田福臣

摘要： 丹大快速鐵路前陽至莊河段軟土路基處理采用的主要形式是水泥攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁、水泥砂漿樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等。本文結(jié)合該工程實(shí)例，詳實(shí)的論述各種樁基成樁的原理、特點(diǎn)及主要工藝操作要點(diǎn)，可為類似工程的施工提供一定的參考依據(jù)。

Abstract： The main forms of soft soil subgrade treatment in Qianyang-Zhuanghe section of Dandong Rapid Railway are cement mixing piles， cement fly ash gravel piles， cement mortar piles and prestressed concrete pipe piles. In this paper， combining with the project example， the principles， characteristics and main operation points of various pile foundations are discussed in detail， which can provide certain reference for the construction of similar projects.

關(guān)鍵詞： 快速鐵路；軟土地基；處理方法；原理及特點(diǎn)

Key words： rapid railway；soft soil foundation；treatment method；principle and characteristics

中圖分類號(hào)：U213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）18-0151-02

0 引言

不同的軟土地基可采用不同的處理方法，可根據(jù)土質(zhì)類型、地基條件、道路情況、施工作業(yè)環(huán)境和建設(shè)費(fèi)用合理選擇恰當(dāng)方法，來獲得最佳的處理效果。

丹大快速鐵路前陽至莊河段，水泥攪拌樁96萬延米，水泥粉煤灰碎石樁118.5萬延米，水泥砂漿樁99萬延米，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁135萬延米，依據(jù)設(shè)計(jì)要求分別應(yīng)用于路基、房建和涵洞等基礎(chǔ)位置。

1 各種樁的成樁原理及特點(diǎn)

1.1 水泥攪拌樁成樁原理及特點(diǎn)

原理：水泥攪拌樁選用水泥作為固化劑的主劑，利用特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深部就地強(qiáng)制拌合軟土和固化劑，如此可將軟土硬結(jié)，從而提高地基強(qiáng)度。該方法適用處理軟土，不僅處理效果良好，且能夠在處理后短時(shí)間內(nèi)投入使用。特點(diǎn)：漿體噴射攪拌樁特點(diǎn)包括設(shè)備簡單、固結(jié)體形狀易于控制、工藝簡便、適用范圍廣等。

1.2 水泥粉煤灰碎石樁成樁原理及特點(diǎn)

原理：水泥粉煤灰碎石樁使用鉆孔機(jī)械在軟土中成孔，之后在空心鉆桿中灌入配比好的碎石、粉煤灰、水泥、石屑和水混合料，并進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)密實(shí)硬化，提高其強(qiáng)度，使樁體的荷載增強(qiáng)，從而大幅度提高地基的承載能力。特點(diǎn)：其優(yōu)勢(shì)是質(zhì)量易于保證；路基填筑過程易于有效控制沉降；相較其他方法，大幅度提高了單樁承載力、復(fù)合地基承載力；軟基處理具有速度快，加固深度更深等。

1.3 水泥砂漿樁成樁原理及特點(diǎn)

原理：采用水泥砂漿作為固化劑，將地基土中的粗顆粒含量增加，地基土的塑性指數(shù)降低，將土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)改良，提高樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，同時(shí)在淤泥質(zhì)土、淤泥層中成樁強(qiáng)度明顯提高；采用深層攪拌樁機(jī)利用壓縮空氣把水泥砂漿體輸送到鉆頭，在加固地層的土層中噴入漿體，然后經(jīng)過充分?jǐn)嚢杼幚聿⒒旌虾螅瑢④浲劣不删哂兴€(wěn)定性、整體性和一定強(qiáng)度的水泥土樁體，與原地基構(gòu)成復(fù)合地基。特點(diǎn)：根據(jù)不同的地質(zhì)土質(zhì)情況，做試樁，研制出相應(yīng)的配合比，提高水泥砂漿樁的成樁質(zhì)量；并對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行改良，提高噴漿、攪拌性能，使樁體攪拌均勻，達(dá)到強(qiáng)度要求。運(yùn)用科學(xué)檢驗(yàn)手段，針對(duì)工程特點(diǎn)、施工環(huán)境、工期要求、安全保障、投資成本等因素，制定專項(xiàng)施工方案，以提高施工效率，保證工程質(zhì)量，降低工程造價(jià)，達(dá)到效益最大化的目的。

