水泥土擠密樁處理濕陷性黃土路基技術(shù)研究

范森+FAN+Sen

摘要： 本文主要對有砟軌道路基段水泥土擠密樁工藝特點和控制要點，地基處理質(zhì)量檢測項目、方法，地基處理效果等進行總結(jié)。

Abstract： This paper mainly sums up the process features and control points of cement soil compaction pile in the subgrade section of ballastless track， and quality testing items and methods of foundation treatment and the effect of foundation treatment.

關(guān)鍵詞： 砂質(zhì)新黃土；濕陷性；水泥土擠密樁

Key words： sandy loess；collapsibility；cement soil compaction pile

中圖分類號：U416.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）12-0136-04

0 引言

通過濕陷性砂質(zhì)新黃土路基采用水泥土擠密樁進行軟基處理施工的技術(shù)總結(jié)，掌握了水泥土擠密樁工藝特點和控制要點，地基處理質(zhì)量檢測項目、方法。達到在高速鐵路、客運專線、重載鐵路等工程軟基處理推廣要求。

1 工程概述

新建蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道MHTJ-4標(biāo)位于陜西省榆林市靖邊縣和延安市安塞縣境內(nèi)，起訖里程為DK236+018.05-DK266+938.00，全長30.92km。合同造價22.84億元。合同工期2015年8月1日～2020年3月1日，工期55個月。路基共分21段，全長4095.16m。占線路總長的13.24%，路基土石方120.3 m3。路基最長段521m， 路基最短5m。線路中心最大挖深36.81m，最大填高16.95m。地基處理形式主要有：改良土換填171350m3、柱錘沖擴樁18078m、水泥土擠密樁172188m、鉆孔灌注樁3547m、強夯17996m2、沖擊碾壓51059m2、堆載預(yù)壓11884m2。路基工程設(shè)置集料拌和站一處。

1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

①鐵路等級：國鐵Ⅰ級；

②正線數(shù)目：雙線；

③最小曲線半徑：1200m；

④限制坡度： 13‰；

⑤牽引種類：電力；

⑥牽引質(zhì)量：10000噸；

⑦閉塞類型：自動閉塞；

⑧設(shè)計活載：橋涵設(shè)計列車豎向靜活載采用1.2倍ZH活載（2005）。

1.2 工程地質(zhì)

地形地貌：本標(biāo)段路基通過毛烏素沙漠與黃土高原過渡區(qū)，地形起伏較大，沖溝發(fā)育。地層巖性及工程地質(zhì)特征：砂質(zhì)新黃土（Q■■）：淺黃色，稍密～密實，稍濕，砂感較強，土粒成份以粉粒為主，具垂直節(jié)理，具大孔隙，具濕陷性，具濕陷性，濕陷深度0～20m，濕陷系數(shù)δs=0.017～0.093屬Ⅳ（很嚴(yán)重）自重濕陷性黃土，σ0=150～180kPa；細沙（Q■■）：淺黃色，密實，稍濕，厚度0～2m，σ0=350kPa。水紋地質(zhì)條件：表無明水，地下水埋深13.8～59.1m，地下水具有侵蝕性，環(huán)境作用等級L1、H1、Y1；土壤具有侵蝕性，環(huán)境作用等級H2、Y3。土壤最大凍結(jié)深度1.56m。地震峰值加速度：0.05g。年降雨量288.7mm。月最大降雨，190.9 mm。

2 施工準(zhǔn)備

①配足水泥土擠密樁施工所需要機械設(shè)備 （如表1）。

②水泥土集料拌合站建設(shè)及驗收，根據(jù)整體施工組織設(shè)計，選取合適場地。

③擠密樁施工前查明場地范圍內(nèi)地下構(gòu)造物、管線、電線及地上架空電線的位置及標(biāo)高。及時進行遷改及保護。

④路堤地段清除處理范圍內(nèi)地表植物根系等腐殖質(zhì)，平整現(xiàn)場土坎、溝槽、坑穴等，做好路基臨時排水設(shè)施。

⑤室內(nèi)配比試驗：作為水泥土改良土原土土源點的土樣，進行室內(nèi)配比試驗，測定不同水泥參入量水泥改良土的無側(cè)限抗壓強度、最優(yōu)含水量及最大干密度。尋求滿足設(shè)計要求的最佳水泥參入量。

