趙 璧

(沈陽鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，沈陽 110013)

1 工程概況

營口沿海產(chǎn)業(yè)基地位于營口市西海岸低產(chǎn)鹽田和灘涂區(qū)域內(nèi)，產(chǎn)業(yè)基地鐵路走行范圍內(nèi)分布著廣泛的軟土地基，為滿足路基穩(wěn)定性及工后沉降技術(shù)要求，設(shè)計(jì)采用水泥攪拌樁對基底進(jìn)行加固處理。

產(chǎn)業(yè)基地鐵路全長 24.45 km，路基工程總長23.37 km，地基需要加固區(qū)段總長為22.10 km，占路基工程總長的94.57%。施工前開展了對水泥攪拌樁的成樁試驗(yàn)及檢測，目的是為水泥攪拌樁的設(shè)計(jì)及施工提供必要的參數(shù)，這對于鐵路的正常施工及運(yùn)營具有重要的意義。

1.1 工程地質(zhì)概況

營口沿海產(chǎn)業(yè)基地鐵路水泥攪拌樁成樁檢測試驗(yàn)段位于線路DK17+300處，路堤填筑于一低產(chǎn)鹽田內(nèi)，路堤填方高度為2.0 m。試驗(yàn)段地質(zhì)情況如下(從上至下):表層為淤泥，0.5 m厚，灰褐色、流塑，承載力60 kPa;粉質(zhì)黏土，1.9 m厚，黃褐色、軟塑;粉質(zhì)黏土，2.1 m厚，灰色、軟塑;粉質(zhì)黏土，5.2 m厚，灰色、流塑;粉土，2.7 m 厚，灰色、中密、飽和;粉土，3.7 m 厚，灰色、密實(shí)、潮濕、見少量云母碎屑;細(xì)砂，8.4 m厚，黃褐色、中密、飽和、含少量黏性土，承載力210 kPa。地下水埋深為0.1 m。

粉質(zhì)黏土的主要物理、力學(xué)指標(biāo):天然含水率26.6% ～37.3%，天然孔隙比0.753～0.997，天然重度18.424 ～19.11 kN/m3，黏聚力4 ～28 kPa，內(nèi)摩擦角4.8°～22°。

粉土的主要物理、力學(xué)指標(biāo):天然含水率20.1% ～30.1%，天然孔隙比0.5860～0.804，天然重度19.01 ～19.894 kN/m3，黏聚力5 ～28 kPa，內(nèi)摩擦角6.1°～13.4°。

1.2 地基處理方案

試驗(yàn)段試算樁長為12.0 m，樁徑d=0.5 m，正三角形布置，樁間距為1.1 m及1.3 m兩種。清除表層淤泥后在樁頂設(shè)置0.5 m厚的碎石墊層，墊層內(nèi)鋪設(shè)1層50 kN/m高強(qiáng)度雙向拉伸土工格柵。由于試驗(yàn)段毗鄰渤海，地下水具有氯鹽環(huán)境，作用等級(jí)為L3級(jí)，故在普通硅酸鹽水泥中摻入3%的粉煤灰作為膠凝材料。

1.3 施工設(shè)備

水泥攪拌樁的施工設(shè)備采用SJB-Ⅰ和SJB-Ⅱ深攪鉆機(jī)、NJ-600型攪拌機(jī)、80型注漿泵。

1.4 施工工藝參數(shù)及流程

1.4.1 施工工藝參數(shù)

鉆進(jìn)提升速度:0.6～1.2 m/min

轉(zhuǎn)速:56 r/min

噴漿壓力:0.4～0.9 MPa

1.4.2 工藝流程

(1)施工準(zhǔn)備:水泥攪拌樁施工現(xiàn)場事先應(yīng)予以平整，清淤;

(2)樁機(jī)就位;

(3)噴漿攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度+0.2 m，停止提升繼續(xù)攪拌30 s;

(4)提升攪拌，在攪拌頭尖部距預(yù)定停漿面1.3～1.8 m時(shí)(即攪拌頭的長度)停止提升，繼續(xù)攪拌30 s后再提出鉆頭;

(5)重復(fù)噴漿攪拌下沉至設(shè)計(jì)加固深度+0.2 m，停止提升繼續(xù)攪拌30 s;

(6)重復(fù)提升攪拌至預(yù)定的停漿面，在攪拌頭尖部距預(yù)定停漿面1.3～1.8 m時(shí)(即攪拌頭的長度)停止提升，繼續(xù)攪拌30 s后再提出鉆頭。

試驗(yàn)段共計(jì)布樁24組，每組9根，布樁的具體形式見圖1，參數(shù)見表1。

圖1 水泥攪拌樁布置形式

表1 各組水泥攪拌樁參數(shù)

續(xù)表1

2 成樁試驗(yàn)及檢測

2.1 復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)

