趙治冶

（山東鐵路投資控股集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250102）

全螺紋灌注擠土樁（Drilled Displacement Piles with a Screw-shaped Shaft，DDS）是在Atlas樁、SVB樁施工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，具有一定的擠密和螺紋增效作用。理論上DDS 樁在提高復(fù)合地基承載力方面優(yōu)于常用的水泥粉煤灰碎石（Cement Fly-ash Gravel，CFG）樁。在房屋建筑等領(lǐng)域DDS樁逐漸得到應(yīng)用［1］，相關(guān)部門頒布了其專用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［2］。在鐵路領(lǐng)域，因缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)程，且對不同地質(zhì)條件下豎向承載特性和群樁效應(yīng)機(jī)理研究不足［3-5］，往往簡單地認(rèn)為DDS 樁的復(fù)合地基承載力一定優(yōu)于同條件的CFG 樁。由于沒有專用于DDS 樁的施工工裝和工藝要求，在部分高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目中采取與CFG 樁相同的設(shè)計(jì)方案，對利用DDS 樁進(jìn)行復(fù)合地基處理的適用性缺乏認(rèn)識。

本文結(jié)合魯南高速鐵路日曲段的實(shí)際情況，選擇不同地質(zhì)條件的施工區(qū)段，以CFG 樁為對比，通過復(fù)合地基載荷試驗(yàn)研究DDS 樁在鐵路復(fù)合地基處理工程中的適用性。

1 試驗(yàn)方案

1.1 地質(zhì)概況

為探明DDS 樁在不同地質(zhì)條件下的適用性，選擇曲阜東站NDK010+600.00—NDK010+813.35 加固區(qū)段（簡稱QFD 區(qū)段）和臨沂北站DK126+300—DK127+100加固區(qū)段（簡稱LYB區(qū)段）開展試驗(yàn)。

1）QFD區(qū)段地層巖性概況

2）LYB區(qū)段地層巖性概況

1.2 樁型結(jié)構(gòu)及施工方法

在2 區(qū)段各澆筑4 根DDS 和CFG 試驗(yàn)樁，均為正方形布置，QFD 區(qū)段和LYB 區(qū)段樁間距分別為1.6，1.9 m。樁頂設(shè)1.10 m×1.10 m×0.35 m 的C40 鋼筋混凝土樁帽，上鋪0.6 m 厚碎石墊層，墊層上下各鋪設(shè)1層抗拉強(qiáng)度大于80 kN 的雙向格柵。DDS 樁外徑為500 mm，內(nèi)徑為400 mm，螺牙高50 mm，螺紋間距300 mm，內(nèi)外側(cè)螺牙厚度分別為100，50 mm。CFG 樁樁徑為500 mm。

QFD 區(qū)段設(shè)計(jì)樁長30.0 m，承載力以長樁摩擦力為主，設(shè)計(jì)承載力300 kPa；LYB 區(qū)段設(shè)計(jì)樁長6.9 m，承載力以短樁端承力為主，設(shè)計(jì)承載力250 kPa。

試驗(yàn)中DDS 樁采用非可棄樁尖的全螺紋樁機(jī)施工，工藝要求：提鉆過程保持勻速、連續(xù)；嚴(yán)格控制提升速度與旋轉(zhuǎn)速度，使二者匹配；鉆桿反向旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)上升距離滿足設(shè)計(jì)螺紋間距要求。CFG 樁采用振動(dòng)沉管法施工。

1.3 試驗(yàn)方法

滿足規(guī)定的28 d 齡期后，在2 試驗(yàn)區(qū)段的DDS 樁和CFG樁中各選1根，根據(jù)TB 10106—2010《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》［6］進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，并采用局部開挖和取芯法對DDS樁的實(shí)體質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)

對2 試驗(yàn)區(qū)段的DDS 樁和CFG 樁施加荷載至最大荷載（QFD 區(qū)段、LYB 區(qū)段的最大荷載分別為600，500 kPa），得到復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的荷載-位移曲線見圖1。逐漸卸載到0，測量位移的回彈量并計(jì)算復(fù)合地基承載力，結(jié)果見表1。

圖1 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)荷載-位移曲線

表1 復(fù)合地基載荷試驗(yàn)結(jié)果

從圖1 和表1 可知：在承載力以長樁摩擦力為主的QFD區(qū)段，2種樁型的復(fù)合地基承載力差異不大；在承載力以短樁端承力為主的LYB 區(qū)段，DDS 樁的最大累計(jì)位移遠(yuǎn)大于CFG 樁，其復(fù)合地基承載力僅為CFG樁的69%。排除加載過程、樁間土的回填質(zhì)量、樁頭處理、荷載板剛度、砂墊層厚度等影響因素后，再次進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果類似。DDS 樁并未在增加承載力方面體現(xiàn)出優(yōu)勢，與設(shè)計(jì)預(yù)期存在較大偏差。

