沿海地區(qū)砂樁堆載預(yù)壓路基處理技術(shù)研究

張燕禮

(中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司，河北 唐山 063000)

0 前 言

相比常規(guī)的施工場(chǎng)所，沿海地區(qū)工程具有施工難度大、地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、土體水分含量高等特點(diǎn)，這些問題在不同程度上對(duì)路基工程施工造成了負(fù)面干預(yù)[1]。為了滿足在此種條件下的工程有序施工，本文提出一種針對(duì)軟基處理的堆載預(yù)壓技術(shù)，通過擠密砂樁，對(duì)含水量較低的松散地區(qū)進(jìn)行回填，并形成一個(gè)有效的排水通道，提高路基土體的固結(jié)度，以使路基在處理后滿足承載力需求[2]。此次研究以濱海東大道工程為例，對(duì)路基處理技術(shù)展開進(jìn)一步的設(shè)計(jì)與研究。

1 沿海地區(qū)砂樁堆載預(yù)壓路基處理技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 沿海地區(qū)軟基處理

1.1.1 砂樁施工

該項(xiàng)目施工范圍內(nèi)的工程主要包括特殊地基處理水泥攪拌樁(114萬m)、高壓旋噴樁(1.1萬m)、砂樁(22.9萬m)(三個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)核準(zhǔn)？？)三種形式。根據(jù)設(shè)計(jì)資料可知本工程施工重難點(diǎn)為軟基處理，包括砂樁處理、水泥攪拌樁處理及高壓旋噴樁處理[3]。

在進(jìn)行沿海地區(qū)砂樁堆載預(yù)壓路基處理時(shí)，軟基處理分布在全標(biāo)段，其中高壓旋噴樁集中在前嶺立交段匝道橋引道大于3 m的懸臂擋土墻基礎(chǔ)段，樁徑0.5 m，間距分別為1 m、1.2 m、1.4 m、1.6 m；水泥攪拌樁集中在前嶺互通立交至蓮河大橋段及橋臺(tái)后側(cè)20 m范圍，樁徑0.5 m，普通段落間距1.1 m，橋臺(tái)后20 m范圍為加密段，間距1 m；砂樁集中在蓮河大橋至標(biāo)尾段落，即K7+860—K8+620段，樁徑0.5 m，間距1.8 m[4]，正方形布置，采用砂樁+堆載預(yù)壓處理。砂樁軟基處理段應(yīng)按如圖1所示流程完成。

在按照?qǐng)D1所示的流程進(jìn)行砂樁施工，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照施工工序，防止后續(xù)施工過程對(duì)已施工地基處理樁的影響。本項(xiàng)目周邊項(xiàng)目建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮本項(xiàng)目的地基處理情況，防止對(duì)本項(xiàng)目產(chǎn)生不利影響。

圖1 砂樁軟基處理段砂樁施工流程示意圖

1.1.2 水泥攪拌樁施工

針對(duì)除特殊地基以外的正常段路基，還需采用雙向水泥土攪拌樁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)其軟基的處理。將樁結(jié)構(gòu)橫截面直徑設(shè)置為0.5m，兩個(gè)相鄰樁結(jié)構(gòu)的間隔為1.1 m，以正方形結(jié)構(gòu)布置[5]。針對(duì)該工程項(xiàng)目中的具體標(biāo)段，針對(duì)K6+200—K7+660段，由于這一標(biāo)段屬于一般路基段，可采用傳統(tǒng)水泥攪拌樁處理的方式完成布置；針對(duì)K7+660—K7+687、K7+837—K7+860、K8+620—K8+645段，均屬于橋頭段，同樣采用水泥攪拌樁處理[6]。除此之外，A匝道路基段位于吹填區(qū)，采用雙向水泥土攪拌樁，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.0 m；B匝道路基段采用雙向水泥土攪拌樁，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.1 m；NF輔道路基段和路基擋墻段采用雙向水泥土攪拌樁，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.1 m。攪拌樁軟基處理段應(yīng)按如下步驟進(jìn)行施工：場(chǎng)地平臺(tái)整平→打樁施工→開挖至樁頂，回填樁頂墊層和路基土至路床頂→沉降監(jiān)測(cè)穩(wěn)定后，反開挖施工管線等結(jié)構(gòu)物。

