鐵路軟土地基碎石樁加固技術(shù)

趙 德 超

(中鐵二局第五工程有限公司，四川 成都 621009)

1 工程概況

本項(xiàng)目地處埃塞俄比亞境內(nèi)，是埃塞俄比亞中部與東西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)、交通走廊的中軸，連接埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴和第三大城市阿達(dá)瑪。沿線城鎮(zhèn)發(fā)展較好，所處地域經(jīng)濟(jì)地理優(yōu)勢(shì)明顯。線路位于埃塞俄比亞中部高原，西起亞的斯亞貝巴西南方向的SEBETA，向東經(jīng)AKAKI，BISHOFTU，MOJO，ADAMA，METEHARA，AWASH至MIESO，線路長度327.254 km。

2 碎石樁加固處理方案

2.1 本段軟土路基加固處理范圍

D1K28+414.78～D1K28+720,共計(jì)305.22 m。

2.2 本段軟土路基概況

本段為埃塞高原臺(tái)地地貌，地勢(shì)平坦開闊，地貌起伏不大，植被不發(fā)育。路堤中心最大填高11.03 m，軟土層位于膨脹土之下2 m～10 m，呈軟塑狀。具有天然含水量高、透水性差、孔隙比大等典型的軟土特征。土層間夾雜大量塑料、建筑生活垃圾等雜物，如處理效果不佳，必將對(duì)路基整體穩(wěn)定及列車行車造成巨大安全隱患。

2.3 工程措施

本段軟土路基采用50 cm碎石樁加固三角形布置，樁間距1.1 m，加固寬度為路堤坡角外2 m，加固深度為打穿軟土層。在碎石樁頂部鋪設(shè)兩層80 kN/m2土工格柵及0.6 m砂礫石墊層。

2.4 單樁復(fù)合地基承載力設(shè)計(jì)值

該段軟土地基采用碎石樁加固后，填土施工前應(yīng)按JGJ 79—2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范進(jìn)行單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，復(fù)合地基承載力要求達(dá)到180 kPa以上。

3 現(xiàn)場(chǎng)施工方法

1)本工程采用了浙江八達(dá)公司生產(chǎn)的ZJB-60型碎石樁機(jī)，具有生產(chǎn)效率高、安裝方便、行走快捷、安全性可靠等優(yōu)點(diǎn)。每臺(tái)碎石樁機(jī)配一臺(tái)裝載量1 m3的小型裝載機(jī)卸料，配碎石喂料人員兩名。

2)施工過程控制。

a.施工前對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行平整，清除了路基表面的雜物。因本段路基加固施工時(shí)正值埃塞小雨季，為防止水淹，形成內(nèi)澇，提前做好了防排水措施。對(duì)土質(zhì)過軟地段的表層土進(jìn)行了換填或加鋪碎石墊層的措施，以利于碎石樁機(jī)具順利進(jìn)場(chǎng)及防止施工過程中碎石樁機(jī)傾覆，確保施工安全。

b.施工前由測(cè)量部門對(duì)樁位進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并在樁的中心位置撒上石灰，以示醒目，便于樁石樁機(jī)準(zhǔn)確就位。

c.對(duì)樁身填充材料的要求：樁身采用不易風(fēng)化的碎石和20%的中粗砂混合料，含泥量不大于5%。

d.在軟土地基內(nèi)成孔，將碎石樁機(jī)移至已放線確定好的位置，并將碎石機(jī)振沖器的中心與樁位中心重合，對(duì)準(zhǔn)樁位。開機(jī)并檢查電壓和振沖器的空載電流值是否正常。開動(dòng)機(jī)器，使振沖器以1 m/min～2 m/min的速度在土層中緩緩下沉。應(yīng)注意整個(gè)下沉過程中振沖器的電流值不得超過電機(jī)的額定值，如超過必須減速下沉，或暫停下沉或者向上提升一段距離。振沖器及下料導(dǎo)管在自身重力及向下?lián)粽窳Φ墓餐饔孟拢Q直向下成孔。當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)加固深度30 cm～50 cm或已穿透軟弱層達(dá)到基巖時(shí)，開始將振沖器上提，直至孔口，提升速度可增加至5 m/min～6 m/min。

e.重復(fù)上述成孔步驟1次～2次，如果孔口有淤泥堵塞應(yīng)挖去，最后將振沖器及下料導(dǎo)管提出孔口準(zhǔn)備加填料。

f.通過小型裝載機(jī)向料斗內(nèi)添加碎石并提升至下料導(dǎo)管內(nèi)，每次宜倒料0.2 m3～0.5 m3，并將振沖器沉至填料中進(jìn)行振實(shí)。振沖器不僅使填料振密，同時(shí)使填料擠入孔壁中，從而使樁徑擴(kuò)大。

g.重復(fù)上一步驟，自下而上制作樁體，直至孔口，完成成樁工藝。成樁過程中應(yīng)經(jīng)常觀測(cè)碎石樁機(jī)振沖器電機(jī)電流，防止電機(jī)損壞。同時(shí)還應(yīng)對(duì)碎石樁的實(shí)際填料量與設(shè)計(jì)計(jì)算填料量進(jìn)行對(duì)比，誤差較大時(shí)應(yīng)暫停施工并分析原因后再進(jìn)行施工。

h.碎石樁的施工順序一般采用“由里向外”或“一邊向另一邊”的方式，禁止采用“由外向內(nèi)”的方式進(jìn)行。

i.碎石樁大規(guī)模施工前應(yīng)進(jìn)行工藝性的成樁試驗(yàn)，確定最佳施工參數(shù)和最佳施工工藝用以指導(dǎo)施工生產(chǎn)。

