李 準 徐 濤 顏 歡

(中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031)

軟土地基在我國分布十分廣泛，其承載力低、強度增長緩慢、加荷后宜變形且不均勻的特點，往往造成路堤沉陷、塌方等病害，因此，合理確定軟土地基處理措施是鐵路設(shè)計與施工的重要環(huán)節(jié)。碎石墩法是以塊石、碎石或砂礫為主要材料，制成復(fù)合地基的柱狀砂石墩，對軟土起到置換、擠密和促進排水固結(jié)的作用。廣泛應(yīng)用于軟基地基的處理工程中。然而，在鐵路現(xiàn)行路基工程的預(yù)算定額中，并沒有碎石墩的定額。投資計算中往往只能采用碎石樁的定額編制費用，未考慮兩者工法、工藝等因素區(qū)別，造成實際施工成本與預(yù)算費用差異較大。本文以新建玉磨鐵路普洱車站地基處理工程施工為依托，分析碎石墩與碎石樁的差異，結(jié)合具體施工實際，研究施工技術(shù)，對該工點強夯碎石墩工料機消耗進行測定，補充相應(yīng)定額，為完善同類工程的概預(yù)算編制定額體系奠定基礎(chǔ)。

1 項目概況

新建玉溪至磨憨鐵路普洱車站DK 269+630～DK 269+975范圍內(nèi)原為水庫，該工點基底軟土分布較厚，主要為淤泥質(zhì)土、淤泥、軟粉質(zhì)粘土和軟塑狀粉質(zhì)粘土等，厚度最大達12 m。設(shè)計采用直徑1.5 m的強夯碎石墩加固，正三角形布置，墩間距2.8～3.0 m，加固寬度為路堤坡腳外3.0 m[1]。施工完畢后，在頂面鋪設(shè)0.6 m厚碎石墊層夾兩層80 kN/m雙向土工格柵，再施工路堤本體填筑。

2 碎石墩與碎石樁的差異分析

本文首先研究碎石墩與碎石樁的施工工藝及施工要點，然后對兩者的差異進行分析，以期找到兩者的共同點與不同點。

2.1 碎石樁施工工藝和技術(shù)要求

2.1.1碎石樁的施工工藝

碎石樁成樁可采用振沖法或沉管法，樁徑通常有0.3 m、0.5 m、和0.8 m等規(guī)格，沉管法包括振動沉管成樁法和錘擊沉管成樁法。用于消除地基砂土及粉土液化時,宜釆用振動沉管成樁法。處理不排水抗剪強度小于20 kPa的飽和黏性土地基時,應(yīng)在施工前通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。

(1)振沖碎石樁施工流程：平整場地→布置樁位→機具就位→啟動供水泵和振沖器→造孔至設(shè)計深度→清孔→加料振密制樁→逐段成樁至樁頂→關(guān)閉振沖器和水泵→機具移至下一樁位。

(2)振動沉管碎石樁施工流程：平整場地→布置樁位→機具就位→振動沉管至設(shè)計深度→加料→拔管,反插,停拔振動后再拔管,重復(fù)循環(huán)施工至樁頂→加壓成樁→機具移至下一樁位。

(3)錘擊沉管碎石樁施工流程：平整場地→布置樁位→機具就位→投石制塞→內(nèi)擊沉管至設(shè)計深度→分段填沖(拔管、加料、沖夯,循環(huán)往復(fù)至成樁)→機具移至下一樁位。

2.1.2碎石樁的施工技術(shù)要求

(1)碎石樁施工順序

對砂土和粉土地基中以擠密為主的碎石樁宜從外圍或兩側(cè)向中間進行，中間的樁間隔(跳打)施工；對黏性土地基中以置換為主的碎石樁宜從中間向外圍或隔排施工，同一排中也宜間隔施工；鄰近既有建(構(gòu))筑物施工時，應(yīng)背離建(構(gòu))筑物方向進行。

