丹大快鐵軟土路基多種處理技術及方法

田福臣

摘要： 丹大快速鐵路前陽至莊河段軟土路基處理采用的主要形式是水泥攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁、水泥砂漿樁、預應力混凝土管樁等。本文結(jié)合該工程實例，詳實的論述各種樁基成樁的原理、特點及主要工藝操作要點，可為類似工程的施工提供一定的參考依據(jù)。

Abstract： The main forms of soft soil subgrade treatment in Qianyang-Zhuanghe section of Dandong Rapid Railway are cement mixing piles， cement fly ash gravel piles， cement mortar piles and prestressed concrete pipe piles. In this paper， combining with the project example， the principles， characteristics and main operation points of various pile foundations are discussed in detail， which can provide certain reference for the construction of similar projects.

關鍵詞： 快速鐵路；軟土地基；處理方法；原理及特點

Key words： rapid railway；soft soil foundation；treatment method；principle and characteristics

中圖分類號：U213.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）18-0151-02

0 引言

不同的軟土地基可采用不同的處理方法，可根據(jù)土質(zhì)類型、地基條件、道路情況、施工作業(yè)環(huán)境和建設費用合理選擇恰當方法，來獲得最佳的處理效果。

丹大快速鐵路前陽至莊河段，水泥攪拌樁96萬延米，水泥粉煤灰碎石樁118.5萬延米，水泥砂漿樁99萬延米，預應力鋼筋混凝土管樁135萬延米，依據(jù)設計要求分別應用于路基、房建和涵洞等基礎位置。

1 各種樁的成樁原理及特點

1.1 水泥攪拌樁成樁原理及特點

原理：水泥攪拌樁選用水泥作為固化劑的主劑，利用特制的深層攪拌機械，在地基深部就地強制拌合軟土和固化劑，如此可將軟土硬結(jié)，從而提高地基強度。該方法適用處理軟土，不僅處理效果良好，且能夠在處理后短時間內(nèi)投入使用。特點：漿體噴射攪拌樁特點包括設備簡單、固結(jié)體形狀易于控制、工藝簡便、適用范圍廣等。

1.2 水泥粉煤灰碎石樁成樁原理及特點

原理：水泥粉煤灰碎石樁使用鉆孔機械在軟土中成孔，之后在空心鉆桿中灌入配比好的碎石、粉煤灰、水泥、石屑和水混合料，并進行機械振動密實硬化，提高其強度，使樁體的荷載增強，從而大幅度提高地基的承載能力。特點：其優(yōu)勢是質(zhì)量易于保證；路基填筑過程易于有效控制沉降；相較其他方法，大幅度提高了單樁承載力、復合地基承載力；軟基處理具有速度快，加固深度更深等。

1.3 水泥砂漿樁成樁原理及特點

原理：采用水泥砂漿作為固化劑，將地基土中的粗顆粒含量增加，地基土的塑性指數(shù)降低，將土的物理力學性質(zhì)指標改良，提高樁體無側(cè)限抗壓強度，同時在淤泥質(zhì)土、淤泥層中成樁強度明顯提高；采用深層攪拌樁機利用壓縮空氣把水泥砂漿體輸送到鉆頭，在加固地層的土層中噴入漿體，然后經(jīng)過充分攪拌處理并混合后，將軟土硬化成具有水穩(wěn)定性、整體性和一定強度的水泥土樁體，與原地基構成復合地基。特點：根據(jù)不同的地質(zhì)土質(zhì)情況，做試樁，研制出相應的配合比，提高水泥砂漿樁的成樁質(zhì)量；并對鉆機進行改良，提高噴漿、攪拌性能，使樁體攪拌均勻，達到強度要求。運用科學檢驗手段，針對工程特點、施工環(huán)境、工期要求、安全保障、投資成本等因素，制定專項施工方案，以提高施工效率，保證工程質(zhì)量，降低工程造價，達到效益最大化的目的。

1.4 預應力混凝土管樁成樁原理及特點

原理：預應力混凝土管樁是一種打入土中，橫截面尺寸比其長度小得多的管狀細長構件，其主要作用是提高地基承載力，其支撐力是由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力兩部分組成。澆筑完樁帽混凝土后，鋪設土工格柵，利用土工格柵良好的整體抗剪性和延展性，具有良好的耐腐蝕性、高抗疲勞性等特點，不僅加快了路基的填筑速度，而且提高軟基的整體穩(wěn)定性。特點：它是深基礎中最為常見的一種形式，能夠適用于各類軟弱地質(zhì)及荷載情況，具有沉降值小、穩(wěn)定性好、承載力大等特點，且由于能夠采取機械化施工，大大縮短了施工周期。

