高速鐵路載體樁復(fù)合地基施工技術(shù)研究

鄭衛(wèi)東

(北京鐵研建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 102600)

0 引言

近年來，在建筑、公路等工程領(lǐng)域，載體樁技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。載體樁通過擴(kuò)大頭設(shè)置，可有效加強(qiáng)淺層承載層，單樁承載力較高，減小加固深度，降低成本。因此，在軟弱地基處理中，復(fù)合載體夯擴(kuò)樁具有顯著優(yōu)勢。高速鐵路路基對(duì)工后沉降具有極為嚴(yán)格的要求，且標(biāo)準(zhǔn)在建筑地基之上。為此，必須重視高速鐵路軟基處理方法的合理選擇。本文提出了采用載體樁復(fù)合地基處理高速鐵路路基，以期全面提升工程質(zhì)量，解決路基不均勻沉降問題。

1 載體樁優(yōu)缺點(diǎn)分析

基于夯擴(kuò)樁的基礎(chǔ)上，復(fù)合載體夯擴(kuò)樁應(yīng)運(yùn)而生。一般來講，混凝土材料是夯擴(kuò)樁擴(kuò)大頭的主要材料，而建筑垃圾是復(fù)合載體夯擴(kuò)樁擴(kuò)大頭的主要材料。相比混凝土材料，其樁端持力層無論是擠密效果、亦或是壓實(shí)效果均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混凝土材料；同時(shí)，具有更高承載力，并能大幅降低成本。其優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 載體樁優(yōu)缺點(diǎn)

2 載體樁復(fù)合地基的加固機(jī)理

載體樁是復(fù)合載體夯擴(kuò)樁的簡稱，干硬性混凝土、填充料、擠密土體等為復(fù)合載體的主要構(gòu)成成分，施工過程中，主要采用細(xì)長錘夯擊，護(hù)筒跟進(jìn)成孔，待滿足設(shè)計(jì)要求后，將細(xì)長錘拔出護(hù)筒底相應(yīng)深度，并將填充料、混凝土等材料依次放入孔內(nèi)，通過細(xì)長錘進(jìn)行多次夯實(shí)，最終滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，構(gòu)成一個(gè)復(fù)合載體，之后再進(jìn)行混凝土樁身施工。

載體樁不僅屬于混凝土樁身，還屬于復(fù)合載體，可利用側(cè)摩阻力將樁身部分荷載向樁側(cè)土體傳遞，同時(shí)，向樁端以下深層土體傳遞上部荷載。若樁間土體具有較低承載力，可通過樁基礎(chǔ)受力，利用承臺(tái)或承臺(tái)梁把上部荷載向混凝土樁身傳遞，并由此向樁周土體和復(fù)合載體傳遞，最終向載體下土體傳遞大部分荷載。圖1為載體樁示意圖。

圖1 載體樁示意圖

3 工程概況

某高速鐵路工程經(jīng)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示，自上而下土層情況如下。

1)填土，灰褐色，潮濕，中密，主要為磚灰渣，0～2 m深，110 MPa為本土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

2)黏土，淺灰色，呈硬塑狀，2～6 m深，110 MPa為本土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

3)細(xì)砂，褐黃色，呈飽和狀，密實(shí)，主要為石英、長石材料，6～9 m厚，210 MPa為本土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

4)粉質(zhì)黏土，黃褐色，呈硬塑狀，9～15 m厚，140 MPa為本土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

5)黏土，褐黃色，呈硬塑狀，15～20 m厚，180 MPa為本土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

6)粉質(zhì)黏土，黃褐色，呈軟塑樁，厚20 m以上，200 MPa為本土層承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

根據(jù)載體樁特點(diǎn)可知，在粉土、砂土、硬塑狀態(tài)的黏性土等土層中載體樁具有良好的適應(yīng)性，由土層情況表明，粉質(zhì)黏土和黏土層等松軟土多位于“樁頂—樁頂以下6 m”位置，其中還存有一層細(xì)砂層。經(jīng)分析，決定在6～9 m深密實(shí)砂層布設(shè)載體樁擴(kuò)大頭端，樁的具體情況如表2所示。

表2 載體樁的具體情況 單位：m

4 載體樁復(fù)合地基施工技術(shù)要點(diǎn)

在高速鐵路工程中，載體樁復(fù)合地基施工法應(yīng)用時(shí)間較短，為保證施工質(zhì)量，必須規(guī)范施工工序(見圖2)，掌握施工技術(shù)要點(diǎn)，提高施工水平。

圖2 載體樁施工流程

4.1 “跳打”施工

載體樁施工時(shí)很大可能會(huì)影響相近樁的質(zhì)量，因此，可選擇“跳打”施工法。作為一種性能良好的擠密灌注樁，載體樁在打樁過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照“中間—兩側(cè)、深—淺”的順序進(jìn)行施工。一般情況下，混凝土為流態(tài)狀時(shí)，當(dāng)天打樁將被影響次數(shù)為2次左右(最多)；當(dāng)混凝土為初凝狀態(tài)時(shí)，隔天打樁將被影響次數(shù)為1次左右(最多)。或在特殊條件下，填料壓實(shí)后，若未及時(shí)提出套管，在相鄰樁填料施工結(jié)束后，再將混凝土灌入處理。

