盧慶練

（中鐵十八局集團有限公司 天津 300222）

大型鐵路客運站柱錘沖擴樁軟基加固施工技術

盧慶練

（中鐵十八局集團有限公司 天津 300222）

柱錘沖擴樁法是在土樁擠密法和強夯技術的基礎上演化而來的一種新型的地基處理方法，在高速鐵路客運站建設中得到廣泛應用，結合工程實例，介紹柱錘沖擴樁法進行軟土地基處理施工技術，以期為今后類似施工提供借鑒。

鐵路客運站 柱錘沖擴樁 地基處理 工藝技術

1 前言

軟基加固處理技術在鐵路路基施工中非常普遍、且方法多樣，根據(jù)地質(zhì)，選取經(jīng)濟合理、滿足承載力要求、快速高效的處理方法是關鍵。柱錘沖擴法是綜合吸取土樁擠密、強夯置換等工法優(yōu)點，利用沖擊成孔、分層夯實原理發(fā)展起來的一種新型地基加固技術，兼有擠密、置換和振動的作用，其成孔、成樁方法可根據(jù)地質(zhì)、施工機具不同多樣選擇。本文通過某鐵路客運站柱錘沖擴樁軟基加固施工實踐，進行施工驗證和經(jīng)驗總結，供今后同類工程參照借鑒。

2 工藝特點

2.1 施工工藝簡單、操作安全可靠

通過柱錘沖擊成孔、分層填料成樁，工序簡單、操作方便、人員設備投入少，施工快速安全。

2.2 適用范圍廣、加固效果顯著

可適用于雜填土、粉土、粉質(zhì)黏性土、黏土、黃土、液化砂土等多種土質(zhì)，地基處理深度達6～30m，成孔直徑0.6～2.5 m。柱錘對土體的沖擊速度可達3～25 m/s，單位面積夯擊能是一般強夯的8～20倍，處理后的地基壓縮模量顯著提高，極大降低壓縮變形量，地基承載力可提高4～8倍。

2.3 施工速度快、節(jié)能環(huán)保

無需土方外運，不需鋼材、水泥，無污水、泥漿，僅需碎石作主要填料，且孔內(nèi)沖擊成樁，振動小、噪聲低，施工速度快，節(jié)能環(huán)保。

3 工藝原理

柱錘沖擴樁法是通過提升設備將柱錘（一般直徑30～50cm、長2～6m、重1～8t柱狀錘，長徑比L/d=7～12）提升到距地基5～10m高度后下落，反復沖擊成孔到設計深度，在孔內(nèi)分層填料、分層夯實形成樁體，通過對原狀土的側(cè)向擠密、強力夯實、動力固結、充填置換、物理化學反應等綜合作用，以實現(xiàn)軟基加固效果和目的。

4 施工工藝流程及工序要點

4.1 施工工藝流程

根據(jù)不同地質(zhì)可采用沖擊、跟管和螺旋鉆進等3種成孔方法，然后選取不同施工機具，采取孔內(nèi)分層填料夯擴、逐步拔管填料夯擴、擴底填料夯擴、邊沖孔邊填料與柱錘強力夯實置換等4種成樁施工方法。盡管成孔、成樁方法不同，但施工工藝流程基本一致。柱錘沖擴碎石樁施工工藝流程詳見圖1。

圖1 柱錘沖擴碎石樁施工流程圖

4.2 主要工序要點

4.2.1 測放樁位

按照樁頂以上0.6～1.0m標高，采用推土機對施工場地進行平整壓實，然后根據(jù)樁位設計布置圖進行測量放樣，每個樁位采取插桿定位、編號，標注明顯、準確，并報監(jiān)理驗收合格。

4.2.2 樁機就位

按照樁位布置放樣點位，牽引打樁機就位，調(diào)整機身水平度和垂直度，使護管及柱錘中心與樁位對齊，垂直度偏差不大于樁長1.5%，采用線錘或經(jīng)緯儀校核。

4.2.3 錘擊成孔

（1）成孔施工順序：由外向里間隔分排施工，成孔布置詳見圖2。

（2）根據(jù)不同地質(zhì)可采用沖擊、跟管和螺旋鉆進等3種成孔方法，其中：

圖2 成孔布置圖

A、沖擊成孔：一般適用地下水位以上不塌孔土層，若成孔過程中出現(xiàn)縮徑或坍孔時，可分次填入粗骨料，沖擊擠密孔壁。

B、跟管成孔：一般適用于雜填土、素填土、粉土、松軟土、黃土、液化砂土等松散、易塌孔地層。護管直徑稍大于柱錘直徑，長度一般5～10m一節(jié)，用柱錘邊成孔邊將套管壓入土中，直至樁底設計標高。

C、螺旋鉆進成孔：一般適用于地下水位以上黏性土土層。

（3）柱錘沖擴樁法夯擊能量較大，易發(fā)生地面隆起，造成表層樁和樁間土出現(xiàn)松動，因此成孔及填料夯實的施工順序必須間隔進行（詳見圖2），且開孔時采用柱錘低落距（2～4m）輕夯成孔，然后增大落距成孔。

