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    大斷面濕陷性黃土隧道地基水泥土擠密樁加固技術(shù)應(yīng)用研究

    2020-04-16 05:10:22王文軍
    關(guān)鍵詞:密樁陷性成孔

    王文軍

    (中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司,河北 涿州072750)

    水泥土擠密樁加固技術(shù)是一種采用挖空成孔后將水泥土料混合注入孔中,然后分層夯實(shí)的地基處理技術(shù)。同時具有加筋和擠密作用。但水泥土成樁之后,強(qiáng)度比較高,并且強(qiáng)度提升速度比較快。經(jīng)過多年的發(fā)展和完善,水泥土擠密樁加固技術(shù)設(shè)計(jì)理論、施工工藝、配套設(shè)施等愈發(fā)成熟。和傳統(tǒng)深層攪拌樁相比,可有效杜絕深層攪拌不均勻造成的樁身缺陷及斷樁問題發(fā)生。主要特點(diǎn)為以土治土,就地取材,施工工期比較短,被廣泛應(yīng)用在大斷面濕陷性黃土隧道地基處理中?;诖?,文章以張家園隧道為例,對大斷面濕陷性黃土隧道地基水泥土擠密樁加固技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行如下分析。

    一、工程概述

    張家園隧道位于陜西省延安市安塞縣坪橋鎮(zhèn)坪橋村瓦坪生產(chǎn)隊(duì),隧道最大埋深約210m,進(jìn)口里程DK275+416,出口里程DK281+704,全長6288m,為單洞雙線隧道。隧道地處中朝古地臺陜甘寧臺伊陜斜坡區(qū),隨址區(qū)廣泛分布第四系砂質(zhì)新黃土,濕陷系數(shù)бs=0,017~0.056。隧道進(jìn)口處砂質(zhì)新黃土試驗(yàn)報(bào)告不具濕陷性,隧道出口處及淺埋區(qū)DK281+410~DK281+535段砂質(zhì)新黃土濕陷系數(shù)бs=0,024~0.041為中等濕陷新黃土,為Ⅲ(嚴(yán)重)級自重濕陷場地。隧道淺埋區(qū)DK279+225~DK279+385段砂質(zhì)新黃土濕陷系數(shù)бs=0.041為中等濕陷新黃土,為Ⅰ(輕微)級非自重濕陷場地。

    二、水泥土擠密樁加固技術(shù)原理及參數(shù)設(shè)計(jì)

    (一)原理

    利用沉管法在大斷面濕陷性黃土中成孔,然后在孔中分層回填水泥土,逐層夯實(shí)。在沉管和回填時,樁基周圍的土質(zhì)會得到擠密加固,形成復(fù)合地基,從而實(shí)現(xiàn)對大斷面濕陷性黃土沉降、變形、位移的有效控制,促使大斷面濕陷性黃土隧道地基長期得到穩(wěn)定性加固。

    (二)參數(shù)設(shè)計(jì)

    在本工程施工中,水泥土擠密樁呈梅花樁布置,間距為1.0mX1.0m,樁徑為40cm,長度為6.0m。采用水泥土混合料。地基含水量低于10%時,水泥土擠密樁施工之前,通過人工增濕的方法,提升擠密效果。加固深度到濕陷層分界線之下0.5m,但最大不能超過12m,最小不能小于6m。如果采用明挖施工,則水泥土擠密樁的加固深度為6m,并在水泥土擠密樁頂部鋪設(shè)厚度為0.5m左右的三七灰土地層,壓實(shí)度不低于95%。水泥土擠密樁平面布置圖見圖1。

    圖1 水泥土擠密樁平面布置圖

    三、水泥土擠密樁加固技術(shù)的應(yīng)用

    (一)施工工序

    水泥土擠密樁加固施工工序如圖2所示:

    圖2 水泥土擠密樁加固施工工序圖

    從圖2可以看出,水泥土擠密樁加固施工工序共分為8步,雖然工序比較少,但每道工序之間息息相關(guān),任何一道工序控制不當(dāng),都會影響下一道工序施工質(zhì)量,從而影響整體加固效果。因此,在具體施工中,必須嚴(yán)格按照水泥土擠密樁加固施工工序開展施工工作,并保證各道工序施工質(zhì)量。

    (二)放線定位

    在應(yīng)用水泥土擠密樁加固技術(shù)之前,需要結(jié)合工程平面設(shè)計(jì)圖紙和樁位布置圖,借助坐標(biāo)控制點(diǎn),精準(zhǔn)定位每個水泥土擠密樁的具體位置,并用白灰標(biāo)記,經(jīng)過驗(yàn)收達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后,再進(jìn)行施工,并切實(shí)做好測量記錄,樁位確定允許偏差為±5cm,樁徑和樁長不能低于設(shè)計(jì)值,垂直度的允許偏差為1.5%。

    (三)成孔

    本工程水泥土擠密樁成孔時,采用了柴油打樁機(jī)錘擊,沉管法成孔。當(dāng)樁機(jī)就位之后,將樁機(jī)平穩(wěn)固定,接著起吊樁管,精確對準(zhǔn)樁位,并在樁錘和樁管之間墊好緩存材料,避免損壞樁管,利用樁錘下落形成的沖擊能,將樁管打入土層中。在樁尖入土之前,要緩慢輕敲,入土1~2m之后,檢測垂直度是否在允許偏差中,確認(rèn)達(dá)到要求后,通過預(yù)定確定的速度、落距、錘擊沉管到設(shè)計(jì)深度。在成孔過程中,樁孔垂直偏差要低于1.5%,如果超過1.5%,則要拔管重打,保證成孔質(zhì)量。達(dá)到設(shè)計(jì)深度之后,立即關(guān)閉油門,然后勻速拔出沉管。

