鐵路車站房建工程軟土地基的施工技術(shù)研究

【摘要】結(jié)合鐵路車站房建工程實踐，對幾種鐵路火車站房建工程軟土地基常用的施工工藝與處理方法進行技術(shù)總結(jié)，指出深層水泥攪拌樁、深層石灰攪拌樁、砂墊層和砂石墊層換填等方法在施工過程中的注意事項和質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】鐵路車站；房建工程；軟土地基；施工工藝；處理方法

鐵路車站房建工程常修建在鐵路站線兩側(cè)，對地基工程的強度及沉降要求高于普通房建工程，特別是軟土地基，如施工方法不當(dāng)或未按規(guī)定和操作規(guī)程進行，不僅會影響房建工程的質(zhì)量，嚴(yán)重的還會對線路造成影響。

1.軟土工程性質(zhì)

軟土是指天然含水量大、壓縮性高、承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的飽和粘土，多分布在沿海、內(nèi)陸、平原、山區(qū)的湖泊河灘周邊等地區(qū)。

軟土天然含水量高，一般液限WL值較高；天然孔隙比e>1.0。當(dāng)軟土由生物化學(xué)作用形成e>1.5時為淤泥，天然孔隙比1.00.5m2/mm；強度低，不排水抗剪強度<0.03MPa，長期強度更低；滲透系數(shù)?。↘=10-7-10-8cm/s）。

軟土的工程性質(zhì)有：①觸變性。軟土在未破壞時，具固態(tài)特征，一經(jīng)擾動或破壞，即轉(zhuǎn)變?yōu)橄♂屃鲃訝顟B(tài)；②高壓縮性。壓縮系數(shù)大，大部分壓縮變形發(fā)生在垂直壓力為0.1MPa時，造成建筑物沉降量大； ③低透水性。軟土的透水性很低，可認(rèn)為是不透水的，因此軟土的排水固結(jié)需要相當(dāng)長的時間，反映在建筑物的沉降延續(xù)時間長，常在10年以上；④不均勻性。軟土由微細(xì)的和高分散的顆粒組成，土質(zhì)不均勻，當(dāng)平面上建筑荷載不均勻時，將會使建筑物產(chǎn)生較大的差異沉降，造成建筑物裂縫或損壞；⑤沉降速度快。沉降速度隨荷載的增加而增加，沉降速度最大時可達(dá)1-2mm/d；⑥流變性。在一定剪應(yīng)力作用下，具有發(fā)生緩慢長期變形的性質(zhì)；軟土的長期強度小于瞬時強度。

2.鐵路車站房建工程軟土地基常用的施工工藝與處理方法

軟土地基的加固處理應(yīng)盡早用堆載預(yù)壓，以自然沉降逐漸達(dá)到穩(wěn)定，是一種經(jīng)濟簡單的方法，但限于工期，自然沉降法難以應(yīng)用。在工期緊迫的情況下，施工中常用深層水泥攪拌樁、深層石灰攪拌樁、砂墊層和砂石墊層換填等方法。

2.1深層水泥攪拌樁

深層水泥攪拌樁適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭土和粉土，是進行軟基處理的一種有效方法。深層水泥攪拌樁是利用水泥作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機械在地基深部就地將軟土和固化劑強制拌和，使軟土硬結(jié)，提高地基強度。

2.1.1試樁 試樁是為了尋求最佳的攪拌次數(shù)、確定水泥漿的水灰比、泵送時間、泵送壓力、攪拌機提升速度、下鉆速度以及復(fù)攪深度等參數(shù)，以指導(dǎo)下一步水泥攪拌樁的大規(guī)模施工。每個標(biāo)段的試樁≮5根，且必須待試樁成功后方可進行水泥攪拌樁的正式施工。試樁檢驗可采取7d后直接開挖取出，或至少14d后取芯，以檢驗水泥攪拌樁的攪拌均勻程度和水泥土強度。

2.1.2施工準(zhǔn)備 深層攪拌樁施工場地應(yīng)事先整平，清除樁位處地上、地下障礙物。場地低洼時應(yīng)回填粘土，不得回填雜土。水泥攪拌樁應(yīng)采用合格的32.5級普通硅酸鹽袋裝水泥以便于計量。水泥攪拌樁施工機械必須具備良好及穩(wěn)定的性能，鉆機開鉆之前應(yīng)由監(jiān)理工程師和項目經(jīng)理部組織檢查驗收。