（4）當成孔過程中，遇到坍孔或縮頸時，可采取分次填碎石或碎磚和生石灰，邊沖擊邊將填料擠入孔壁及孔底時，適當降低柱錘落距、放慢沖孔速度，使骨料與孔內(nèi)松軟土層強行拌合。若仍不能成孔時，采用跟進套管法成孔方法。

（5）成孔過程中隨時檢測樁機垂直度，不滿足要求時，及時調(diào)整到位，直至達到設計樁底。（6）接近設計成孔深度時，在孔內(nèi)填少量粗骨料繼續(xù)沖擊，直至孔底被夯密實。

（7）當設計有打入持力層要求時，除樁長符合設計要求外，還需檢查打入持力層深度滿足要求。4.2.4 成孔檢測

錘擊至設計成孔標高后，檢查成孔直徑、深度、垂直度、孔內(nèi)虛土和積水情況，并填寫驗收記錄報監(jiān)理工程師。

4.2.5 分層夯填成樁

（1）成樁順序必須按成孔順序間隔進行，成孔一個夯填一個，嚴禁成孔后統(tǒng)一成樁，防止塌孔或填埋。

（2）成樁可采用孔內(nèi)分層填料夯擴、逐步拔管填料夯擴、擴底填料夯擴、邊沖孔邊填料、柱錘強力夯實置換等多種方法，填料采用級配良好的碎石或碎石夾礫砂，運料車運送，其中：

A、孔內(nèi)分層填料夯擴：即在孔內(nèi)自下而上分層填入填料夯擴，適用于沖擊成孔、螺旋鉆進成孔。

B、逐步拔管填料夯擴：適用跟管成孔，當達到設計深度后，邊填料、邊拔管、邊柱錘夯擴成樁。

C、擴底填料夯擴：當孔底土層較軟時，可在孔底進行反復填料夯擴形成擴大端，待孔底夯擊貫入度滿足要求時，再自下而上分層填料夯擴成樁。

D、邊沖孔邊填料、柱錘強力夯實置換法：適用于厚度≥3m松軟土層。

（3）成樁過程中，要隨時檢測和調(diào)整樁機垂直度滿足要求，樁頂標高控制在設計標高以上至少0.5m，其上部用粘土夯封。

（4）成樁過程中，用單擊貫入度來控制填料填量和夯擊次數(shù)，單擊貫入度不大于20cm（距地面1～2 m時，柱錘落錘距宜適當減小，采用低能量夯擊填充料成樁），填料量按不小于0.4m3/m控制，以形成直徑不小于φ0.6m的碎石或碎石夾礫砂沖擴樁（成孔直徑為0.5m時）。

（5）成樁過程中，應隨時觀察地面隆起，當?shù)孛嬗忻黠@隆起時，立即減小柱錘落距，采用低落距多次夯擊，夯擊直至設計標高。

（6）成樁過程中，要隨時尺量或挖深檢查樁徑不得小于設計值，否則，應加大重錘質(zhì)量、落距、填料量和夯擊次數(shù)等參數(shù)。

4.2.6 施工機具移位

根據(jù)預先設定的成孔、成樁順序，將柱錘沖擴機移到下一樁位，繼續(xù)施工。（見圖3）

4.2.7 樁基檢測

成樁后，根據(jù)設計要求，主要進行樁身質(zhì)量、樁間土處理效果、復合地基承載力等質(zhì)量檢測。其中：樁身質(zhì)量主要檢測：挖深檢查樁的直徑是否不小于設計值。樁間土處理效果檢測：樁施工結束7～14天后，在樁間中心點、成孔擠密深度范圍內(nèi)采用動力觸探對樁間土的擠密效果進行檢測。復合地基承載力檢測：成樁14～28天后進行，采用靜載荷試驗。（見圖4）

圖3 護管式柱錘沖擴樁機

圖4 現(xiàn)場復合地基承載力試驗

5 材料與設備

根據(jù)施工圖紙，準備所需填料，可為碎石或碎石夾礫砂。主要施工機械設備詳見表1。

表1 主要施工機械設備配置表

6 質(zhì)量控制

6.1 正式施工前，先進行工藝性試驗，選擇錘量、錘長，確定滿足設計承載力要求的落距、分層填料量、分層夯擊次數(shù)、總填料量等工藝參數(shù)后，報監(jiān)理單位確認、審批后大面積施工。

6.2 對已成樁高出設計標高部分，在鋪設砂墊層前，采用推土機鏟除超高部分，并人工清理至設計樁頂標高，再使用壓路機碾壓平整，不得使用挖掘機挖除，以避免破壞樁體。

6.3 柱錘擴沖樁樁身采用碎石或碎石夾礫砂材料，粒徑滿足設計要求，最大粒徑不大于50mm，含泥量不大于5%。

檢驗數(shù)量：同一產(chǎn)地、品種、規(guī)格且連續(xù)進場的碎石，每3000m3為一批，不足3000m3時也按一批。施工單位每批抽樣檢驗1次。