試驗(yàn)采用堆載法進(jìn)行。

2.1.1 荷載板

復(fù)合地基荷載板為正方形厚鋼板，邊長分別為1.02 m和1.20 m，水泥攪拌樁為等邊三角形布置，處理面積分別為1.04 m2(樁間距為1.1 m)和1.44 m2(樁間距為1.3 m)。壓板底高程與基礎(chǔ)地面設(shè)計(jì)高程相同，壓板下中粗砂墊層厚10 cm，試坑長度與寬度均大于壓板尺寸的3倍。

2.1.2 加荷系統(tǒng)

由1 000 kN級(jí)油壓千斤頂、高壓油管、聯(lián)接頭、0.4級(jí)精密壓力表及高壓電動(dòng)油泵組成。千斤頂型號(hào)為QW-100型，行程200 mm，壓力表量程為60 MPa，精度為0.4級(jí)。

2.1.3 沉降觀測系統(tǒng)

由基準(zhǔn)梁、CZ-6型磁性表座及2塊大量程百分表組成?；鶞?zhǔn)梁由2根6.0 m的［16型鋼組成，垂直于試驗(yàn)主梁布置在基準(zhǔn)樁上。基準(zhǔn)樁、試樁間中心距離不小于4d，百分表安裝在壓板上。百分表量程為50 mm，精度為0.01 mm。

2.1.4 堆載

(1)共分10級(jí)加荷，每級(jí)荷載分別為25 kN(樁間距為1.1 m)和35 kN(樁間距為1.3 m)。

(2)每加一級(jí)荷載前后各記錄承壓板沉降量一次，以后每隔30 min測讀1次。當(dāng)1 h內(nèi)沉降量小于0.1 mm時(shí)，即可施加下一級(jí)荷載。沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每級(jí)荷載作用下，沉降速度小于0.1 m/h。

(3)終止加荷條件

當(dāng)滿足如下條件之一時(shí)，即可終止加荷:

①達(dá)到最終荷載控制值且沉降已經(jīng)穩(wěn)定時(shí);

②承壓板的累計(jì)沉降量已經(jīng)大于其寬度或直徑的6%;

③當(dāng)達(dá)不到極限荷載而最大加載壓力已經(jīng)大于設(shè)計(jì)要求壓力值的2倍。

(4)卸載及卸載觀測

卸載時(shí)，卸載值為每級(jí)加載值的2倍，每卸一級(jí)間隔0.5 h，讀計(jì)回彈量，逐級(jí)卸荷至0。

(5)單樁復(fù)合地基承載力特征值的確定原則

當(dāng)壓力-沉降曲線上極限荷載能確定且其值不小于對應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取比例界限;當(dāng)其值小于對應(yīng)比例界限的2倍時(shí)，可取極限荷載的1/2。

當(dāng)壓力-沉降曲線是平緩的光滑曲線時(shí)，可按相對變形值確定;對水泥攪拌樁復(fù)合地基，可取s/b(s為沉降量、b為正方形荷載板寬度)等于0.006所對應(yīng)的壓力，按相對變形值確定的承載力特征值不應(yīng)大于最大加載壓力的1/2。

2.2 抽芯試驗(yàn)及無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

采用抽芯試驗(yàn)對水泥攪拌樁質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，試驗(yàn)依據(jù)《鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10414—2003)中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行［1］。

樁身抽芯檢測采用XY-100型鉆機(jī)，鉆進(jìn)前檢查測量取芯鉆具。鉆機(jī)設(shè)備安裝周正、穩(wěn)固、底座水平;鉆機(jī)立軸中心、天輪中心與孔口中心在同一鉛垂線上，鉆進(jìn)過程中確保鉆孔的垂直度，其誤差不大于1%。

采用雙管取芯器，鉆孔位置在樁直徑1/4處，鉆進(jìn)壓力、轉(zhuǎn)速、給水要適中，提鉆、下鉆慢速均勻，清水鉆進(jìn)。

鉆孔直徑不應(yīng)小于108 mm，取芯直徑不應(yīng)小于95 mm，每個(gè)回次不大于1.0 m，總?cè)⌒韭时ＷC在80%以上。全樁長抽芯，在樁頂1.0 m以下截取設(shè)計(jì)規(guī)定齡期的試件做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，取3個(gè)不同深度的芯樣試件做無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

對抽取的芯樣進(jìn)行描述，包括鉆進(jìn)回次進(jìn)尺、芯樣的顏色、含灰量、攪拌均勻程度、軟硬程度、取樣編號(hào)及位置等。

取出的芯樣應(yīng)有效密封，防治水分散失，及時(shí)送達(dá)試驗(yàn)室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

通過芯樣含灰量的情況、攪拌的均勻程度堅(jiān)硬程度、完整性，樁身強(qiáng)度等判斷樁身質(zhì)量。如果試驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)另行選樁加倍抽檢，如仍有試驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行單樁及復(fù)合地基荷載試驗(yàn)，并以此結(jié)果作為質(zhì)量評定的最終依據(jù)。

3 試驗(yàn)成果分析

3.1 單樁復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)