⑥施工前應(yīng)認(rèn)真審核圖紙，編制施工方案及作業(yè)指導(dǎo)書，做好現(xiàn)場作業(yè)人員的培訓(xùn)及交底。

3 工藝性試驗

根據(jù)水泥土擠密樁工藝性試驗方案選擇在里程DK238+270～DK238+560段路堤進行工藝性試驗。通過室內(nèi)土工試驗，砂質(zhì)新黃土水泥土最佳含水量14.0%（施工現(xiàn)場誤差控制±2%），最大干密度1.80g/cm3，普通硅酸鹽水泥（PO42.5）參入量8%。水泥土回填分層夯實，每層厚度控制250～400mm，夯擴打樁機柱錘重3.5t，落錘高度控制在2m。每層錘擊次數(shù)不小于4次。

試樁經(jīng)試驗檢測：樁間土平均擠密系數(shù)為0.94，最小擠密系數(shù)為0.93，樁體內(nèi)的平均擠密系數(shù)為0.96，樁間土濕陷性系數(shù)為δs=0.003，各項試驗檢測指標(biāo)均滿足設(shè)計及驗標(biāo)要求。

4 施工方案

按照工藝試驗總結(jié)的資源配置、施工參數(shù)進行其余路基段落水泥土擠密樁的施工。在施工過程中根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，對相關(guān)參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，保證地基處理結(jié)果滿足要求。下面以DK238+270～DK238+560水泥土擠密樁施工為例，對水泥土擠密樁施工工藝進行總結(jié)。

DK238+270～DK238+560段路堤軟基處理采用水泥土擠密樁加固，樁長8m，樁徑0.4m，樁間距1m，正方形布置，7991根，共計63928延米。采用柱錘沖擴成孔工藝進行施工，水泥土最佳含水量控制在14%（±2%），普通硅酸鹽水泥P.O42.5參入量8%。成孔采用履帶式柴油錘打樁基、柱錘沖擴機，回填采用柱錘沖擴機夯實。具體方案如下：

4.1 成孔工藝

清除地表0.3m厚種植土，回填合格土至原地面并碾壓密實平整，平整標(biāo)高=設(shè)計樁頂標(biāo)高+0.5m。采用柱錘沖擴成孔，施工前在樁架或鋼絲繩上標(biāo)出控制深度標(biāo)記，以便施工中進行柱錘深度觀測。水泥土擠密樁施工時應(yīng)加強控制成孔深度、成孔樁徑，成孔后樁底夯實、夯平，每層填料夯實次數(shù)不小于4擊，成孔后進行孔中心位移、垂直度、孔徑、孔深檢查，合格后進行下道工序施工或用蓋板蓋住孔口防止雜物落入。見圖1、圖2。

4.2 水泥土拌制與運輸

樁身材料采用水泥土混合料，水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。水泥土在集料拌和站集中攪拌，汽車運輸。根據(jù)室內(nèi)土工試驗嚴(yán)格控制水泥土含水量，若含水量大采用分?jǐn)偭栏桑艉啃〔捎脼⑺疂櫇?。水泥土拌制根?jù)回填要求隨拌隨用，被雨水淋濕、浸泡的水泥土嚴(yán)禁使用按作廢處理。下雨期間不進行水泥土拌制。

4.3 水泥土回填夯實

樁孔分層夯實，每次回填厚度為250～400mm，采用提升式柱錘夯實。落錘高度不小于2m，每層夯實不小于4錘（具體參數(shù)由試驗確定）。施工時，逐層以量斗定量向孔內(nèi)下料，逐層夯實，見圖3。

4.4 質(zhì)量檢測

水泥土擠密樁質(zhì)量檢驗主要內(nèi)容包括樁身及樁間土密實度和復(fù)合地基承載力等，對濕陷性黃土地基還應(yīng)監(jiān)測樁間土濕陷性系數(shù)。