2.1.3施工要點 ①施工工藝流程：樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調(diào)整鉆機→正循環(huán)鉆進至設(shè)計深度→打開高壓注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面以下0.3m→重復(fù)攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁。②水泥攪拌樁開鉆之前，應(yīng)用水清洗整個管道并檢驗管道中有無堵塞現(xiàn)象，待水排盡后方可下鉆。③為保證水泥攪拌樁樁體垂直度滿足規(guī)范要求，在主機上懸掛一吊錘，通過控制吊錘與鉆桿上、下、左、右距離相等來進行控制。④對每根成型的攪拌樁，質(zhì)量檢查重點是水泥用量、水泥漿拌制的罐數(shù)、壓漿過程中是否有斷漿現(xiàn)象、噴漿攪拌提升時間以及復(fù)攪次數(shù)。⑤水泥攪拌配合比：水灰比0.45-0.50、水泥摻量12%、每米摻灰量46-25kg、高效減水劑0.5%。⑥水泥攪拌樁施工采用二噴四攪工藝。第一次下鉆時為避免堵管可帶漿下鉆，噴漿量應(yīng)小于總量的1/2，嚴(yán)禁帶水下鉆。第一次下鉆和提鉆時一律采用低檔操作，復(fù)攪時可提高一個檔位。每根樁的正常成樁時間應(yīng)≮40min，噴漿壓力0.4MPa。

2.2深層石灰攪拌樁

深層石灰攪拌樁適用于處理塑性指標(biāo)較高的軟粘土地基，在相同條件下，石灰作為固化劑處理的臨時加固效果比水泥好。深層石灰攪拌樁是在軟土地基中將石灰和地基土進行強制攪拌混合，地基土和石灰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在穩(wěn)定地基土的同時，提高強度的方法。這種方法具有技術(shù)簡單可行且經(jīng)濟合理的特點，能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力。

2.2.1材料要求 石灰應(yīng)該是細(xì)磨的，在攪拌過程中，為防止樁體中石灰聚集，石灰最大粒徑應(yīng)<2mm。石灰應(yīng)盡量選取純凈無雜質(zhì)的，石灰中氧化鈣和氧化鎂含量至少應(yīng)為8.5%，其中氧化鈣含量最好≮80%。石灰的儲存期不宜超過三個月，石灰的液性指數(shù)≮70 %。

2.2.2施工準(zhǔn)備 工作場地表層硬殼很薄時，需先鋪填砂、礫石墊層，以便機械在場內(nèi)順利移動和施鉆；配置鉆機、粉體發(fā)送器、空氣壓縮機、攪拌鉆頭等；通過原位測試及室內(nèi)試驗取得地基土、灰土的物理力學(xué)及化學(xué)指標(biāo)，選取最佳含灰量作為設(shè)計摻灰量；確定設(shè)置攪拌范圍，選擇樁長、截面及根數(shù)。

2.2.3施工要點 粉體攪拌法施工順序：樁體對位→下鉆→鉆進→提升→提升結(jié)束。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求的承載力，初步選定樁的間距，從而定出加固范圍內(nèi)攪拌樁的數(shù)量以及每平方米內(nèi)攪拌樁所占的面積。攪拌樁的排列一般呈等邊三角形，也可四方形布置，樁徑為0.5-1.5m，樁距約1m?？諌簷C的壓力不需要很高，風(fēng)量不宜過大。鉆機及桅桿安裝在載體上，在地面上進行操作，要滿足耐壓力要求。在施工現(xiàn)場要設(shè)置石灰池，石灰粉要遮蓋，一防止飛粉污染，二防止遇雨水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，濺傷皮膚及眼睛，施工人員要配戴防護眼鏡。鉆頭提升距地面30-50cm應(yīng)停止噴粉，以防溢出地面。

2.3砂墊層和砂石墊層換填

砂墊層和砂石墊層是使用夯（壓）實的砂或石墊層替換基礎(chǔ)下部一定厚度的軟土層，以起到提高基礎(chǔ)下地基強度、承載力，減少沉降量，加速軟土層的排水固結(jié)作用，目前使用較為廣泛。

2.3.1材料要求 砂墊層和砂石墊層所用材料，宜采用級配良好、質(zhì)地堅硬的中砂、粗砂、礫砂、碎（卵）石、石屑或其他工業(yè)廢粒料。在缺少中、粗砂和礫砂地區(qū)，也可采用細(xì)砂，但亦同時摻入一定數(shù)量的碎石或卵石，其摻量按設(shè)計規(guī)定（含石量≯50%）。所用砂石材料，不得含有草根、垃圾等有機雜質(zhì)。用作排水固結(jié)地基的材料，含泥量宜≯30%。碎石和卵石最大粒徑宜≯50mm。

2.3.2施工準(zhǔn)備 施工前應(yīng)驗槽，先將浮土清除，基槽（坑）的邊坡必須穩(wěn)定，草地和兩側(cè)如有孔洞、溝、井等應(yīng)加以填實。在地下水位高于基槽（坑）地面施工時，應(yīng)采取排水或降低地下水的措施，使基槽（坑）處無積水狀態(tài)。人工級配的砂、石材料，應(yīng)按級配拌合均勻，再行鋪填搗實。