4.2 錘擊跟管施工

保持一定距離通過細(xì)長錘夯擊地面，次數(shù)為3～5次，保證護(hù)筒與樁位對(duì)應(yīng)，隨后增加錘距進(jìn)行夯擊成孔。按照“錘前、筒后”原則，護(hù)筒緊跟細(xì)長錘后進(jìn)行施工，一般來講，可在0.3～0.8 m控制錘出護(hù)筒的長度，若軟土含水率較大，那么兩者之間應(yīng)取0.3 m。施工過程中，可同時(shí)進(jìn)行錘擊、反壓護(hù)筒施工，在即將到達(dá)樁底標(biāo)高時(shí)，應(yīng)合理確定錘距，保證護(hù)筒和設(shè)計(jì)標(biāo)高相符。

成孔時(shí)，若遇到障礙物，如硬夾層、大塊石等，須及時(shí)清理，若無法清理，須及時(shí)上報(bào)相關(guān)單位，變更樁位。

4.3 重錘填料

成孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，需提升重錘，高度在投料口以上，將適量填充料投入投料口內(nèi)即可。須根據(jù)施工土體的含水量情況，合理確定填充料的使用量及具體材料類型。一般情況下，多采用較強(qiáng)吸水性的材料，如碎磚等用于高含水量土體，其目的是為了快速將土體水分吸收掉，達(dá)到土體固結(jié)的效果。填充過程中，應(yīng)按照“前多后少”原則控制填充量。在此階段，落距要盡可能小一些，避免影響或破壞土體結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本工程實(shí)際情況，錘的落距可控制在6 m左右，采用碎石填充料(粒徑為2～5 cm)，填充量為0.15～0.20 m3/次，錘出護(hù)筒底的深度可控制在0.3 m左右。在施工過程中，發(fā)現(xiàn)有地下水從樁底滲出，針對(duì)這種情況，須向樁底處投擲水泥等材料用于防護(hù)，待滲水問題處理后，再繼續(xù)填充碎石，并夯實(shí)。

4.4 三擊貫入度測定

待完成上述工序，可采用柱錘進(jìn)行三擊貫入度測定，錘擊次數(shù)為3次。在載體樁質(zhì)量檢測中三擊貫入度是最重要的測定方法，檢測時(shí)，可按照遞減的原則進(jìn)行錘擊，若復(fù)合載體不符合要求，須繼續(xù)夯擊，直至滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。檢測結(jié)果為8～9 cm，可滿足小于等于10 cm的設(shè)計(jì)規(guī)定。

4.5 填干硬性混凝土

在施工過程中往往會(huì)出現(xiàn)斷樁或縮頸等問題，為進(jìn)一步增強(qiáng)樁身承載力，提高成樁質(zhì)量，須將適量干硬性混凝土填筑其內(nèi)，此類干硬性混凝土坍落度較低，兩者體積比為干硬性混凝土：填充料=3:10，保證與樁身混凝土配合比相同。夯擊到護(hù)筒底部，錘出護(hù)筒長度應(yīng)大于5 m，保證所有干硬性混凝土從護(hù)筒內(nèi)擊出。施工中，單樁干硬性混凝土填筑量為0.2 m3/次，隨后錘擊，填入次數(shù)為3次，0.6 m3為單樁干硬性混凝土總體填入量。

4.6 樁身灌注

在樁身灌注中，若混凝土具有較差和易性，在拔管過程中勢必會(huì)增大摩擦力，即便是拔出混凝土后，仍無法及時(shí)擴(kuò)散，一旦出現(xiàn)這種問題，很容易產(chǎn)生斷樁、縮頸現(xiàn)象，基于此，應(yīng)加大混凝土質(zhì)量控制。

經(jīng)試樁試驗(yàn)，可確定載體樁混凝土坍落度等參數(shù)，如表3所示，保證各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

表3 載體樁主要參數(shù)

在整個(gè)施工過程中，很可能會(huì)出現(xiàn)拔管速度太快、管內(nèi)混凝土不足等現(xiàn)象，這種情況下，很難保證混凝土完全落至底部，為避免因填充不足而發(fā)生縮頸等問題，須合理控制拔管速度。根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，樁身灌注充盈系數(shù)須控制在1.0以上，當(dāng)樁頂超灌超過0.5 m時(shí)，需在每分鐘0.8～1.0 m控制拔管速度。若已發(fā)生縮頸問題，則應(yīng)及時(shí)采取措施補(bǔ)救，如復(fù)打法等，保證灌注施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

高速鐵路基礎(chǔ)被破壞或產(chǎn)生變形現(xiàn)象，維修難度較大，且需投入大量財(cái)力、人力，針對(duì)高速鐵路沿線松軟土區(qū)域，必須根據(jù)規(guī)范要求合理選擇地基處理方式。常見軟基處理方式包括：預(yù)應(yīng)力管樁、CFG樁復(fù)合地基等。基于載體樁復(fù)合地基的應(yīng)用優(yōu)勢，本文結(jié)合工程現(xiàn)狀，提出了采用載體復(fù)合地基處理高速鐵路路基的施工方案，希望能夠有效控制路基沉降，延長工程使用壽命。