1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁成樁原理及特點(diǎn)

原理：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是一種打入土中，橫截面尺寸比其長度小得多的管狀細(xì)長構(gòu)件，其主要作用是提高地基承載力，其支撐力是由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力兩部分組成。澆筑完樁帽混凝土后，鋪設(shè)土工格柵，利用土工格柵良好的整體抗剪性和延展性，具有良好的耐腐蝕性、高抗疲勞性等特點(diǎn)，不僅加快了路基的填筑速度，而且提高軟基的整體穩(wěn)定性。特點(diǎn)：它是深基礎(chǔ)中最為常見的一種形式，能夠適用于各類軟弱地質(zhì)及荷載情況，具有沉降值小、穩(wěn)定性好、承載力大等特點(diǎn)，且由于能夠采取機(jī)械化施工，大大縮短了施工周期。

2 成樁的操作要點(diǎn)及方法

2.1 水泥攪拌樁軟基處理方法

①樁機(jī)就位。機(jī)具移至樁位處，并使鉆頭正對(duì)樁位，調(diào)平機(jī)座，然后采取有效方式使其保持垂直，從而保證其在鉆進(jìn)中保持垂直，樁位偏差小于5cm，垂直度不大于1.5%。

②漿液制作。根據(jù)試驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)提供漿液配合比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)漿液配制，配制的灰漿應(yīng)流動(dòng)性好，不離析，便于泵送、噴攪，灰漿應(yīng)攪拌均勻，加濾網(wǎng)過篩，現(xiàn)制現(xiàn)用。水泥漿液的配制要嚴(yán)格控制水灰比，加入的水應(yīng)有定量容器，制拌好的水泥漿不得停置時(shí)間過長，超過2小時(shí)不得使用。漿液在灰漿攪拌機(jī)中要不斷攪拌，直到送泵前。

存漿容器應(yīng)按設(shè)計(jì)投料量，按一次料打一根樁，以確保成樁質(zhì)量。

③預(yù)攪下沉、噴漿提升。啟動(dòng)攪拌樁機(jī)，鉆頭邊旋轉(zhuǎn)邊鉆進(jìn)。鉆至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，關(guān)閉送氣管路，打開送料管路和給料機(jī)開關(guān)，進(jìn)行噴漿作業(yè)。先原地噴漿半分鐘，之后攪拌鉆頭邊反向旋轉(zhuǎn)邊提升。期間需嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)速度和提升速度，定期檢查其各項(xiàng)參數(shù)，確保一切運(yùn)行正常。

④重復(fù)預(yù)攪下沉提升。當(dāng)鉆至設(shè)計(jì)深度后，再次啟動(dòng)水泥漿泵送機(jī)，進(jìn)行噴漿攪拌提升施工，之后攪拌鉆頭一邊反向旋轉(zhuǎn)，一邊提升。期間需嚴(yán)格控制旋轉(zhuǎn)速度和提升速度，定期檢查其各項(xiàng)參數(shù)，確保一切運(yùn)行正常。然后移機(jī)開始下一根樁施工。

