縱向起伏，風(fēng)化層厚度變化極大，軟硬突變。某段軟土路基受臺(tái)風(fēng)影響，路堤積水達(dá) 1.2m，退水過(guò)后骨架下沉開(kāi)裂，經(jīng)過(guò)一定時(shí)期的沉降觀測(cè)，沉降仍不收斂，且邊坡開(kāi)裂變形不斷擴(kuò)大，路堤中心沉降達(dá)35～60cm，明顯大于施工期的沉降量 10.2cm。

2病害原因

根據(jù)該段路堤地基地質(zhì)補(bǔ)勘資料及部分CFG 樁身垂直度觀測(cè)、樁身混凝土鉆芯取樣、單樁豎向承載力極限破壞試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)路堤沉降和邊坡骨架開(kāi)裂的病害進(jìn)行了分析，主要原因有以下三個(gè)方面：

（1）沿海軟土地基地質(zhì)條件復(fù)雜，前期地質(zhì)勘測(cè)資料不全、不細(xì)。根據(jù)補(bǔ)勘資料反映同一橫斷面持力層卵石土的標(biāo)高差達(dá) 2m，持力層卵石土在一個(gè)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(zhì)土，厚度在1.1～3.6m之間。采用抬架法施工的CFG樁尖未進(jìn)入有效持力層。該部分CFG樁在后期路基填筑和堆載預(yù)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(zhì)土造成其過(guò)大形變。

（2）根據(jù)CFG樁施工指導(dǎo)意見(jiàn)，為了預(yù)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(guò)程中，由于相鄰CFG樁的間距只有 1.6m，施工對(duì)工作墊層和淺層淤泥層產(chǎn)生擠土效應(yīng)，致使相鄰的CFG樁淺層樁身發(fā)生傾斜，降低了CFG樁的豎向承載力。

（3）在施工過(guò)程中，由于地下孔隙潛水發(fā)育，埋深較淺，流塑狀淤泥層較厚，在CFG樁沉管震動(dòng)均勻上提時(shí)，對(duì)淤泥層產(chǎn)生擾動(dòng)，破壞了淤泥的飽和狀態(tài)，地下水和泥漿順管壁上涌，導(dǎo)致部分CFG樁身砼質(zhì)量下降。

3病害處理

3.1處理原則

路堤沉降及邊坡骨架開(kāi)裂病害主要是由部分CFG樁成樁質(zhì)量差及樁尖未進(jìn)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(guò)基樁對(duì)該段路基地基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，為防止擠土效應(yīng)和振動(dòng)對(duì)兩端橋臺(tái)基樁的影響，橋路過(guò)渡段范圍內(nèi)采用C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁補(bǔ)強(qiáng)，其余用預(yù)應(yīng)力管樁補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)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(yùn)營(yíng)期工后沉降要求，確保客運(yùn)專線行車安全。

3.2處理方案

對(duì)該段路堤進(jìn)行卸載處理，卸載至預(yù)應(yīng)力管樁、鉆孔灌注樁工作層標(biāo)高5.5m處后，采用人工探明原CFG 樁1.0m的擴(kuò)大樁頭位置，用竹竿標(biāo)明每根鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)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(jī)械施工。預(yù)應(yīng)力管樁施工前應(yīng)進(jìn)行沉樁工藝試驗(yàn)確定施工參數(shù)。預(yù)應(yīng)力管樁及鉆孔灌注樁的施工順序?yàn)橄阮A(yù)應(yīng)力管樁后鉆孔樁，預(yù)應(yīng)力管樁自橋臺(tái)側(cè)先施工。在對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁及鉆孔灌注樁施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)合格后，進(jìn)行該段路堤的填筑施工。

3.2.1路堤卸載

對(duì)該段路堤填料進(jìn)行分層卸載，為減小施工機(jī)械對(duì)原CFG樁的擾動(dòng)，在距工作層頂2m范圍內(nèi)采用小型挖掘機(jī)和載重量小于5T的運(yùn)輸車進(jìn)行卸載。達(dá)到工作層標(biāo)高后采用人工探明原CFG樁頭位置，用竹竿標(biāo)明補(bǔ)強(qiáng)樁基位置后平整工作層。

3.2.2預(yù)應(yīng)力管樁加固

（1）施工工藝

預(yù)應(yīng)力管樁施工時(shí)，盡可能減小沉樁振動(dòng)對(duì)兩端橋臺(tái)基樁的影響，因此距兩側(cè)橋路過(guò)渡段50m范圍內(nèi)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(yù)應(yīng)力管樁施工橫向從線路中線向兩側(cè)，縱向從兩端橋臺(tái)側(cè)向中心方向，有效防止樁體對(duì)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(jìn)行兩側(cè)橋臺(tái)的監(jiān)控觀測(cè)。

預(yù)應(yīng)力管樁加固處理前應(yīng)進(jìn)行工藝性試驗(yàn)（試樁），確定施工設(shè)備是否匹配及樁機(jī)配重、貫入度、停壓標(biāo)準(zhǔn)、收錘標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)。根據(jù)本段預(yù)應(yīng)力管樁單樁豎向設(shè)計(jì)承載力，施工前進(jìn)行6根樁工藝參數(shù)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(jīng)低應(yīng)變樁體完整性檢測(cè)和單樁靜載試驗(yàn)均滿足設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力管樁施工工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1" 預(yù)應(yīng)力管樁施工工藝參數(shù)

靜壓沉樁

工藝

施工設(shè)備

YZY-750T 型全液壓側(cè)夾式樁機(jī)

錘擊沉樁工藝

施工設(shè)備

滾管式行走錘樁機(jī)

樁機(jī)配重

樁機(jī)自重+配重=3倍單樁豎向設(shè)計(jì)承載力

柴油錘型號(hào)

