重錘夯實與CFG樁聯(lián)合處理地基工程應(yīng)用研究

張發(fā)祥

(中鐵二十一局集團(tuán)公司，蘭州 730000)

蘭新鐵路第二雙線橫跨甘肅、青海、新疆三省區(qū)，為我國乃至世界第一條大范圍穿越戈壁地段的客運專線。線路主要以路基形式通過。為確保該工程在戈壁區(qū)域的工程質(zhì)量，彌補路基沉降計算理論在戈壁地區(qū)應(yīng)用實踐的不足，在全線路基工程大規(guī)模設(shè)計施工前，選取典型地段，采用重錘夯實與CFG樁聯(lián)合進(jìn)行地基處理;期望通過試驗段，獲取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的地基處理方案與設(shè)計參數(shù)，為驗證和優(yōu)化施工圖設(shè)計提供依據(jù)。

1 試驗段概況

本項目選擇蘭新鐵路DK664+220—DK664+340為試驗段，段內(nèi)地形平坦開闊，最大填方高度為8 m。工程涉及的地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土、砂質(zhì)黃土，上更新統(tǒng)洪積粉砂、中粗砂、粗圓礫土。

在試驗段先采用重錘夯實處理，試驗錘質(zhì)量3 t、落距4 m，夯擊用滿夯方式，遍數(shù)為8遍。夯實過后采用CFG樁復(fù)合地基處理，CFG樁均采用正三角形布置，樁間距1.5 m和1.7 m，樁徑0.4 m，樁長17 m。其中，DK664+160—DK664+220段采用樁間距1.5 m，DK664+280—DK664+340段采用樁間距1.7 m。

2 施工要點

2.1 重錘夯實施工

1)測量放樣。用全站儀測量出路基中線，并準(zhǔn)確定位路基基底處理范圍，用白灰線標(biāo)明。

2)清表。施工前將地基處理范圍內(nèi)原地面雜草、粉砂土層及砂黏土全部清理干凈，直至露出粗、細(xì)圓礫土，通過測量現(xiàn)場清理粉砂土的厚度在40～80 cm之間。

3)本試驗段全長100 m，按照設(shè)計要求，夯錘選用3 t，底面直徑為1.5 m，落距為4 m，夯擊采用滿夯方式，遍數(shù)為8遍，處理寬度為路堤坡腳外3.0 m。重錘夯實后，表面沉積土被夯松，經(jīng)現(xiàn)場測量有40 cm松土，施工時需將夯松的40 cm土清除外運，同時用B類填料進(jìn)行回填。

2.2 CFG樁施工

CFG樁施工前先進(jìn)行地質(zhì)核查。結(jié)合設(shè)計參數(shù)，本次試驗段選用長螺旋鉆機進(jìn)行施工作業(yè)。由于本次試驗段施工工期緊，又是冬季施工，為確保施工質(zhì)量，將原設(shè)計C15混凝土提高到C20混凝土。長螺旋鉆管內(nèi)泵壓混合料灌注施工工藝:

1)測量放出控制軸線及打樁場地邊線，用白灰線標(biāo)明。

2)進(jìn)行成樁工藝試驗，確定施工工藝和參數(shù)。

3)CFG樁鉆機就位后，應(yīng)用鉆機塔身的前后和左右的垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿，校正位置，使鉆桿垂直對準(zhǔn)樁位中心，確保CFG樁垂直度偏差≤1%。

4)混合料攪拌?；旌狭蠑嚢枰蟀磁浜媳冗M(jìn)行配料，計量要求準(zhǔn)確，拌合時間不得少于3 min。為便于本次施工，混合料由商品混凝土廠家購買。

5)鉆進(jìn)成孔。鉆孔開始時，關(guān)閉鉆頭閥門，向下移動鉆桿至鉆頭觸及地面時，啟動馬達(dá)鉆進(jìn)。一般應(yīng)先慢后快，這樣既能減少鉆桿搖晃，又容易檢查鉆孔的偏差，以便及時糾正。在成孔過程中，如發(fā)現(xiàn)鉆桿搖晃或難鉆時，應(yīng)放慢進(jìn)尺，否則較易導(dǎo)致樁孔偏斜、位移，甚至使鉆桿、鉆具損壞。當(dāng)鉆頭到達(dá)設(shè)計樁長預(yù)定高程時，在動力頭底面停留位置相應(yīng)的鉆機塔身處作醒目標(biāo)記，作為施工時控制孔深的依據(jù)(動力頭底面達(dá)到標(biāo)記處時樁長即滿足設(shè)計要求)。施工時還需考慮施工工作面的高程差異，作相應(yīng)增減。