2.2 水泥粉煤灰碎石樁軟基處理方法

①鉆機(jī)就位。水泥粉煤灰碎石樁鉆機(jī)就位后，可利用鉆機(jī)塔身的前后和左右的垂直標(biāo)桿，用來檢查塔身導(dǎo)桿，校正位置，將鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，最大限度地降低樁的偏差。②混合料攪拌?；旌狭蠑嚢枰笈淞系呐浜媳群侠怼⒂?jì)量精準(zhǔn)、拌合時(shí)間必須超過一分鐘。同時(shí)應(yīng)結(jié)合所用施工方法和工藝試驗(yàn)，由監(jiān)理工程師批準(zhǔn)科學(xué)控制混合料加水量和坍落度參數(shù)。在泵送前，應(yīng)在混凝土泵料斗必須備好熟料。③鉆進(jìn)成孔。開始鉆孔時(shí)，將鉆頭閥門關(guān)閉，向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí)，將馬達(dá)鉆進(jìn)啟動(dòng)。為減少鉆桿搖晃，降低鉆孔誤差，最好應(yīng)先慢后快。在成孔期間若發(fā)現(xiàn)存在異常情況，應(yīng)適當(dāng)放慢進(jìn)尺，糾正誤差，否則很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的偏移、位移，甚至出現(xiàn)鉆具損壞等嚴(yán)重問題。④灌注及拔管。水泥粉煤灰碎石樁成孔到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)及時(shí)停止鉆進(jìn)，開始泵送混合料，待鉆桿心充滿混合料后，開始拔管，禁止先提管后泵料。最好將成樁的提拔速度控制在2～3m/min，確保成樁過程連續(xù)不間斷。此外，施工中必須保證每根樁的投料量不得少于設(shè)計(jì)灌注量。⑤移機(jī)。完成上一根樁施工后，移動(dòng)鉆機(jī)，開始后一根樁的施工。由于在施工期間受到各類客觀因素的影響，原標(biāo)定的樁位或多或少會(huì)發(fā)生位移，基于此，在開始下一根樁施工時(shí)應(yīng)依據(jù)軸線等復(fù)核樁位，確保樁位準(zhǔn)確。

2.3 水泥砂漿樁成樁軟基處理方法

①施工準(zhǔn)備及測(cè)量定位。施工前，現(xiàn)挖除地表腐殖土，并將場(chǎng)地平整，地表碾壓至k30≥60MPa/m。待場(chǎng)地平整后，進(jìn)行測(cè)量放樣。根據(jù)施工放樣，把砂漿攪拌樁機(jī)移到指定試樁樁位對(duì)中就位、調(diào)節(jié)導(dǎo)向架與地面的垂直度，并使用定位卡保證樁位的準(zhǔn)確度。

②制漿、攪拌下沉。為便于記錄本根樁的各種參數(shù)，在攪拌機(jī)開機(jī)前應(yīng)將其電子儀器上的各項(xiàng)數(shù)值歸零。后臺(tái)用灰漿攪拌機(jī)拌制水泥漿液：首先通過水灰比和樁長計(jì)算出水、水泥、砂用量，將水注入攪拌機(jī)中并開啟攪拌罐，將砂子裝入小推車中，用磅秤稱出砂子重量，倒入灰漿攪拌機(jī)，再將水泥倒入其中進(jìn)行拌和，直至水泥砂漿均勻后，將水泥漿液倒入集料池中。水泥漿液倒入集料池時(shí)加篩過濾，以免漿內(nèi)結(jié)塊損壞泵體。

啟動(dòng)砂漿攪拌樁機(jī)電機(jī)，攪拌機(jī)沿導(dǎo)向架下沉，以1.5m/min左右的速度鉆進(jìn)，由電流監(jiān)測(cè)表監(jiān)測(cè)攪拌機(jī)的下沉。接近樁端時(shí)，電流表讀數(shù)由60A突然變大時(shí)（一般變大為80～100A），證明鉆機(jī)穿過軟土層到達(dá)設(shè)計(jì)的持力層（混合巖層）。

③噴漿攪拌提升。攪拌機(jī)正轉(zhuǎn)下沉到位后，原位噴漿攪拌60～90s。開動(dòng)鉆機(jī)反轉(zhuǎn)邊注漿邊提升，提升速度為1m/min，直至設(shè)計(jì)樁頂，完成一次循環(huán)攪拌過程。

④重復(fù)下沉與提升。為保證樁頭的強(qiáng)度，當(dāng)攪拌機(jī)將提升至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高時(shí)，減緩提升速度，當(dāng)噴漿口達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，停止提升，攪拌5s左右，以保證樁頭均勻密實(shí)。此時(shí)灰漿因正好用完。然后提鉆，完成一根樁的施工過程。

2.4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁軟基處理法

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是一種打入土中，橫截面尺寸比其長度小得多的管狀細(xì)長構(gòu)件，其主要作用是提高地基承載力，其支撐力是由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力兩部分組成。

澆筑完樁帽混凝土后，鋪設(shè)土工格柵，利用土工格柵良好的整體抗剪性和延展性，具有良好的耐腐蝕性、高抗疲勞性等特點(diǎn)，不僅加快了路基的填筑速度，而且提高軟基的整體穩(wěn)定性。