1.1.3 高壓旋噴樁施工

在本文上述提到的工程項(xiàng)目中，前嶺互通立交處匝道橋引道懸臂式擋土墻下采用旋噴樁處理，旋噴樁采用旋噴鉆機(jī)施工。高壓旋噴樁施工平面布置示意圖如圖2所示。

圖2 高壓旋噴樁施工平面布置示意圖

按照?qǐng)D2中高壓旋噴樁施工平面布置所示的內(nèi)容，旋噴樁處理樁徑0.5 m，間距1.6 m，梅花型布置，旋噴樁固化材料采用P.O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比(1.0～1.5)∶1.0。具體位置如下所述：B匝道與機(jī)場(chǎng)快速路交叉段受凈空限制采用高壓旋噴樁施工，樁徑 0.5 m，正方形布置，樁間距1.4 m；B匝道路基擋墻，采用高壓旋噴樁施工，在墻高超過3 m的區(qū)域范圍內(nèi)同樣按照樁徑0.5 m、樁間距1.0 m的方式完成布置；C匝道和D匝道路基擋墻，墻高大于3 m的區(qū)域范圍內(nèi)同樣采用高壓旋噴樁施工，此時(shí)將樁間距設(shè)置為1.1 m[7]。NF輔道與機(jī)場(chǎng)快速路交叉段受凈空限制采用高壓旋噴樁施工，樁徑0.5 m，樁間距1.6 m；SF輔道與機(jī)場(chǎng)快速路交叉段受凈空限制采用高壓旋噴樁施工，樁徑0.5 m，正方形布置，樁間距1.4 m。

1.2 砂樁堆載預(yù)壓土工格柵鋪設(shè)施工

完成上述沿海地區(qū)軟基處理后，需要將既有舊路面破碎并挖除后，清理表面的浮土及旋噴樁施工范圍內(nèi)的表層雜填土，進(jìn)行場(chǎng)地碾壓、平整，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)砂樁堆載預(yù)壓路面的土工格柵鋪設(shè)施工。對(duì)超過設(shè)計(jì)樁頂部標(biāo)高的結(jié)構(gòu)采用放線切樁處理，并按照設(shè)計(jì)圖紙中要求的內(nèi)容，鋪設(shè)厚度為0.5 m的碎石墊層，同時(shí)在該結(jié)構(gòu)當(dāng)中夾有2層土工格柵。為了避免在完成施工后出現(xiàn)橋頭跳車現(xiàn)象，或出現(xiàn)沉降問題，影響整體施工質(zhì)量。還需要對(duì)臺(tái)后路基填土施工采用鋪設(shè)土工格柵的方式進(jìn)行加固[8]。在鋪設(shè)土工格柵時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照從下往上的順序鋪設(shè)，最底層土工格柵需要鋪設(shè)在原地面位置上，最頂層土工格柵需要鋪設(shè)在路面結(jié)構(gòu)下層15～20 cm范圍內(nèi)的位置上，長(zhǎng)度不小于20 m。針對(duì)土工格柵材料的選擇，根據(jù)本文實(shí)際工程項(xiàng)目，選用雙向異型高強(qiáng)聚酯纖維材料的土工格柵，選擇極限抗拉強(qiáng)度為40 kN/m和100 kN/m兩種。在選擇土工格柵的生產(chǎn)廠商時(shí)，必須保證產(chǎn)品具備相應(yīng)的合格證明。同時(shí)，在使用土工格柵時(shí)，為了保證其實(shí)際應(yīng)用效果，還需要按照一定比例，完成對(duì)土工格柵的送樣試驗(yàn)，驗(yàn)證材料在垂直方向上的抗拉強(qiáng)度以及延伸率。

在完成對(duì)土工格柵材料的選擇后，需要將其鋪設(shè)在完成舊路面挖除的地面以及每個(gè)填土表層上。同時(shí)，每一層之間的鋪設(shè)間距應(yīng)當(dāng)設(shè)置在30～40 cm。在鋪設(shè)的過程中采用“U”形結(jié)構(gòu)，將土工格柵拉緊、展平，并將其完全固定在下伏土層上。在完成上述操作后，需要對(duì)實(shí)際效果進(jìn)行檢驗(yàn)，確保土工格柵鋪設(shè)層與層面充分緊密貼合，沒有褶皺扭曲或鼓包問題的產(chǎn)生。同時(shí)，將土工格柵按照垂直方向長(zhǎng)度為15～20 cm的要求完成搭接，并確保其水平方向上的搭接長(zhǎng)度不小于15 cm。