2 成樁的操作要點及方法

2.1 水泥攪拌樁軟基處理方法

①樁機就位。機具移至樁位處，并使鉆頭正對樁位，調(diào)平機座，然后采取有效方式使其保持垂直，從而保證其在鉆進中保持垂直，樁位偏差小于5cm，垂直度不大于1.5%。

②漿液制作。根據(jù)試驗室室內(nèi)試驗提供漿液配合比進行現(xiàn)場漿液配制，配制的灰漿應流動性好，不離析，便于泵送、噴攪，灰漿應攪拌均勻，加濾網(wǎng)過篩，現(xiàn)制現(xiàn)用。水泥漿液的配制要嚴格控制水灰比，加入的水應有定量容器，制拌好的水泥漿不得停置時間過長，超過2小時不得使用。漿液在灰漿攪拌機中要不斷攪拌，直到送泵前。

存漿容器應按設計投料量，按一次料打一根樁，以確保成樁質(zhì)量。

③預攪下沉、噴漿提升。啟動攪拌樁機，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進。鉆至樁底設計標高時，關閉送氣管路，打開送料管路和給料機開關，進行噴漿作業(yè)。先原地噴漿半分鐘，之后攪拌鉆頭邊反向旋轉(zhuǎn)邊提升。期間需嚴格控制旋轉(zhuǎn)速度和提升速度，定期檢查其各項參數(shù)，確保一切運行正常。

④重復預攪下沉提升。當鉆至設計深度后，再次啟動水泥漿泵送機，進行噴漿攪拌提升施工，之后攪拌鉆頭一邊反向旋轉(zhuǎn)，一邊提升。期間需嚴格控制旋轉(zhuǎn)速度和提升速度，定期檢查其各項參數(shù)，確保一切運行正常。然后移機開始下一根樁施工。

2.2 水泥粉煤灰碎石樁軟基處理方法

①鉆機就位。水泥粉煤灰碎石樁鉆機就位后，可利用鉆機塔身的前后和左右的垂直標桿，用來檢查塔身導桿，校正位置，將鉆桿垂直對準樁位中心，最大限度地降低樁的偏差。②混合料攪拌?；旌狭蠑嚢枰笈淞系呐浜媳群侠怼⒂嬃烤珳?、拌合時間必須超過一分鐘。同時應結(jié)合所用施工方法和工藝試驗，由監(jiān)理工程師批準科學控制混合料加水量和坍落度參數(shù)。在泵送前，應在混凝土泵料斗必須備好熟料。③鉆進成孔。開始鉆孔時，將鉆頭閥門關閉，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，將馬達鉆進啟動。為減少鉆桿搖晃，降低鉆孔誤差，最好應先慢后快。在成孔期間若發(fā)現(xiàn)存在異常情況，應適當放慢進尺，糾正誤差，否則很容易出現(xiàn)嚴重的偏移、位移，甚至出現(xiàn)鉆具損壞等嚴重問題。④灌注及拔管。水泥粉煤灰碎石樁成孔到達設計標高后應及時停止鉆進，開始泵送混合料，待鉆桿心充滿混合料后，開始拔管，禁止先提管后泵料。最好將成樁的提拔速度控制在2～3m/min，確保成樁過程連續(xù)不間斷。此外，施工中必須保證每根樁的投料量不得少于設計灌注量。⑤移機。完成上一根樁施工后，移動鉆機，開始后一根樁的施工。由于在施工期間受到各類客觀因素的影響，原標定的樁位或多或少會發(fā)生位移，基于此，在開始下一根樁施工時應依據(jù)軸線等復核樁位，確保樁位準確。

2.3 水泥砂漿樁成樁軟基處理方法

①施工準備及測量定位。施工前，現(xiàn)挖除地表腐殖土，并將場地平整，地表碾壓至k30≥60MPa/m。待場地平整后，進行測量放樣。根據(jù)施工放樣，把砂漿攪拌樁機移到指定試樁樁位對中就位、調(diào)節(jié)導向架與地面的垂直度，并使用定位卡保證樁位的準確度。

②制漿、攪拌下沉。為便于記錄本根樁的各種參數(shù)，在攪拌機開機前應將其電子儀器上的各項數(shù)值歸零。后臺用灰漿攪拌機拌制水泥漿液：首先通過水灰比和樁長計算出水、水泥、砂用量，將水注入攪拌機中并開啟攪拌罐，將砂子裝入小推車中，用磅秤稱出砂子重量，倒入灰漿攪拌機，再將水泥倒入其中進行拌和，直至水泥砂漿均勻后，將水泥漿液倒入集料池中。水泥漿液倒入集料池時加篩過濾，以免漿內(nèi)結(jié)塊損壞泵體。

