大型鐵路客運(yùn)站柱錘沖擴(kuò)樁軟基加固施工技術(shù)

盧慶練

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300222）

大型鐵路客運(yùn)站柱錘沖擴(kuò)樁軟基加固施工技術(shù)

盧慶練

（中鐵十八局集團(tuán)有限公司 天津 300222）

柱錘沖擴(kuò)樁法是在土樁擠密法和強(qiáng)夯技術(shù)的基礎(chǔ)上演化而來的一種新型的地基處理方法，在高速鐵路客運(yùn)站建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)例，介紹柱錘沖擴(kuò)樁法進(jìn)行軟土地基處理施工技術(shù)，以期為今后類似施工提供借鑒。

鐵路客運(yùn)站 柱錘沖擴(kuò)樁 地基處理 工藝技術(shù)

1 前言

軟基加固處理技術(shù)在鐵路路基施工中非常普遍、且方法多樣，根據(jù)地質(zhì)，選取經(jīng)濟(jì)合理、滿足承載力要求、快速高效的處理方法是關(guān)鍵。柱錘沖擴(kuò)法是綜合吸取土樁擠密、強(qiáng)夯置換等工法優(yōu)點(diǎn)，利用沖擊成孔、分層夯實(shí)原理發(fā)展起來的一種新型地基加固技術(shù)，兼有擠密、置換和振動(dòng)的作用，其成孔、成樁方法可根據(jù)地質(zhì)、施工機(jī)具不同多樣選擇。本文通過某鐵路客運(yùn)站柱錘沖擴(kuò)樁軟基加固施工實(shí)踐，進(jìn)行施工驗(yàn)證和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，供今后同類工程參照借鑒。

2 工藝特點(diǎn)

2.1 施工工藝簡(jiǎn)單、操作安全可靠

通過柱錘沖擊成孔、分層填料成樁，工序簡(jiǎn)單、操作方便、人員設(shè)備投入少，施工快速安全。

2.2 適用范圍廣、加固效果顯著

可適用于雜填土、粉土、粉質(zhì)黏性土、黏土、黃土、液化砂土等多種土質(zhì)，地基處理深度達(dá)6～30m，成孔直徑0.6～2.5 m。柱錘對(duì)土體的沖擊速度可達(dá)3～25 m/s，單位面積夯擊能是一般強(qiáng)夯的8～20倍，處理后的地基壓縮模量顯著提高，極大降低壓縮變形量，地基承載力可提高4～8倍。

2.3 施工速度快、節(jié)能環(huán)保

無需土方外運(yùn)，不需鋼材、水泥，無污水、泥漿，僅需碎石作主要填料，且孔內(nèi)沖擊成樁，振動(dòng)小、噪聲低，施工速度快，節(jié)能環(huán)保。

3 工藝原理

柱錘沖擴(kuò)樁法是通過提升設(shè)備將柱錘（一般直徑30～50cm、長(zhǎng)2～6m、重1～8t柱狀錘，長(zhǎng)徑比L/d=7～12）提升到距地基5～10m高度后下落，反復(fù)沖擊成孔到設(shè)計(jì)深度，在孔內(nèi)分層填料、分層夯實(shí)形成樁體，通過對(duì)原狀土的側(cè)向擠密、強(qiáng)力夯實(shí)、動(dòng)力固結(jié)、充填置換、物理化學(xué)反應(yīng)等綜合作用，以實(shí)現(xiàn)軟基加固效果和目的。

4 施工工藝流程及工序要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

根據(jù)不同地質(zhì)可采用沖擊、跟管和螺旋鉆進(jìn)等3種成孔方法，然后選取不同施工機(jī)具，采取孔內(nèi)分層填料夯擴(kuò)、逐步拔管填料夯擴(kuò)、擴(kuò)底填料夯擴(kuò)、邊沖孔邊填料與柱錘強(qiáng)力夯實(shí)置換等4種成樁施工方法。盡管成孔、成樁方法不同，但施工工藝流程基本一致。柱錘沖擴(kuò)碎石樁施工工藝流程詳見圖1。

圖1 柱錘沖擴(kuò)碎石樁施工流程圖

4.2 主要工序要點(diǎn)

4.2.1 測(cè)放樁位

按照樁頂以上0.6～1.0m標(biāo)高，采用推土機(jī)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整壓實(shí)，然后根據(jù)樁位設(shè)計(jì)布置圖進(jìn)行測(cè)量放樣，每個(gè)樁位采取插桿定位、編號(hào)，標(biāo)注明顯、準(zhǔn)確，并報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收合格。