1.3 路基基槽碾壓填筑施工及臺(tái)背填土施工

完成上述相關(guān)工作后，進(jìn)行路基基槽碾壓填筑施工，其中基槽施工示意圖如圖3所示。

圖3 基槽施工示意圖

在進(jìn)行基槽施工與路基填筑時(shí)應(yīng)注意，此項(xiàng)施工行為需要在挖除換填部分做好路肩后再進(jìn)行作業(yè)，對(duì)應(yīng)施工行為應(yīng)按照“三→四→八”的步驟實(shí)施。其中，“三”表示“三階段”，對(duì)應(yīng)的三個(gè)階段分別為工程施工準(zhǔn)備階段、工程施工階段、工程簽證階段；“四”表示“四區(qū)段”，對(duì)應(yīng)的工程四個(gè)施工區(qū)段分別為填筑區(qū)、攤鋪區(qū)、碾壓區(qū)、檢驗(yàn)區(qū)；“八”表示“八流程”，即工程施工需要按照分層施工的順序?qū)嵤?，依次為采用工程自卸車輛進(jìn)行運(yùn)輸填料的裝卸→進(jìn)行路段清障處理并對(duì)路基中的擋土墻進(jìn)行施工→對(duì)路基層進(jìn)行分層填筑→對(duì)路基進(jìn)行灑水處理→攤鋪路基施工材料后對(duì)路面進(jìn)行整平處理→使用大型壓路設(shè)備進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的碾壓與夯實(shí)→檢驗(yàn)簽證→整修路基后的成型處理。

在完成對(duì)路基基槽碾壓填筑施工后，針對(duì)臺(tái)背結(jié)構(gòu)，采用透水性較強(qiáng)的材料——沙礫對(duì)其進(jìn)行回填壓實(shí)處理，這一操作與路基填筑同步進(jìn)行。在具體施工過程中，需要確保各個(gè)結(jié)構(gòu)物在無損的狀態(tài)下進(jìn)行。同時(shí)，針對(duì)填土壓實(shí)過程中，壓路機(jī)無法接觸的位置，需要利用小型機(jī)動(dòng)夯具或在監(jiān)理工程師同意的情況下，采用其他方式完成壓實(shí)。

2 應(yīng)用效果分析

上文完成了對(duì)沿海地區(qū)砂樁堆載預(yù)壓路基處理技術(shù)的理論設(shè)計(jì)與研究，考慮到此項(xiàng)技術(shù)的可靠性將直接關(guān)系到工程竣工后質(zhì)量驗(yàn)收結(jié)果與施工成果有效使用年限，有必要在完成設(shè)計(jì)后，對(duì)設(shè)計(jì)的處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性進(jìn)行檢驗(yàn)。

為了確保實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，選擇濱海東大道三標(biāo)段路基工程施工項(xiàng)目作為實(shí)驗(yàn)區(qū)，在實(shí)驗(yàn)前，需要調(diào)派勘查人員到施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行工程施工環(huán)境、地質(zhì)條件等相關(guān)信息的獲取。綜合技術(shù)人員反饋的數(shù)據(jù)可知，此次實(shí)驗(yàn)選擇的施工區(qū)段全長(zhǎng)約8.7 km，路面可用寬度約為60.0 m。本項(xiàng)目采用一次規(guī)劃設(shè)計(jì)、分期實(shí)施的施工方式進(jìn)行，將近期施工目標(biāo)設(shè)定為“區(qū)段一級(jí)公路與多條主干道施工”，將遠(yuǎn)期施工目標(biāo)設(shè)定為“輔助路段與快速道路施工”。近期實(shí)施地面層道路、翔安東路下穿及前嶺互通等部分節(jié)點(diǎn)工程，預(yù)留路中實(shí)施高架橋條件，遠(yuǎn)期提升完善為城市快速路。本次工程標(biāo)段為翔安東路—蓮河段工程三標(biāo)段，施工范圍為K5+500—K8+710.993，長(zhǎng)度為3.21 km，其中橋涵工程主要包括互通立交橋1處(包含匝道橋梁8座，正線橋梁1座)、正線大橋1座、中橋1座、慢行橋1座和人行梯步橋2座，人行通道2座；路基工程主要包括特殊地基處理水泥攪拌樁(114萬m)、高壓旋噴樁(1.1萬m)、砂樁(22.9萬m)(三個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)核準(zhǔn)？？)三種形式，砂碎墊層11.9萬m3；路基施工段中的土石方施工(不含地基處理部分土石方)包括挖方43.8萬m3，填方約33.0萬m3。管道及海綿工程主要包括雨水工程、海綿城市、污水重力管道、污水壓力管道、拉管、基槽工程，其中基槽工程中土方開挖22.6萬m3。鋼板樁防護(hù)及支撐20.6萬t。