(2)振沖碎石樁施工技術(shù)要求

首先，根據(jù)設(shè)計荷載、原土強度、設(shè)計樁長等條件選用不同功率的振沖器。升降振沖器的機械可用起重機、自行井架式施工平車或其他合適的設(shè)備。施工設(shè)備應(yīng)配有電流、電壓和留振時間自動信號儀表。其次，施工現(xiàn)場應(yīng)事先開設(shè)泥水排放系統(tǒng)，或組織好運漿車輛將泥漿運至預(yù)先安排的存放地點，宜設(shè)置沉淀池重復(fù)使用上部清水。最后，制樁過程中，各段樁體最終電流值、填料量和留振時間等均應(yīng)符合試樁要求。

(3)沉管碎石樁施工技術(shù)要求

首先，選用能順利出料和有效擠壓樁孔內(nèi)填料的樁尖結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用活瓣樁靴時，對砂土和粉土地基宜選用尖錐型，對黏性土地基宜選用平底型。一次性樁尖可采用混凝土錐形樁尖。其次，振動沉管法制樁過程中應(yīng)嚴格控制拔管高度、拔管速度、壓管次數(shù)和時間、填砂石量、電機工作電流，保證樁體連續(xù)、均勻、密實。再次，錘擊沉管法制樁過程中應(yīng)根據(jù)沖擊錘的能量控制拔管高度、分段填砂石量、貫入度保證樁體質(zhì)量。除此以外，當(dāng)實際灌碎石量沒有達到試樁要求時，應(yīng)在原位將樁管打入，補充碎石后復(fù)打一次，或在旁邊補樁。最后，施工中樁位水平偏差不大于0.3倍套管外徑，套管垂直度偏差不大于1%，樁體有效直徑振動沉管法允許偏差20 m。

(4)樁體施工完畢后，應(yīng)將地表以下的松散土層挖除或夯壓密實，再鋪設(shè)墊層。

2.2 碎石墩施工工藝和技術(shù)要求

2.2.1碎石墩的施工工藝

碎石墩強夯單擊采用6 000 kN/m的單夯能，碎石墩完成后所需滿夯的夯擊能500 kN/m，塊石墊層厚度60 cm，局部軟弱地段適當(dāng)加厚。落距由5 m逐漸提升至 6 000 kN/m能級高度，過程中提升均勻，提升速度不超過10 min/m。當(dāng)夯坑超過2 m深或提錘困難時及時填料，采用裝載機利用夯錘掛鉤及提升至高于地面3 m時間進行填料。收樁最后兩次夯沉量不得大于5 cm，一遍和二遍夯擊間隔時間2～3 d。低能滿夯夯印彼此搭接面積不小于錘底加固面積的1/4，強夯碎石墩施工工藝流程如圖1所示。

圖1 強夯碎石墩施工工藝流程圖

具體步驟如下：

(1)清理并平整施工場地，標出夯點位置。施工前應(yīng)先做好該施工區(qū)內(nèi)的臨時截排水設(shè)施，避免雨水浸泡。

(2)施工前，應(yīng)在施工現(xiàn)場有代表性的場地上選取一個試驗區(qū)，進行工藝試驗，以確定強夯的單擊夯擊能量、夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差和漏夯應(yīng)及時糾正；按設(shè)計要求檢查每個夯點的夯擊次數(shù)和夯沉量。

(3)強夯碎石墩特指單夯工序的工程，夯點施工前，應(yīng)檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計要求；在每遍夯擊前，應(yīng)對夯點放線進行復(fù)核，夯完后檢查夯坑位置，發(fā)現(xiàn)偏差和漏夯應(yīng)及時糾正。