4.2.2 樁機(jī)就位

按照樁位布置放樣點(diǎn)位，牽引打樁機(jī)就位，調(diào)整機(jī)身水平度和垂直度，使護(hù)管及柱錘中心與樁位對(duì)齊，垂直度偏差不大于樁長(zhǎng)1.5%，采用線錘或經(jīng)緯儀校核。

4.2.3 錘擊成孔

（1）成孔施工順序：由外向里間隔分排施工，成孔布置詳見圖2。

（2）根據(jù)不同地質(zhì)可采用沖擊、跟管和螺旋鉆進(jìn)等3種成孔方法，其中：

圖2 成孔布置圖

A、沖擊成孔：一般適用地下水位以上不塌孔土層，若成孔過程中出現(xiàn)縮徑或坍孔時(shí)，可分次填入粗骨料，沖擊擠密孔壁。

B、跟管成孔：一般適用于雜填土、素填土、粉土、松軟土、黃土、液化砂土等松散、易塌孔地層。護(hù)管直徑稍大于柱錘直徑，長(zhǎng)度一般5～10m一節(jié)，用柱錘邊成孔邊將套管壓入土中，直至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高。

C、螺旋鉆進(jìn)成孔：一般適用于地下水位以上黏性土土層。

（3）柱錘沖擴(kuò)樁法夯擊能量較大，易發(fā)生地面隆起，造成表層樁和樁間土出現(xiàn)松動(dòng)，因此成孔及填料夯實(shí)的施工順序必須間隔進(jìn)行（詳見圖2），且開孔時(shí)采用柱錘低落距（2～4m）輕夯成孔，然后增大落距成孔。

（4）當(dāng)成孔過程中，遇到坍孔或縮頸時(shí)，可采取分次填碎石或碎磚和生石灰，邊沖擊邊將填料擠入孔壁及孔底時(shí)，適當(dāng)降低柱錘落距、放慢沖孔速度，使骨料與孔內(nèi)松軟土層強(qiáng)行拌合。若仍不能成孔時(shí)，采用跟進(jìn)套管法成孔方法。

（5）成孔過程中隨時(shí)檢測(cè)樁機(jī)垂直度，不滿足要求時(shí)，及時(shí)調(diào)整到位，直至達(dá)到設(shè)計(jì)樁底。（6）接近設(shè)計(jì)成孔深度時(shí)，在孔內(nèi)填少量粗骨料繼續(xù)沖擊，直至孔底被夯密實(shí)。

（7）當(dāng)設(shè)計(jì)有打入持力層要求時(shí)，除樁長(zhǎng)符合設(shè)計(jì)要求外，還需檢查打入持力層深度滿足要求。4.2.4 成孔檢測(cè)

錘擊至設(shè)計(jì)成孔標(biāo)高后，檢查成孔直徑、深度、垂直度、孔內(nèi)虛土和積水情況，并填寫驗(yàn)收記錄報(bào)監(jiān)理工程師。

4.2.5 分層夯填成樁

（1）成樁順序必須按成孔順序間隔進(jìn)行，成孔一個(gè)夯填一個(gè)，嚴(yán)禁成孔后統(tǒng)一成樁，防止塌孔或填埋。

（2）成樁可采用孔內(nèi)分層填料夯擴(kuò)、逐步拔管填料夯擴(kuò)、擴(kuò)底填料夯擴(kuò)、邊沖孔邊填料、柱錘強(qiáng)力夯實(shí)置換等多種方法，填料采用級(jí)配良好的碎石或碎石夾礫砂，運(yùn)料車運(yùn)送，其中：

A、孔內(nèi)分層填料夯擴(kuò)：即在孔內(nèi)自下而上分層填入填料夯擴(kuò)，適用于沖擊成孔、螺旋鉆進(jìn)成孔。

B、逐步拔管填料夯擴(kuò)：適用跟管成孔，當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，邊填料、邊拔管、邊柱錘夯擴(kuò)成樁。

C、擴(kuò)底填料夯擴(kuò)：當(dāng)孔底土層較軟時(shí)，可在孔底進(jìn)行反復(fù)填料夯擴(kuò)形成擴(kuò)大端，待孔底夯擊貫入度滿足要求時(shí)，再自下而上分層填料夯擴(kuò)成樁。

D、邊沖孔邊填料、柱錘強(qiáng)力夯實(shí)置換法：適用于厚度≥3m松軟土層。

（3）成樁過程中，要隨時(shí)檢測(cè)和調(diào)整樁機(jī)垂直度滿足要求，樁頂標(biāo)高控制在設(shè)計(jì)標(biāo)高以上至少0.5m，其上部用粘土夯封。