啟動砂漿攪拌樁機電機，攪拌機沿導向架下沉，以1.5m/min左右的速度鉆進，由電流監(jiān)測表監(jiān)測攪拌機的下沉。接近樁端時，電流表讀數(shù)由60A突然變大時（一般變大為80～100A），證明鉆機穿過軟土層到達設計的持力層（混合巖層）。

③噴漿攪拌提升。攪拌機正轉(zhuǎn)下沉到位后，原位噴漿攪拌60～90s。開動鉆機反轉(zhuǎn)邊注漿邊提升，提升速度為1m/min，直至設計樁頂，完成一次循環(huán)攪拌過程。

④重復下沉與提升。為保證樁頭的強度，當攪拌機將提升至設計樁頂標高時，減緩提升速度，當噴漿口達到設計標高時，停止提升，攪拌5s左右，以保證樁頭均勻密實。此時灰漿因正好用完。然后提鉆，完成一根樁的施工過程。

2.4 預應力混凝土管樁軟基處理法

預應力混凝土管樁是一種打入土中，橫截面尺寸比其長度小得多的管狀細長構件，其主要作用是提高地基承載力，其支撐力是由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力兩部分組成。

澆筑完樁帽混凝土后，鋪設土工格柵，利用土工格柵良好的整體抗剪性和延展性，具有良好的耐腐蝕性、高抗疲勞性等特點，不僅加快了路基的填筑速度，而且提高軟基的整體穩(wěn)定性。

①起吊。管樁的長細比大、自重大，在起吊過程中，過大的動荷載易使管樁產(chǎn)生破壞。正確的起吊方法是：兩支點法或兩頭勾吊法，吊樁送至樁機附近時，采用單點吊樁，吊點設在0.3倍樁長處，開始垂直起鉤，平穩(wěn)地把樁送到打樁機夾樁器中，同時使樁尖對準樁位中心，緩緩放下插入土中。在吊裝過程中輕吊輕放，避免拖吊破壞。

②穩(wěn)樁。當樁尖進入土中300～500mm后，用經(jīng)緯儀或用支架線墜調(diào)整樁的垂直度（測量儀器一般在距樁機15m以外處架設），觀測時，上端與下端的垂直度偏差應≤1%（接樁時，第一節(jié)樁入土后垂直度偏關不超過0.5%）。

③沖程。管樁施工時，柴油錘最大沖程不超過2m，施工時，按1.8m控制，最后1m沖程為1.2m。

④壓樁。為便于觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁的錘擊數(shù)，測量人員根據(jù)邊樁控制樁，用J2級經(jīng)緯儀定位放樣后，應在樁身上劃出以米為單位的長度標記；第一節(jié)管樁起吊就位插入地面時的垂直度偏差必須小于0.5%，在兩個成90度的方向上同時觀測、校正；為保證管樁受到偏心錘打不發(fā)生受彎而折斷，應確保樁錘、樁帽和樁身的中心線重合。焊接接樁時樁頭應高于地面0.5～1.0m，上下節(jié)樁段保持順直，錯位偏差不宜大于2mm。焊好的樁頭應自然冷卻后方可繼續(xù)錘擊，時間不少于8min，嚴禁用水冷卻或焊好即打；管樁的總錘擊數(shù)不宜大于2000，最后1m錘擊數(shù)不宜超過250；打樁時錘墊選用15cm厚直紋木墊，樁墊用麻袋、木夾板，壓縮后厚度12cm左右，錘擊過程中注意經(jīng)常檢查及時更換；送樁前應檢查樁的垂直度。

⑤收錘。收錘標準對打樁工程質(zhì)量起著至關重要的作用，控制收錘能減少打樁破損率，保證樁身質(zhì)量，確保送樁樁深達到設計值。

根據(jù)試樁所采集的施工數(shù)據(jù)，管樁采用最后1m的最后10cm每分鐘平均值作為停打貫入度，以最后1m的錘擊數(shù)量、平均貫入度及停打貫入度作為收錘標準。

在實測數(shù)值與上述數(shù)值偏差不大時，即在1m范圍內(nèi)貫入度沒有發(fā)生急劇變化，可以認定管樁達到設計地質(zhì)深度并滿足設計承載力要求。

3 結(jié)束語

丹大快速鐵路施工中，采用不同的軟基處理技術應用于站場、房建、涵洞及區(qū)間路基地段，積累了較為豐富的實踐經(jīng)驗，為以后類似工程的施工打下了堅實的基礎。

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