(4)按由內(nèi)而外，隔行跳打原則完成單夯施工。

(5)碎石墩強夯完成后，推平場地，用低能量滿夯，將場地表層松土夯實，并測量夯后場地高程。

(6)地表鋪設(shè)0.6 m厚中粗砂夾兩層土工格柵，并分層碾壓密實，完成全部填筑工作。

2.2.2碎石墩的施工技術(shù)要求

碎石墩施工技術(shù)要求如下：

(1)開夯前應(yīng)檢查夯錘重和落距，以確保單擊夯擊能量符合設(shè)計要求。

(2)夯錘底面宜采用圓形，夯錘底靜接地壓力值可取100～120 kPa。

(3)強夯碎石墩施打順序宜由內(nèi)向外，隔孔分序跳打，逐一完成全部墩位的前工。

(4)強夯碎石墩施工允許偏差控制：高程允許偏差±50 m，墩間距允許偏差±0.1D(D為夯錘直徑)，墩直徑不小于設(shè)計值。

(5)滿夯時搭接面積不小于加固面積的1/4。

(6)每個夯點的夯擊次數(shù)、每擊的夯沉量、夯擊間隔時間及施工步驟應(yīng)符合工藝試驗成果。

(7)夯擊施工中，因坑底傾斜而造成夯錘歪斜時，應(yīng)及時平整坑底。當(dāng)夯坑過深而發(fā)生起錘困難時應(yīng)停夯，向坑內(nèi)填料直至坑頂平齊。

(8)在施工過程中對各項參數(shù)和施工情況進行詳細記錄。

(9)強夯碎石墩加固地基承載力和加固有效深度及置換深度應(yīng)滿足設(shè)計要求。

2.3 差異分析

(1)從施工工藝來看，碎石樁施工方式較多，設(shè)備選擇靈活，施工效率較高，適用性較強，但從原理來看，與碎石墩基本一致，均采用沖擊的方式形成工程實體。但在成樁規(guī)格方面，兩者存在較大區(qū)別，碎石墩通常尺寸較大，直徑基本在1.0 m以上，而碎石樁直徑一般在1.0 m以內(nèi)。因規(guī)格不同，為滿足沖擊力要求，沖擊機械也相應(yīng)發(fā)生變化。強夯碎石墩與碎石樁設(shè)備對比如表1所示。

表1 強夯碎石墩與碎石樁設(shè)備對比表

(2)從適用條件來看，碎石墩主要用于處理高飽和度黏性土地基，而碎石樁可用于處理松散砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土、雜填土、松軟土等地基以及可液化地基。

(3)從技術(shù)要求來看，碎石墩較碎石樁技術(shù)要求更復(fù)雜，技術(shù)難度更大，在夯錘底靜接地壓力、允許偏差、搭接面積、夯擊工序等方面均有具體要求。這導(dǎo)致兩者的工效差異也較大，碎石墩每臺班施工約3.5根/35 m，碎石樁每臺班施工約80根/400 m，即碎石墩人工、機械消耗量均較碎石樁大。

現(xiàn)行路基定額按國家鐵路局發(fā)布的鐵建設(shè)〔2017〕33號“關(guān)于公布《鐵路工程基本定額》等十四項鐵路工程造價標準的公告”的路基定額執(zhí)行，其中“LY-358碎石樁φ80 cm”的定額基價為43.7元/m，其帶結(jié)尾的綜合單價約為97.5元/m。受軟土、淤泥厚度及飽和度的影響，碎石消耗量往往與定額考慮的樁徑的1.333系數(shù)存在一定差別，因此，本次測定不含碎石消耗的定額情況，“LY-358碎石樁φ80 cm”碎石樁不含碎石消耗的定額基價為20.4元/m，帶結(jié)尾的綜合單價約為32.6元/m。

3 定額測定數(shù)據(jù)測算與處理

3.1 定額測定方法

以現(xiàn)行路基定額為研究基礎(chǔ)，建立施工組織模型，采用寫實統(tǒng)計法和現(xiàn)場測定法，現(xiàn)場收集測定強夯碎石墩施工數(shù)據(jù)，對不同工序人工、材料、機械消耗進行寫實統(tǒng)計，并與碎石樁定額消耗進行對比，形成最終定額研究成果[2]。