（4）成樁過程中，用單擊貫入度來控制填料填量和夯擊次數(shù)，單擊貫入度不大于20cm（距地面1～2 m時(shí)，柱錘落錘距宜適當(dāng)減小，采用低能量夯擊填充料成樁），填料量按不小于0.4m3/m控制，以形成直徑不小于φ0.6m的碎石或碎石夾礫砂沖擴(kuò)樁（成孔直徑為0.5m時(shí)）。

（5）成樁過程中，應(yīng)隨時(shí)觀察地面隆起，當(dāng)?shù)孛嬗忻黠@隆起時(shí)，立即減小柱錘落距，采用低落距多次夯擊，夯擊直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（6）成樁過程中，要隨時(shí)尺量或挖深檢查樁徑不得小于設(shè)計(jì)值，否則，應(yīng)加大重錘質(zhì)量、落距、填料量和夯擊次數(shù)等參數(shù)。

4.2.6 施工機(jī)具移位

根據(jù)預(yù)先設(shè)定的成孔、成樁順序，將柱錘沖擴(kuò)機(jī)移到下一樁位，繼續(xù)施工。（見圖3）

4.2.7 樁基檢測(cè)

成樁后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主要進(jìn)行樁身質(zhì)量、樁間土處理效果、復(fù)合地基承載力等質(zhì)量檢測(cè)。其中：樁身質(zhì)量主要檢測(cè)：挖深檢查樁的直徑是否不小于設(shè)計(jì)值。樁間土處理效果檢測(cè)：樁施工結(jié)束7～14天后，在樁間中心點(diǎn)、成孔擠密深度范圍內(nèi)采用動(dòng)力觸探對(duì)樁間土的擠密效果進(jìn)行檢測(cè)。復(fù)合地基承載力檢測(cè)：成樁14～28天后進(jìn)行，采用靜載荷試驗(yàn)。（見圖4）

圖3 護(hù)管式柱錘沖擴(kuò)樁機(jī)

圖4 現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基承載力試驗(yàn)

5 材料與設(shè)備

根據(jù)施工圖紙，準(zhǔn)備所需填料，可為碎石或碎石夾礫砂。主要施工機(jī)械設(shè)備詳見表1。

表1 主要施工機(jī)械設(shè)備配置表

6 質(zhì)量控制

6.1 正式施工前，先進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，選擇錘量、錘長(zhǎng)，確定滿足設(shè)計(jì)承載力要求的落距、分層填料量、分層夯擊次數(shù)、總填料量等工藝參數(shù)后，報(bào)監(jiān)理單位確認(rèn)、審批后大面積施工。

6.2 對(duì)已成樁高出設(shè)計(jì)標(biāo)高部分，在鋪設(shè)砂墊層前，采用推土機(jī)鏟除超高部分，并人工清理至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，再使用壓路機(jī)碾壓平整，不得使用挖掘機(jī)挖除，以避免破壞樁體。

6.3 柱錘擴(kuò)沖樁樁身采用碎石或碎石夾礫砂材料，粒徑滿足設(shè)計(jì)要求，最大粒徑不大于50mm，含泥量不大于5%。

檢驗(yàn)數(shù)量：同一產(chǎn)地、品種、規(guī)格且連續(xù)進(jìn)場(chǎng)的碎石，每3000m3為一批，不足3000m3時(shí)也按一批。施工單位每批抽樣檢驗(yàn)1次。

檢驗(yàn)方法：在料場(chǎng)抽樣檢驗(yàn)含泥量試驗(yàn)和篩分試驗(yàn)。

6.4 樁間土處理效果檢驗(yàn)、承載力檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)手段、檢測(cè)頻率應(yīng)嚴(yán)格按照驗(yàn)標(biāo)進(jìn)行 。其中：

成樁后7～14天在樁間形心點(diǎn)、成孔擠密深度范圍內(nèi)采用動(dòng)力觸探對(duì)樁間土的擠密效果進(jìn)行檢測(cè)，沿線路縱向連續(xù)每50m抽樣檢驗(yàn)不少于3處；成樁14～28d后進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)樁數(shù)不小于總樁數(shù)的2‰，并不少于3根。

6.5 柱錘沖擴(kuò)樁樁位、垂直度、有效直徑的允許偏差見表2

表2 允許偏差表

7 安全措施

7.1 施工臨時(shí)用電由專職電工設(shè)計(jì)，并建立檔案，定期檢查、量測(cè)。

7.2 嚴(yán)格遵守施工機(jī)械操作規(guī)程，及時(shí)向操作人員進(jìn)行施工任務(wù)和安全技術(shù)交底，嚴(yán)禁超載作業(yè)或任意擴(kuò)大使用范圍