①樁孔和樁位檢驗：檢查數(shù)量不得少于總孔數(shù)的3%，樁孔中心點的偏差不大于樁間距設(shè)計值的5%，且小于50mm，樁孔的垂直度偏差不大于1.5%，樁孔直徑、樁孔深度不小于設(shè)計值。如表2。

②樁身質(zhì)量檢驗：樁身質(zhì)量采用在樁基施工過程中，對成樁質(zhì)量進行抽樣檢驗，數(shù)量不少于總孔數(shù)的2‰，且不少于3根。成樁后采用輕型動力觸探錘擊數(shù)N10與壓實系數(shù)的關(guān)系，判斷樁身質(zhì)量，要求混合料的壓實系數(shù)不得小于0.95。見表3。

③樁間土處理效果檢驗：在樁間形心點、成樁擠密深度范圍內(nèi)采用鉆機取樣，每2m取樣測定干密度并進行濕陷性試驗，計算最小擠密系數(shù)、平均擠密系數(shù)和濕陷系數(shù)并滿足設(shè)計要求。檢驗數(shù)量沿線路縱向每50m檢驗不少于3處。見表4、表5。

④成樁28天后，采用平板荷載試驗方法檢驗單樁或者復(fù)合地基承載力，檢驗數(shù)量不少于樁基總數(shù)的2‰，且每檢驗批不少于3根。見圖4、表6。

4.5 質(zhì)量控制措施

①土料控制：水泥土擠密樁用土料中有機質(zhì)含量不得超過5%，土塊粒徑不應(yīng)大于20mm，不得含有雜土、凍土或膨脹土及磚、瓦和石塊等。

②混合料的含水量應(yīng)滿足最優(yōu)含水量，允許偏差不得大于±2%，土料與水泥要拌和均勻，水泥用量不得小于設(shè)計及試驗確定的用量?；旌狭喜坏帽瘛⒘苡?、受凍，以免影響成樁質(zhì)量。

③柱錘擴孔機就位后要保持平穩(wěn)，錘體垂直。

④保證施工場地排水暢通，下雨積水造成地基土層含水量增大，增加縮孔可能性。

⑤成孔后及時回填，回填過程不得間隔停頓或隔日回填，以免縮孔和雨水及異物等進入孔內(nèi)。

⑥人工填料時按交底要求均勻投料，必須采用量斗，計量準(zhǔn)確，不得隨意直接用鐵鍬回填。

⑦嚴(yán)格按照操作工藝，確保水泥土在初凝時間內(nèi)完成拌和及回填。

5 實例分析

本標(biāo)段路基DK238+270～DK238+560段通過采用履帶式柴油錘打樁基、柱錘沖擴機進行水泥土擠密樁施工，取得如下效果：

①工期：平均每天完成180根共計1440m，總共期45天。滿足設(shè)計工期要求。②根據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》檢測頻次要求進行了16次試驗檢測，復(fù)合地基承載力達到150kPa。滿足設(shè)計要求。③樁身土：實測干密度值介于1.71～1.77g/cm3之間，平均值1.73g/cm3，壓實系數(shù)范圍在0.96～0.99之間，其平均值為0.96，符合設(shè)計及驗標(biāo)要求。④樁間土：實測干密度值介于1.60～1.66g/cm3之間，平均值1.62g/cm3，壓實系數(shù)范圍在0.93～0.96之間，其平均值為0.94，符合設(shè)計及驗標(biāo)要求。⑤濕陷性試驗：自重濕陷性系數(shù)介于0.000～0.013，表明處理深度范圍內(nèi)樁間土濕陷性經(jīng)已基本消除。

通過此方案進行水泥土擠密樁施工，工期及經(jīng)濟效益得到提升，各項試驗檢測指標(biāo)均滿足設(shè)計及驗標(biāo)要求。

6 結(jié)束語

本項目通過此方案在天然含水率不大于24%，飽和度Sr≤65%s濕陷性黃土路基，進行水泥土擠密樁施工，提高了施工效率，保障了水泥土擠密樁樁體質(zhì)量、樁間土擠密系數(shù)，消除了樁間土濕陷性。可以做為處理濕陷性黃土路基工藝推廣。但還需要研究在不同地層巖性、特殊地質(zhì)條件下采用水泥土擠密樁施工的效果。

參考文獻：

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