2.3.3施工要點 砂墊層和砂石墊層的底面宜鋪設(shè)在同一標(biāo)高上，如深度不同時，施工應(yīng)按先深后淺的程序進行。土面應(yīng)挖成臺階或斜坡搭接，搭接處應(yīng)注意搗實。分段施工時，接頭處應(yīng)作成斜坡，每層錯開0.5-1.0m，并應(yīng)充分搗實。采用碎石墊層時，為防止基坑底面的表層軟土發(fā)生局部破壞，應(yīng)在基坑底部及四側(cè)先鋪一層砂，然后再鋪碎石墊層。墊層應(yīng)分層鋪墊，分層夯（壓）實，鋪設(shè)方法有：平振法、插振法、水撼法、夯實法、碾壓法等。平振法是用平板式振搗器來回振搗，振搗次數(shù)以簡易測定密實度合格為準(zhǔn)，振搗器移動時，每行應(yīng)搭接1/3，以防振動面積不搭接。每層鋪設(shè)厚度為200-250mm，施工時最優(yōu)含水量為15%-20%。此法不宜使用于細(xì)砂或含泥量較大的沙鋪筑砂墊層。插振法是用插入式振搗器根據(jù)機械的振幅大小來決定插入間距，不應(yīng)插入下臥粘性土層，插入振搗完畢所留的孔洞，應(yīng)用砂填實。每層鋪設(shè)厚度應(yīng)根據(jù)振搗器的插入深度確定，施工時最優(yōu)含水量為飽和。此法不宜使用于細(xì)砂或含泥量較大的沙鋪筑砂墊層。夯實法適用木夯或機械夯，一夯壓半夯，全面夯實。每層鋪設(shè)厚度為150-200mm，施工時最優(yōu)含水量為8%-12%。此法較適用于砂石墊層。

2.4其它軟基處理方法

軟土地基的加固除以上方法外還有：振沖地基加固、碎石樁擠密加固地基、砂樁加固地基、水泥煤灰碎石樁、塑料板排水加固、石灰粉煤灰（火山灰、鋼渣或粘土）樁等軟基處理方法。

2.4.1振沖法加固地基雖然現(xiàn)在已開始在軟粘土和雜填土地基加固中使用，但該方法仍是松散砂土地基的最佳加固方法。當(dāng)用于軟粘土?xí)r必須適當(dāng)控制水壓、電流及填料密實度等才能有效保證加固效果。碎石樁擠密加固地基是用振動沉管樁機將鋼套管沉入土中再灌入碎石而成。

2.4.2砂樁加固地基也是一種適用于軟弱土、淤泥質(zhì)土及新填土的地基加固方法，砂樁是利用振動灌注施工機械，向地基土中沉入鋼管灌注砂料而成，能起到砂井排水及擠密加固地基的作用。

2.4.3水泥粉煤灰碎石樁是采用碎石、石屑、粉煤灰、少量水泥進行拌和后，利用沉樁機械，振動灌入地基中，制成一種具有粘結(jié)強度的非柔性、非剛性的亞類樁，它與樁間土形成復(fù)合地基，共同承受荷載，從而達(dá)到加固地基的目的。水泥粉煤灰碎石樁在群樁施工中應(yīng)注意樁的間距，樁距過小容易產(chǎn)生緊縮，樁距過大影響加固效果。

2.4.4塑料板排水加固軟基是將帶狀塑料排水板，用插板機插入軟土中，然后在土面加載預(yù)壓（或采用真空預(yù)壓），使土中水沿塑料板的通道溢出，并從砂墊層中排走，使地基得到加固，這種方法施工工期較長。

2.4.5石灰粉煤灰（火山灰、鋼渣或粘土）樁的施工方法與深層石灰攪拌樁相似，只是在石灰中再添加粉煤灰、火山灰、鋼渣或粘土，采用摻合料后可有效防止石灰樁軟心。

在施工中遇到軟弱地基時，應(yīng)進行必要的補充勘探工作，提高沉降計算的精度和設(shè)計的合理性。在施工中應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)程及施工規(guī)范操作，同時做好施工組織和施工質(zhì)量控制，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下，滿足施工便捷且經(jīng)濟合理。

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作者簡介

趙永興（1979.10.27-），男，工程師，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，2004年7月畢業(yè)于長安大學(xué)土木工程（建筑工程）專業(yè)，現(xiàn)任中鐵十九局集團有限公司重慶火車北站綜合交通工程項目部副總工程師/兼計劃合同部部長，主要從事中國鐵道建筑系統(tǒng)的鐵路、公路、房建、橋梁、隧道等交通建筑工程的技術(shù)管理與研究工作。北京，100176。