2.2 實(shí)體取芯及局部開挖

針對復(fù)合地基載荷試驗(yàn)反映出的問題，在LYB 區(qū)段開展了地質(zhì)鉆探復(fù)核、局部開挖和實(shí)體取芯檢驗(yàn)（圖2）。經(jīng)地質(zhì)鉆探復(fù)核，該區(qū)段地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)資料基本吻合，但因時(shí)處雨季，表層松軟土及中砂層含水率接近飽和，表層土為淤泥狀，中砂層接近流態(tài)。

圖2 LYB區(qū)段DDS樁局部開挖和實(shí)體取芯情況

從圖2（a）可以看出，DDS 樁螺紋成型情況并不理想。結(jié)合地質(zhì)鉆探復(fù)核結(jié)果，樁周土層接近流態(tài)，不利于樁身螺紋的成型。另外，因無特定工裝和工藝措施，試驗(yàn)過程中很難保證DDS樁的成樁質(zhì)量。

圖2（b）中從上至下為從樁頂至樁底，可以看出樁底呈錐體狀，且混凝土疏松、不密實(shí)，直接影響樁端承載力。由于利用全螺紋樁機(jī)施工時(shí)采用了非可棄式樁尖，且樁底地質(zhì)為風(fēng)化巖，受工藝特性限制，成樁時(shí)無法進(jìn)行清底，樁底存在一定量的破碎巖體，致使樁底混凝土不密實(shí)。

3 技術(shù)改進(jìn)措施

地質(zhì)條件、螺紋質(zhì)量、樁底質(zhì)量直接決定了DDS樁復(fù)合地基加固技術(shù)的使用效果，進(jìn)鉆、出鉆的高度同步性和樁底質(zhì)量保證措施是實(shí)現(xiàn)DDS 樁加固效果的關(guān)鍵［7-9］。

LYB 區(qū)段不宜采用DDS 樁，應(yīng)選用CFG 樁進(jìn)行地基加固，采用振動(dòng)沉管法施工。對于QFD 區(qū)段，可采用DDS 樁進(jìn)行地基加固，但須采取一些改進(jìn)措施。為提高樁底混凝土密實(shí)度，施工時(shí)改用可棄樁尖，并在鉆孔到位后靜壓20 s。同時(shí)，采用數(shù)控同步技術(shù)，確保進(jìn)鉆、出鉆的同步性。

將DDS 樁外徑由500 mm 調(diào)整為400 mm，相應(yīng)的內(nèi)徑調(diào)整為300 mm，其余參數(shù)不變，結(jié)合改進(jìn)措施再次進(jìn)行復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。結(jié)果表明，調(diào)整后的DDS樁的最大累計(jì)位移為8.16 mm，最大回彈位移為1.93 mm，回彈率19.5%，復(fù)合地基承載力為392 kPa，與樁徑500 mm CFG 樁的復(fù)合地基處理效果相當(dāng)。由于調(diào)整后的DDS 樁樁徑小，降低了工程成本，優(yōu)勢較為明顯。

結(jié)合改進(jìn)措施，將400 mm 外徑的DDS 樁應(yīng)用在與QFD 區(qū)段地質(zhì)條件類似的曲阜東NDK08+364—NDK010+810 區(qū)段。其中，對樁長小于20 m 的特殊區(qū)段，采取噴漿加固的方式進(jìn)行樁底處理。結(jié)果顯示，工后沉降滿足設(shè)計(jì)要求，見圖3。

圖3 曲阜東NDK08+364—NDK010+810區(qū)段工后沉降

4 結(jié)論

為研究DDS 樁在鐵路復(fù)合地基處理的適用性，本文選擇不同地質(zhì)條件的施工區(qū)段，以CFG 樁為對比，進(jìn)行了復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。結(jié)論如下：

1）地質(zhì)條件、工裝設(shè)備和工藝直接影響DDS 樁的成樁質(zhì)量和加固效果。在缺乏清晰認(rèn)知的前提下，不能取得預(yù)期的復(fù)合地基處理效果。

2）樁底和樁身螺紋質(zhì)量是實(shí)現(xiàn)復(fù)合地基處理效果的關(guān)鍵。

3）在承載力以短樁端承力為主的加固區(qū)段，不宜采用DDS樁技術(shù)進(jìn)行復(fù)合地基處理。

4）在承載力以長樁摩擦力為主的加固區(qū)段，可采用DDS 樁技術(shù)，但須采取改進(jìn)措施，包括：施工時(shí)選用可棄樁尖，并在鉆孔到位后靜壓20 s；采用數(shù)控同步技術(shù)，確保進(jìn)鉆、出鉆的同步性；對樁長小于20 m 的特殊區(qū)段，采取噴漿加固的方式進(jìn)行樁底處理。采取改進(jìn)措施后，外徑400 mm 的DDS 樁與樁徑500 mm 的CFG樁對復(fù)合地基處理效果相當(dāng)。