7.3 加強(qiáng)對(duì)施工機(jī)械工況檢查和維修保養(yǎng)，操作人員不得擅自離崗，嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入工作區(qū)域或操作室內(nèi)。

7.4 實(shí)行多班作業(yè)的機(jī)械操作人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行交接班制度。

7.5 操作人員和配合作業(yè)人員必須正確佩戴和使用勞動(dòng)防護(hù)用品。

7.6 機(jī)械移位時(shí)應(yīng)專人指揮、協(xié)調(diào)行動(dòng)，防止機(jī)械傾覆，移位后應(yīng)再次對(duì)機(jī)械各部位進(jìn)行檢查。

8 環(huán)保措施

8.1 施工期間，對(duì)施工物料堆放嚴(yán)格管理，防止在雨季或暴雨將物料隨雨水徑流排入地表及附近水域造成污染。

8.2 在工程施工過程中，加強(qiáng)施工機(jī)械的管理，減少污染源（如摻柴油添加劑，配備催化劑附屬箱等）。

8.3 為防止施工廢水和工區(qū)生活污水污染周圍土地，作業(yè)場(chǎng)地周邊設(shè)置排水溝，匯集進(jìn)入污水處理池進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)準(zhǔn)后排放。

9 效益分析

柱錘沖擴(kuò)樁與強(qiáng)夯、換填等施工方法相比，首先，從自身構(gòu)造來講，柱錘自重大、底面積小，對(duì)土體的沖擊速度可達(dá)1～25m/s，柱錘底靜接地壓力值100～500 kPa，而強(qiáng)夯錘底靜接地壓力值僅為25～40 kPa，柱錘單位面積夯擊能可達(dá)600～5000 kN.m/m2，是一般強(qiáng)夯的10～20倍，強(qiáng)大的沖擊速度、沖擊力，使地基處理效果和效率明顯提升，既可以解決強(qiáng)夯影響深度不夠的問題，又可以避免橡皮土的出現(xiàn)，還可以解決承載力低以及地基剛度不均的難題；其次，柱錘沖擴(kuò)樁較強(qiáng)夯受地層限制小，成孔、成樁方法多樣，可用于多種土層施工，受季節(jié)、氣候因素影響小，應(yīng)用范圍廣，推廣前景廣闊；第三，柱錘沖擴(kuò)樁可改變填料種類和成孔、成樁方法，以達(dá)到對(duì)原狀土的側(cè)向擠密、強(qiáng)力夯實(shí)、動(dòng)力固結(jié)、充填置換、物理化學(xué)反應(yīng)等綜合作用，以實(shí)現(xiàn)軟基加固效果和目的；第四，柱錘沖擴(kuò)樁采用碎石作填料，可大量節(jié)約鋼材、水泥、石灰等，較換填可節(jié)約投資50～70%，同時(shí)又減少土方外運(yùn)，施工速度快（樁長(zhǎng)13m平均2小時(shí)1根），采用孔內(nèi)強(qiáng)夯，振動(dòng)小、噪聲低（70dB以下），無污水、泥漿污染，節(jié)能環(huán)保效果顯著。第五，柱錘沖擴(kuò)樁采用散體樁形式，對(duì)局部有孤石處可免除開挖、回填、再打樁程序，大大縮短工期。

[1]陳明金.柱錘沖擴(kuò)樁（DDC法）加固濕陷性黃土地基[J],科學(xué)之友.2008

[2]王庭博、宋德朝、頓志元.高原機(jī)場(chǎng)冰澤土地基強(qiáng)夯處理及試驗(yàn)檢測(cè),巖土工程技術(shù).2012

[3]袁維紅.新型柱錘沖擴(kuò)樁法地基處理技術(shù)應(yīng)用探討[J],工程與建設(shè).2010

Construction technology of Soft Foundation Reinforcement for Pile Hammer of Large Railway Stations

LU Qing-lian
（China Railway Eighteen Bureau Group Co., Ltd. Tianjin 300222 China）

Thruster expanded pile is a new ground treatment method evolving from the soil compaction pile and compaction technology, which is widely used in the construction of high-speed railway stations. Based on the engineering example, this thesis introduces the construction the technology of thruster expanded pile in soft soil foundation treatment, which hopefully will provide reference for similar constructions in future.

railway station thruster expanded pile foundation treatment technology

A

1673-1816(2016)04-0028-06

2016-04-19

盧慶練（1970-），男，漢，河北樂亭人，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向土木工程技術(shù)。