    (四)水泥土拌合

    本工程水泥土選擇廠拌方式,對選擇的土進(jìn)行篩選,水泥摻入量控制在土量12%~20%之間,將二者充分拌合。通過自卸式運(yùn)輸車送到施工位置。水泥土拌合要遵循隨拌隨用的原則,已經(jīng)拌合好水泥土,放置時間不能超過6h,更不能淋雨,浸泡。

    (五)成樁

    水泥土擠密樁填料夯實(shí)機(jī)采用偏心輪夾桿式夯實(shí)機(jī),采用人工填料,分層回填的夯實(shí)方法。夯錘則選擇下端呈拋物線垂體形的梨形錘,錘重150Kg,夯實(shí)直徑300mm;填料前,先測量孔深是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,接著對孔底進(jìn)行夯實(shí),確保水泥土含水量達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)下,才可向孔內(nèi)進(jìn)行分層回填夯實(shí)。夯錘落間距為600~700mm,填料每層30cm夯擊8次,25~30次/min,夯擊、填料交替進(jìn)行,均勻夯實(shí),均勻下料。夯實(shí)依據(jù)試驗(yàn)確定的參數(shù)連續(xù)施工,分層夯實(shí)至超過設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm時,不準(zhǔn)間隔停頓及隔日施工避免降低樁的承載力。擠密樁成樁效果圖見圖3。

    圖3 擠密樁效果圖

    (六)施工質(zhì)量檢測

    水泥土擠密樁施工完成7~10d之后,才能進(jìn)行質(zhì)量檢測。樁身和樁間土形成復(fù)合地基,通過重型動力觸探和鉆機(jī)取樣法對水泥土擠密樁施工質(zhì)量進(jìn)行全面檢測,檢測部位要以樁中心和樁間土為準(zhǔn),每2點(diǎn)為一組,并且檢測組數(shù)不能低于總樁數(shù)的2‰,最小不能低于3根。樁間土消除濕陷性,濕陷性系數(shù)要低于0.015,樁間的土層平均擠密系數(shù)大于93%,復(fù)合地基承載力要高于200KPa。具體檢測方法如下:

    樁身密度檢測:在全部孔深中,每1.0m取土樣進(jìn)行干密度檢測,檢測點(diǎn)距孔心2/3的位置。

    樁間土檢測:在水泥土擠密樁之間中心點(diǎn)的附近,成孔擠密深度范圍內(nèi),每1.0m抽取土樣進(jìn)行濕陷性、干密度、壓縮檢測試驗(yàn)。確定樁間土干密度和最大干密度之間的比值,也就是最小干密度系數(shù)。

    復(fù)合地基承載力檢測:需用平板荷載試驗(yàn)檢測確定。

    水泥土擠密樁垂直度、有效直徑允許偏差等數(shù)據(jù)需全部達(dá)到表1的標(biāo)準(zhǔn)要求:

    表1 水泥土擠密樁施工允許偏差、檢測數(shù)量、檢測方法表

    四、施工效果分析

    張家園隧道經(jīng)過水泥土擠密樁加固技術(shù)處理之后,質(zhì)量檢測結(jié)果如表2所示:

    表2 水泥土擠密樁加固質(zhì)量檢測結(jié)果表

    從表2中可以看出,本工程大斷面濕陷性黃土隧道地基,經(jīng)過水泥土擠密樁加固技術(shù)處理之后,地基濕陷性基本消除,達(dá)到0.008,遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的0.015,且地基剛度比較均勻;樁體壓實(shí)系數(shù)為1.21,遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的0.97;復(fù)合地基承載力達(dá)到312.6KPa,也大于設(shè)計(jì)的200KPa;擠密系數(shù)為0.98,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)的0.93。表明通過水泥土擠密樁加固技術(shù)適宜于大斷面濕陷性黃土隧道地基處理,加固效果明顯。

    五、施工體會

    第一,雖然水泥土擠密樁加固技術(shù)施工工藝比較簡單,但在施工之前,需要進(jìn)行工藝性試驗(yàn)施工,并合理確定施工工藝和控制參數(shù)。確保水泥土拌合及回填在初凝之前完成,配制若超過6h嚴(yán)禁使用,要重新配制。

    第二,在具體施工中,一旦發(fā)現(xiàn)地基土質(zhì)和勘察結(jié)果不相符,要立即停止施工,對振動沉入時間、錘擊次數(shù)及發(fā)生問題的原因、處理方式都需記錄詳細(xì)。

    第三,在成樁過程中,隨時觀測樁頂上升和地面升降,若遇樁頂上升過大可能發(fā)生斷樁,需立即對成樁工藝進(jìn)行調(diào)整。

    第四,水泥土擠密樁施工屬隱蔽性工程,施工過程必須嚴(yán)格執(zhí)行三檢制度,施工現(xiàn)場經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)合格后,才可轉(zhuǎn)入后序施工。

    結(jié)束語

    綜上所述,本文結(jié)合工程實(shí)例,分析了大斷面濕陷性黃土隧道地基水泥土擠密樁加固技術(shù)應(yīng)用,分析結(jié)果表明,大斷面濕陷性黃土是隧道工程施工中比較常見的地質(zhì),需要進(jìn)行科學(xué)合理的處理,否則會影響施工質(zhì)量。水泥土擠密樁加固技術(shù)作為一種隧道地基處理技術(shù),將其應(yīng)用在大斷面濕陷性黃土隧道地基中,可有效消除地基濕陷性,提升地基承載力,滿足施工及后期運(yùn)營的要求,值得大范圍推廣應(yīng)用。

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