4 施工監(jiān)測(cè)及質(zhì)量檢測(cè)方案

4.1 碎石樁施工質(zhì)量控制措施

樁孔必須準(zhǔn)確定位，專人復(fù)核。振沖器及下料導(dǎo)管應(yīng)有明顯的刻度標(biāo)志。填料粒徑、強(qiáng)度、含泥量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。施工過程中的主要技術(shù)參數(shù)不能達(dá)到控制值時(shí)應(yīng)及時(shí)分析原因并提出處理方案。振沖器的提升和下降速度應(yīng)均勻，并不得過快。施工過程中出現(xiàn)串樁時(shí)應(yīng)分析原因并采取補(bǔ)救措施。施工記錄應(yīng)真實(shí)完整。

4.2 成樁后的質(zhì)量檢測(cè)

成樁7 d后應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，主要內(nèi)容：

1)開挖檢查；

2)采用輕便觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入檢查樁身強(qiáng)度；

3)進(jìn)行單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)。經(jīng)檢測(cè)符合設(shè)計(jì)要求后才能進(jìn)行路堤上部填筑。碎石樁地段的路堤填筑應(yīng)水平分層填筑并按相關(guān)要求做好路堤變形和沉降觀測(cè)，如有異常應(yīng)停止或暫緩填筑。

4.3 碎石樁單樁復(fù)合地基承載力檢測(cè)方法

該段軟土路基處理后的單樁復(fù)合承載力要求應(yīng)大于180 kPa，下面就碎石樁的復(fù)合地基承載力檢測(cè)方法作如下介紹：

1)檢測(cè)內(nèi)容。

單樁復(fù)合地基承載力是檢測(cè)單根碎石樁所處理的面積范圍內(nèi)含樁間土及樁體的承載能力，對(duì)單樁進(jìn)行豎向荷載試驗(yàn)。

2)檢測(cè)的頻率。

據(jù)TB 10414—2003鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)碎石樁總數(shù)的2%，且不得少于2根。

3)檢測(cè)方法。

平板荷載試驗(yàn)。

4)承壓板的選擇。

根據(jù)單根樁所承擔(dān)的實(shí)際處理的面積，制作直徑為1.10 m的圓形鋼板，厚度為4 cm。

5)通過計(jì)算確定堆載的重量=π×0.58×0.58×18 t/m2=38.05 t。

6)所需儀器及機(jī)具。

百分表，量程大于50 mm；液壓式千斤頂，500 kN以上；剛性承載板，直徑1.16 m的圓形鋼板；精密壓力表，60 MPa；堆載體，采用預(yù)制混凝土塊和鋼筋。

7)加載標(biāo)準(zhǔn)。

加載的等級(jí)為8級(jí)，最大加載量為設(shè)計(jì)值的2倍(第1級(jí)45 kPa，第2級(jí)90 kPa，第3級(jí)135 kPa，第4級(jí)180 kPa，第5級(jí)225 kPa，第6級(jí)270 kPa，第7級(jí)315 kPa，第8級(jí)360 kPa)。施工前對(duì)壓力表和千斤頂進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果計(jì)算出壓力表和千斤頂之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

8)結(jié)果計(jì)算。

測(cè)試完畢后作荷載—沉降曲線圖。當(dāng)荷載—沉降曲線圖為平緩的光滑曲線時(shí)，按相對(duì)變形值確定承載力值。粘性土地基，取承載板沉降量與承載板直徑比值為0.015時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載值作為承載力的值。粉土和砂土地基取承載板沉降量與承載板直徑比值為0.010時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載值作為承載力的值。本工程碎石樁所處理的軟土地段全為粘性土，故取下沉量為16.50 mm所對(duì)應(yīng)的承載力作為測(cè)定值。

9)現(xiàn)場(chǎng)操作方法。

a.將檢測(cè)的碎石樁表面清理直至露出樁頭；

b.樁頭及所處理的面積范圍內(nèi)鋪設(shè)一層中砂墊層，厚度取10 cm；

c.將承載板置于砂墊層上，將荷載作用的重心、承載板的形心與樁頭的中心三心合一，并將基準(zhǔn)梁的支點(diǎn)設(shè)在影響區(qū)域外；

d.正式檢測(cè)前應(yīng)預(yù)壓一次，所施加的荷載為第1級(jí)荷載即45 kPa；

e.分級(jí)進(jìn)行加載試驗(yàn)。注意：每級(jí)加載前后均應(yīng)測(cè)讀一次承壓板的沉降量，加載后每30 min測(cè)讀一次，直至穩(wěn)定后再加載下一級(jí)荷載。當(dāng)1 h內(nèi)沉降量小于0.1 mm時(shí)，可視為穩(wěn)定。出現(xiàn)下列情況之一時(shí)可終止試驗(yàn)：沉降急劇增大，土被擠出或承載板周圍出現(xiàn)明顯的隆起或裂縫；承壓板的累計(jì)沉降量已大于其直徑的10%。在某級(jí)荷載下，24 h的沉降速率未達(dá)到穩(wěn)定；加載量已達(dá)到預(yù)計(jì)最大試驗(yàn)荷載。在本段碎石樁的檢測(cè)中均未出現(xiàn)上述前三種狀況，故均以加載量達(dá)第8級(jí)后再終止試驗(yàn)。

檢測(cè)結(jié)果：該段軟土地基經(jīng)碎石樁加固處理后，其單樁的復(fù)合地基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

通過以上介紹，但愿對(duì)今后工作中遇到類似問題的工程技術(shù)人員有所幫助。