完成對(duì)施工路段基礎(chǔ)信息的獲取后，按照本文設(shè)計(jì)的施工流程，對(duì)標(biāo)段施工區(qū)域進(jìn)行場(chǎng)地打樁、確定打樁順序與樁位的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)定、調(diào)整樁機(jī)就位，確保裝置在施工區(qū)域中呈現(xiàn)垂直狀態(tài)。完成對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試與集中布置后，按照標(biāo)準(zhǔn)的路基處理流程進(jìn)行施工作業(yè)。完成對(duì)標(biāo)段路基的施工處理后，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的貫入試驗(yàn)。此試驗(yàn)是施工現(xiàn)場(chǎng)中一種較為常用的土體性質(zhì)試驗(yàn)方法，試驗(yàn)主要通過動(dòng)力探觸原理，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地基承載力的測(cè)試。目前，此試驗(yàn)已被我國(guó)列入了《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑工程地基施工設(shè)計(jì)規(guī)范》文件中。試驗(yàn)前在標(biāo)段中隨機(jī)選擇若干個(gè)具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，使用重量約為65.0 kg的重錘，對(duì)砂樁進(jìn)行自由落體錘擊，控制錘擊的落距為76.0 cm即可，預(yù)設(shè)一個(gè)砂樁鉆入土層的長(zhǎng)度，當(dāng)樁體達(dá)到鉆進(jìn)深度時(shí)，根據(jù)錘擊的次數(shù)，判別沿海地區(qū)路基經(jīng)過處理后的密實(shí)度。判別標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 密實(shí)度判別標(biāo)準(zhǔn)

在掌握沿海地區(qū)路基土層密實(shí)度處理標(biāo)準(zhǔn)后，對(duì)選擇的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，記錄不同測(cè)試點(diǎn)的錘擊次數(shù)，并將得出的錘擊次數(shù)作為評(píng)價(jià)本文設(shè)計(jì)路基處理技術(shù)有效性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以此種方式完成此次實(shí)驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將技術(shù)人員與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員整理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成表格，見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)接表1與表2后可以得出，在K5+500—K8+710.993標(biāo)段中隨機(jī)選擇的7個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)測(cè)試后，統(tǒng)計(jì)的有效錘擊次數(shù)為30.0±2.0次，證明經(jīng)過本文提出技術(shù)的處理后，路基土體的密實(shí)度呈密實(shí)狀態(tài)與中密狀態(tài)(該數(shù)值對(duì)應(yīng)的是稍密或松散狀態(tài)？？請(qǐng)核實(shí))。說明了本文設(shè)計(jì)的沿海地區(qū)砂樁堆載預(yù)壓路基處理技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以提高路基結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，從而達(dá)到提升路基承載力的效果。

3 結(jié)束語

本文從四個(gè)方面，完成了對(duì)沿海地區(qū)砂樁堆載預(yù)壓路基處理技術(shù)的研究，并在完成設(shè)計(jì)后，通過標(biāo)準(zhǔn)的貫入實(shí)驗(yàn)，證明了此方法在實(shí)際應(yīng)用中可以提高路基結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，從而達(dá)到提升路基承載力的效果。在后續(xù)的研究中，為了滿足工程的信息化發(fā)展，可選擇合適的BIM軟件進(jìn)行建模及施工管理應(yīng)用，對(duì)符合施工工序的模型進(jìn)行拆分，并結(jié)合工程需求進(jìn)行必要的施工數(shù)據(jù)錄入，施工BIM技術(shù)應(yīng)用宜涵蓋施工過程中各個(gè)階段、各項(xiàng)施工組織管理工作，必要時(shí)可采用專業(yè)監(jiān)測(cè)儀及在線實(shí)時(shí)監(jiān)控云平臺(tái)對(duì)施工過程進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析，確保工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。