(1)在水泥攪拌樁齡期達(dá)到14 d后，進(jìn)行了4組樁的復(fù)合地基試驗(yàn)，分別為 A1-5、B2-5、C2-5和 E2-5號(hào)樁。其中A1-5、B2-5號(hào)樁復(fù)合地基靜荷載Q-S曲線均呈緩變型，復(fù)合地基承載力按相對變形值確定?？扇/b=0.006(b為正方形載荷板寬度)作為承載力特征值的截取標(biāo)準(zhǔn)，按相對變形值確定的承載力特征值不大于最大加載力的1/2。由于本線鐵路等級(jí)為Ⅱ級(jí)，天然地基承載力不應(yīng)小于 0.12 MPa，所以取120 kPa為A1-5、B2-5號(hào)水泥攪拌樁承載力的特征值，滿足設(shè)計(jì)要求。而C2-5和E2-5號(hào)水泥攪拌樁當(dāng)加荷載至240 kPa時(shí)，沉降急劇增大，承壓板周圍土出現(xiàn)明顯的裂紋，此時(shí)終止試驗(yàn)，其極限荷載為出現(xiàn)陡降時(shí)的前一級(jí)，即為216 kPa，可取極限荷載的一半108 kPa為復(fù)合地基承載力的特征值。

(2)在水泥攪拌樁齡期達(dá)到28 d后，對其他各樁進(jìn)行了單樁復(fù)合地基承載力試驗(yàn)，除了4組樁(水泥摻入量為15%)未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求外，其他各組樁均滿足了設(shè)計(jì)要求。詳見表2。

表2 單樁復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)成果

對24組單樁復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)所取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及各種不同參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行對比分析，如表3所示。

從表3可以看出，水泥摻入比為15%的水泥攪拌樁單樁復(fù)合地基承載力合格率較低，占該類樁的37.5%;水泥摻入比為18%的水泥攪拌樁單樁復(fù)合地基承載力合格率較高，占該類樁的87.5%;水泥摻入比為20%的水泥攪拌樁單樁復(fù)合地基承載力合格率為100%。

表3 單樁復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)成果對比分析

從樁間距分析，本次試驗(yàn)為2種樁間距等邊三角形的布置，分別為1.1 m和1.3 m，通過28 d齡期后的靜荷載試驗(yàn)結(jié)果可知，兩種樁間距都能滿足設(shè)計(jì)要求。

對于是否清淤，通過本次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)表明，清淤和未清淤的單樁復(fù)合地基承載力均能滿足設(shè)計(jì)要求，但清淤的單樁復(fù)合地基最終沉降量要好于未清淤的單樁復(fù)合地基最終沉降量。

3.2 抽芯試驗(yàn)

在攪拌樁達(dá)到14d和28d齡期之后進(jìn)行了抽芯試驗(yàn)，所抽芯各水泥攪拌樁芯樣完整性檢測結(jié)果見表4。

通過表4可以看出，水泥摻入比為15%的樁群，6.0 m以上部分較好，6.0 m以下的部分固結(jié)差，部分不成樁，強(qiáng)度較軟。水泥摻入比為18%的樁群，10.0 m以上部分較好，10.0 m以下的部分固結(jié)差，部分不成樁，強(qiáng)度較軟。水泥摻入比為20%的樁群，全樁攪拌均勻，強(qiáng)度好，成樁效果優(yōu)良。

4 結(jié)論

全線軟土路基工點(diǎn)通過試算后確定的水泥攪拌樁樁長基本在8.0～10.0m，極少數(shù)工點(diǎn)的樁長達(dá)到12.0 m。綜合單樁復(fù)合地基靜荷載試驗(yàn)和抽芯試驗(yàn)，在保證工程質(zhì)量、工期安排、工程經(jīng)濟(jì)合理性等因素綜合分析，采用水泥摻入比為18%、樁間距為1.3 m等邊三角形布置的水泥攪拌樁施工是合適的。

表4 水泥攪拌樁抽芯芯樣完整性檢測結(jié)果

［1］中華人民共和國鐵道部.TB10414—2003 鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10106—2010 鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10751—2010 高速鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［4］鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊·路基(修訂版)［M］.北京:中國鐵道出版社，1992.

［5］屈曉輝，崔俊杰.客運(yùn)專線鐵路路基設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［6］龔曉南.地基處理手冊［M］.2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［7］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，2007.

［8］張光宗，王連俊.基坑降水對京滬高速鐵路CFG樁-筏復(fù)合地基沉降的影響分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(12):30-32.

［9］李懿，王連俊，張光榮.京滬高速鐵路濟(jì)南西站復(fù)合地基施工期的沉降分析［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(12):33-35.

［10］徐偉，杜雪峰.京滬高速鐵路濟(jì)南西站CFG樁復(fù)合地基土模旋切截樁現(xiàn)澆樁帽施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(12):36-38.

［11］馬偉珊，趙勇.大西客運(yùn)專線路基CFG樁施工檢測及質(zhì)量控制［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(S):45-48.