6)灌注及拔管。CFG樁成孔到設(shè)計高程后，停止鉆進(jìn)，開始泵送混合料，當(dāng)鉆桿心充滿混合料后開始拔管，嚴(yán)禁先提管后泵料。成樁的提拔速度宜控制在2～3 m/min，成樁過程宜連續(xù)進(jìn)行，應(yīng)避免因后臺供料不足而導(dǎo)致停機待料。灌注成樁完成后，樁頂采用濕黏土封頂，進(jìn)行保護(hù)。施工中每根樁的投料量不得少于設(shè)計灌注量。

7)移機。當(dāng)上一根樁施工完畢后，鉆機移位，進(jìn)行下一根樁的施工。施工時由于CFG樁的出土較多，經(jīng)常將臨近的樁位覆蓋，有時還會因鉆機支撐時支撐腳壓在樁位旁使原標(biāo)定的樁位發(fā)生移動。因此，下一根樁施工時，還應(yīng)根據(jù)軸線或周圍樁的位置對需施工的樁位進(jìn)行復(fù)核，保證樁位準(zhǔn)確。

2.3 冬期施工質(zhì)量控制措施

本次試驗段自2009年12月25日開工，2010年1月13日全部完工，施工期間氣溫在-23℃ ～-3℃之間，全部處于嚴(yán)冬施工，做好冬季施工的保證措施是確保路基試驗段施工的真實性、可靠性、準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。因此，在開工之前，制訂了詳實可行的冬季施工組織方案和保證措施及應(yīng)急預(yù)案，具體措施如下:

1)施工檢測時為了防止儀器受氣溫影響，搭設(shè)了路基檢測保溫棚，為確保檢測的準(zhǔn)確性，檢測時將表層1～4 cm的受凍層由人工揭掉，再進(jìn)行檢測。

2)機械設(shè)備燃料用-20號～-35號柴油。

3)將原設(shè)計CFG樁C15混凝土提升到C20混凝土進(jìn)行施工，并摻加了防凍劑;適當(dāng)延長混凝土攪拌時間，確保其和易性和可泵送性滿足CFG樁的泵送。

4)根據(jù)運輸過程中的溫度損耗提高混凝土出廠溫度，在施工過程中盡可能縮短混凝土罐車在室外的停滯時間?；炷凉捃?、輸送泵和管道用棉氈和草簾被進(jìn)行了覆蓋包扎。

5)CFG樁施工完畢后立即用草簾被覆蓋，上鋪一層150～250 cm后的浮土以防止混凝土凍結(jié)。

3 試驗分析及效果評價

離工點10 km遠(yuǎn)處的取土場填料的天然含水率3.5% ～4.5%，最大干密度 2.37 g/cm3，最優(yōu)含水率5% ～6%。

3.1 處理前后標(biāo)貫試驗結(jié)果

處理前后分別對0～12 m范圍地基土進(jìn)行了標(biāo)貫試驗，試驗結(jié)果見表1。可以看出，處理后標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)有所增大，即樁間土體密實度有較大的提高。

表1 CFG樁加固區(qū)0.5～12.0 m標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗數(shù)據(jù)

3.2 處理前后載荷試驗結(jié)果

處理前、后在 DK664+220—DK664+280和DK664+280—DK664+340段分別進(jìn)行了載荷試驗，試驗結(jié)果見表2。試驗結(jié)果表明，復(fù)合地基和單樁承載力均滿足設(shè)計要求。

表2 CFG樁地基處理前后載荷試驗結(jié)果

3.3 CFG樁質(zhì)量檢測

1)配合比:嚴(yán)格按照設(shè)計要求，為確保施工質(zhì)量，將原設(shè)計C15提高為C20配合比進(jìn)行施工。

2)低應(yīng)變檢測CFG樁:總樁數(shù)1 870根，低應(yīng)變檢測188根，其中Ⅰ類樁180根，Ⅱ類樁8根。

3)CFG樁試塊強度:7 d強度為16.2 MPa，達(dá)到了設(shè)計強度的75%。

4 結(jié)語

針對戈壁地區(qū)圓礫土、卵石土等粗礫土地層，研究采用重錘夯實與CFG樁聯(lián)合加固地基的施工方法。通過研究提出了施工要點，以及對該工程在冬季施工提出了相應(yīng)的措施，并對地基加固效果進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、載荷試驗以及樁質(zhì)量檢測。試驗段結(jié)果表明，此方法滿足施工要求，為后續(xù)的施工提供了依據(jù)。

［1］徐華軒，范強慧.京滬高速鐵路某路段強夯置換碎石墩地基加固工藝的試驗研究［J］.鐵道建筑，2009(7):125-127.

［2］王連俊，姜龍，丁桂伶，等.高速鐵路 CFG樁施工工藝及質(zhì)量控制研究［J］.鐵道建筑，2009(7):88-92.

［3］龔曉南.復(fù)合地基理論及工程應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.