HD50型

靜壓沉樁停壓標(biāo)準(zhǔn)

停壓標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用雙控指標(biāo)：樁入土深度和壓樁力（貫入阻力）。最后三次壓樁力達(dá) 2.0 倍單樁豎向設(shè)計(jì)承載力，每次持續(xù)時(shí)間不少于2min，而貫入度≤10mm時(shí)為停壓控制標(biāo)準(zhǔn);

靜壓沉樁收錘標(biāo)準(zhǔn)

管樁總捶擊數(shù)不超過(guò)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(guò)250 擊的情況下收錘。

（2）施工控制要點(diǎn)

①預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)場(chǎng)后，必須對(duì)樁的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，檢查出廠產(chǎn)品合格證或質(zhì)量檢驗(yàn)證書，還要對(duì)樁身混凝土表面質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

②為防止樁頭部位在錘擊時(shí)產(chǎn)生裂縫，打樁時(shí)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(guò)程中經(jīng)常檢查及時(shí)換。

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

④錘擊沉樁入土的速度應(yīng)均勻，連續(xù)施打，錘擊間歇時(shí)間不要過(guò)長(zhǎng)。沉樁過(guò)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(shí)須減小錘的落距，使樁緩慢下沉，待穿過(guò)阻礙層后，再加大落距并正常施打。

⑤預(yù)應(yīng)力管樁接頭焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。接樁時(shí)新接樁節(jié)與原樁節(jié)的軸線一致，兩施焊面上的泥土、油污、鐵銹等要預(yù)先清刷干凈。上下樁節(jié)間的縫隙應(yīng)用鐵墊片墊密焊牢，焊接時(shí)應(yīng)采取措施對(duì)稱施焊，以減少焊縫變形引起節(jié)點(diǎn)彎曲。焊接層數(shù)不得少于二層，內(nèi)層焊渣須清干凈后方能焊外層，焊縫應(yīng)飽滿連續(xù)。接樁處的焊縫應(yīng)自然冷卻不少于1min后對(duì)樁節(jié)間連接鐵件涂刷防銹漆防腐處理后方可沉樁。

⑥沉樁時(shí)應(yīng)合理調(diào)配管樁長(zhǎng)度，相鄰樁的接頭位置應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)。

3.2.3鉆孔灌注樁加固

（1）施工工藝

兩側(cè)橋路過(guò)渡段鉆孔灌注樁施工采用GW-18型正循環(huán)鉆機(jī)成孔施工，正循環(huán)鉆進(jìn)成孔過(guò)程中振動(dòng)小，避免對(duì)鄰近橋臺(tái)樁基和預(yù)應(yīng)力管樁的影響。

（2）施工控制要點(diǎn)

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

②開(kāi)始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)先在護(hù)筒內(nèi)放一定數(shù)量的泥漿或粘土塊，稍提鉆機(jī)，開(kāi)始空鉆，并從鉆桿中壓入清水，使之?dāng)嚢璩蓾{，開(kāi)動(dòng)泥漿泵開(kāi)始循環(huán)，待泥漿均勻后開(kāi)始鉆進(jìn)。

③初鉆時(shí)應(yīng)低檔慢速鉆進(jìn)，時(shí)護(hù)筒刃腳處形成堅(jiān)固的泥皮護(hù)壁，鉆至護(hù)筒刃腳下1m后，按照正常速度鉆進(jìn)。

④多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工時(shí)，相鄰鉆機(jī)不宜過(guò)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(yīng)大于4D（D為鉆孔灌注樁直徑）。

4樁基檢測(cè)

小應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，抽檢鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁樁身完整性良好，未發(fā)現(xiàn)Ⅳ、Ⅴ類樁。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)表明，加載到2倍單樁豎向設(shè)計(jì)承載力荷載時(shí)，總沉降量為5～14mm之間，沉降量不大，而且Q-s曲線平緩，無(wú)明顯陡降段，s-lgt曲線呈平緩規(guī)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(shè)計(jì)承載力。

5沉降評(píng)估

按照布設(shè)觀測(cè)斷面，通過(guò)路基填筑期及填筑后不少于3個(gè)月的沉降觀測(cè)，采用雙曲線法計(jì)算無(wú)荷推測(cè)總沉降量和“軟土地基沉降計(jì)算”計(jì)算地基的有荷總沉降。

以某中心沉降觀測(cè)樁為例，該觀測(cè)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(wěn)定。dt/ds-dt（dt-累計(jì)時(shí)間，ds-累計(jì)沉降）回歸雙曲線數(shù)據(jù)源呈直線分布，相關(guān)系數(shù) R=0.9942>0.92，施工期沉降 St/無(wú)荷推測(cè)總沉降量 Sf=88.96%>75%。通過(guò)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?jī)H為4.99mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)工后沉降控制標(biāo)準(zhǔn)150mm。綜合無(wú)荷回歸分析及有荷沉降估算，該段路基工后沉降滿足設(shè)計(jì)工后沉降控制要求。

6結(jié)束語(yǔ)

該段路基開(kāi)始運(yùn)營(yíng)至今，通過(guò)鐵路工務(wù)部門工后沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及列車車載軌道動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置采集數(shù)據(jù)，工后沉降量在1.76～2.51mm之間，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)線路有不平順和晃車點(diǎn)，表明通過(guò)鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁對(duì)該段路基病害進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理，地基承載力和工后沉降滿足客運(yùn)專線基礎(chǔ)強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，工后沉降極小，軌道要求平順度高等特點(diǎn)，滿足客運(yùn)專線列車高速、平穩(wěn)、安全和不間斷地運(yùn)行，可為同類軟土路基病害處理借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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