檢驗方法：在料場抽樣檢驗含泥量試驗和篩分試驗。

6.4 樁間土處理效果檢驗、承載力檢測時間、檢測手段、檢測頻率應嚴格按照驗標進行 。其中：

成樁后7～14天在樁間形心點、成孔擠密深度范圍內(nèi)采用動力觸探對樁間土的擠密效果進行檢測，沿線路縱向連續(xù)每50m抽樣檢驗不少于3處；成樁14～28d后進行復合地基載荷試驗，檢驗樁數(shù)不小于總樁數(shù)的2‰，并不少于3根。

6.5 柱錘沖擴樁樁位、垂直度、有效直徑的允許偏差見表2

表2 允許偏差表

7 安全措施

7.1 施工臨時用電由專職電工設計，并建立檔案，定期檢查、量測。

7.2 嚴格遵守施工機械操作規(guī)程，及時向操作人員進行施工任務和安全技術交底，嚴禁超載作業(yè)或任意擴大使用范圍

7.3 加強對施工機械工況檢查和維修保養(yǎng)，操作人員不得擅自離崗，嚴禁無關人員進入工作區(qū)域或操作室內(nèi)。

7.4 實行多班作業(yè)的機械操作人員應嚴格執(zhí)行交接班制度。

7.5 操作人員和配合作業(yè)人員必須正確佩戴和使用勞動防護用品。

7.6 機械移位時應專人指揮、協(xié)調(diào)行動，防止機械傾覆，移位后應再次對機械各部位進行檢查。

8 環(huán)保措施

8.1 施工期間，對施工物料堆放嚴格管理，防止在雨季或暴雨將物料隨雨水徑流排入地表及附近水域造成污染。

8.2 在工程施工過程中，加強施工機械的管理，減少污染源（如摻柴油添加劑，配備催化劑附屬箱等）。

8.3 為防止施工廢水和工區(qū)生活污水污染周圍土地，作業(yè)場地周邊設置排水溝，匯集進入污水處理池進行處理，達標準后排放。

9 效益分析

柱錘沖擴樁與強夯、換填等施工方法相比，首先，從自身構造來講，柱錘自重大、底面積小，對土體的沖擊速度可達1～25m/s，柱錘底靜接地壓力值100～500 kPa，而強夯錘底靜接地壓力值僅為25～40 kPa，柱錘單位面積夯擊能可達600～5000 kN.m/m2，是一般強夯的10～20倍，強大的沖擊速度、沖擊力，使地基處理效果和效率明顯提升，既可以解決強夯影響深度不夠的問題，又可以避免橡皮土的出現(xiàn)，還可以解決承載力低以及地基剛度不均的難題；其次，柱錘沖擴樁較強夯受地層限制小，成孔、成樁方法多樣，可用于多種土層施工，受季節(jié)、氣候因素影響小，應用范圍廣，推廣前景廣闊；第三，柱錘沖擴樁可改變填料種類和成孔、成樁方法，以達到對原狀土的側(cè)向擠密、強力夯實、動力固結、充填置換、物理化學反應等綜合作用，以實現(xiàn)軟基加固效果和目的；第四，柱錘沖擴樁采用碎石作填料，可大量節(jié)約鋼材、水泥、石灰等，較換填可節(jié)約投資50～70%，同時又減少土方外運，施工速度快（樁長13m平均2小時1根），采用孔內(nèi)強夯，振動小、噪聲低（70dB以下），無污水、泥漿污染，節(jié)能環(huán)保效果顯著。第五，柱錘沖擴樁采用散體樁形式，對局部有孤石處可免除開挖、回填、再打樁程序，大大縮短工期。

[1]陳明金.柱錘沖擴樁（DDC法）加固濕陷性黃土地基[J],科學之友.2008

[2]王庭博、宋德朝、頓志元.高原機場冰澤土地基強夯處理及試驗檢測,巖土工程技術.2012

[3]袁維紅.新型柱錘沖擴樁法地基處理技術應用探討[J],工程與建設.2010

Construction technology of Soft Foundation Reinforcement for Pile Hammer of Large Railway Stations

LU Qing-lian
（China Railway Eighteen Bureau Group Co., Ltd. Tianjin 300222 China）

Thruster expanded pile is a new ground treatment method evolving from the soil compaction pile and compaction technology, which is widely used in the construction of high-speed railway stations. Based on the engineering example, this thesis introduces the construction the technology of thruster expanded pile in soft soil foundation treatment, which hopefully will provide reference for similar constructions in future.

railway station thruster expanded pile foundation treatment technology

A

1673-1816(2016)04-0028-06

2016-04-19

盧慶練（1970-），男，漢，河北樂亭人，高級工程師，學士，研究方向土木工程技術。