①起吊。管樁的長細(xì)比大、自重大，在起吊過程中，過大的動(dòng)荷載易使管樁產(chǎn)生破壞。正確的起吊方法是：兩支點(diǎn)法或兩頭勾吊法，吊樁送至樁機(jī)附近時(shí)，采用單點(diǎn)吊樁，吊點(diǎn)設(shè)在0.3倍樁長處，開始垂直起鉤，平穩(wěn)地把樁送到打樁機(jī)夾樁器中，同時(shí)使樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位中心，緩緩放下插入土中。在吊裝過程中輕吊輕放，避免拖吊破壞。

②穩(wěn)樁。當(dāng)樁尖進(jìn)入土中300～500mm后，用經(jīng)緯儀或用支架線墜調(diào)整樁的垂直度（測(cè)量儀器一般在距樁機(jī)15m以外處架設(shè)），觀測(cè)時(shí)，上端與下端的垂直度偏差應(yīng)≤1%（接樁時(shí)，第一節(jié)樁入土后垂直度偏關(guān)不超過0.5%）。

③沖程。管樁施工時(shí)，柴油錘最大沖程不超過2m，施工時(shí)，按1.8m控制，最后1m沖程為1.2m。

④壓樁。為便于觀察樁的入土深度及記錄每米沉樁的錘擊數(shù)，測(cè)量人員根據(jù)邊樁控制樁，用J2級(jí)經(jīng)緯儀定位放樣后，應(yīng)在樁身上劃出以米為單位的長度標(biāo)記；第一節(jié)管樁起吊就位插入地面時(shí)的垂直度偏差必須小于0.5%，在兩個(gè)成90度的方向上同時(shí)觀測(cè)、校正；為保證管樁受到偏心錘打不發(fā)生受彎而折斷，應(yīng)確保樁錘、樁帽和樁身的中心線重合。焊接接樁時(shí)樁頭應(yīng)高于地面0.5～1.0m，上下節(jié)樁段保持順直，錯(cuò)位偏差不宜大于2mm。焊好的樁頭應(yīng)自然冷卻后方可繼續(xù)錘擊，時(shí)間不少于8min，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好即打；管樁的總錘擊數(shù)不宜大于2000，最后1m錘擊數(shù)不宜超過250；打樁時(shí)錘墊選用15cm厚直紋木墊，樁墊用麻袋、木夾板，壓縮后厚度12cm左右，錘擊過程中注意經(jīng)常檢查及時(shí)更換；送樁前應(yīng)檢查樁的垂直度。

⑤收錘。收錘標(biāo)準(zhǔn)對(duì)打樁工程質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，控制收錘能減少打樁破損率，保證樁身質(zhì)量，確保送樁樁深達(dá)到設(shè)計(jì)值。

根據(jù)試樁所采集的施工數(shù)據(jù)，管樁采用最后1m的最后10cm每分鐘平均值作為停打貫入度，以最后1m的錘擊數(shù)量、平均貫入度及停打貫入度作為收錘標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)測(cè)數(shù)值與上述數(shù)值偏差不大時(shí)，即在1m范圍內(nèi)貫入度沒有發(fā)生急劇變化，可以認(rèn)定管樁達(dá)到設(shè)計(jì)地質(zhì)深度并滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

3 結(jié)束語

丹大快速鐵路施工中，采用不同的軟基處理技術(shù)應(yīng)用于站場(chǎng)、房建、涵洞及區(qū)間路基地段，積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后類似工程的施工打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周洺漢，許燕群，徐林榮，商擁輝，李義杰.高鐵不同剛度樁-網(wǎng)復(fù)合地基工作性狀差異[J].土木建筑與環(huán)境工程，2017（05）.

[2]朱德兵，趙亞杰，王寧，劉成君，周光建.在營鐵路路基結(jié)構(gòu)擬模態(tài)分析及狀態(tài)評(píng)估[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2018（02）.

[3]王炳龍，周順華，楊龍才.高速鐵路軟土路基工后沉降試驗(yàn)研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（10）.