3.2 工料機配置情況

(1)人員配置情況：除機上司機和其他操作人員外，還需要立尺、設(shè)備掛鉤2人，讀儀器、填寫施工記錄2人，現(xiàn)場帶班、指揮2人，共計6人。

(2)材料消耗情況：主要為一些零星材料使用，無主要材料消耗。

(3)機械使用情況：機械主要包括到強夯機≤6 000 kN/m和輪胎式裝載機≤2 m3，挖掘機和渣土車等配合作業(yè)機械可不考慮。

3.3 數(shù)據(jù)寫實測定情況

嚴格按照定額測定方法，對現(xiàn)場施工情況進行記錄，部分數(shù)據(jù)采集情況如表2所示。

表2 寫實施工記錄表

3.4 工料機消耗量確定

根據(jù)寫實施工記錄，以8 h作為一個臺班或工日，確定完成100 m碎石墩施工需設(shè)備工作時間2.625臺班，綜合考慮施工準備及后續(xù)工作時間，確定工作時間為2.8875臺班。結(jié)合人機配置情況，確定每100 m碎石墩人工消耗為17.325工日，強夯機 ≤6 000 kNm和輪胎式裝載機≤2 m3機械消耗為2.8875臺班。對零星材料使用綜合考慮后，每100 m碎石墩計列147.73元其他材料費。

4 定額測定結(jié)果與費用分析

4.1 人工和機械臺班單價確定

人工單價根據(jù)國家鐵路局TZJ 3001-2017I《鐵路基本建設(shè)工程設(shè)計概(預(yù))算費用定額》[3]類工標準確定。機械臺班根據(jù)國家鐵路局TZJ 3004-2017《鐵路工程施工機具臺班費用定額》[4]確定。由于機具臺班費用定額中僅有“9105261 強夯機械 ≤1 200 kN/m”、“9105262 強夯機械 ≤2 000 kN/m”和“9105261 強夯機械≤3 000 kN/m”的定額，而本項目采用的是“強夯機械 ≤6 000 kN/m”，缺項機械臺班單價，需進行重新分析測定，可采用內(nèi)插類比法和臺班費要素分析法綜合確定[5]。

(1)內(nèi)插類比法

中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的《電力建設(shè)工程施工機械臺班費用定額》[6]中包含“強夯機械 3 000 kN/m”和“強夯機械 6 000 kN/m”的定額，兩者比例關(guān)系為1∶40，其機械臺班費用如表3所示。

表3 電力建設(shè)工程強夯機械臺班費用表

因此，本文以TZJ 3004-2017《鐵路工程施工機具臺班費用定額》中“9105261 強夯機械 ≤3 000 kN/m”的定額為基礎(chǔ)，結(jié)合《電力建設(shè)工程施工機械臺班費用定額》的臺班費用，采用內(nèi)插類比法，確定“強夯機械 ≤6 000 kN/m”臺班費用，計算結(jié)果如表4所示。

表4 強夯機械臺班內(nèi)插類比法計算結(jié)果表

(2)臺班費要素分析法

臺班費要素包括折舊費、檢修費、維護費、人工費和柴油油耗[7-8]。根據(jù)現(xiàn)場收集的機械銷售企業(yè)報價以及最終中標的機械價格，“強夯機械 ≤6 000 kN/m”的購置費用約為160萬元，耐用總臺班 2 700，從而確定折舊費為 1 600 000×(1-3%)/2 700=574.81元，檢修費為 1 600 000×0.36/2 700=213.33元，維護費為213.33×1.56=332.80元。人工費按2017年價格水平，人工70元/工日，共計2×70=140元?！皬姾粰C ≤6 000 kN/m”功率約為 194 kw，“9105261 強夯機械 ≤3 000 kN/m”功率為135 kw，柴油按2017年價格5.23元/kg計算，結(jié)合“9105261 強夯機械 ≤3 000 kN/m”的燃油消耗，可推算“強夯機 ≤6 000 kN/m”的柴油油耗約為122.22 kg。臺班費要素分析法的計算結(jié)果如表5所示。

表5 強夯機械臺班費要素分析法計算結(jié)果表

分析內(nèi)插類比法和臺班費要素分析法的計算結(jié)果，兩種差異在6%左右，但考慮到機械購置價格存在一定的市場行為，且內(nèi)插類比法的計算結(jié)果與電力建設(shè)工程定額更為接近，故本文按內(nèi)插類比法確定臺班單價，即“強夯機械 ≤6 000 kN/m”單價為 1 778.49元/臺班。

4.2 定額綜合單價分析

根據(jù)確定的工料機單價和消耗量，測定強夯碎石墩定額(不含碎石消耗)的綜合單價如表6所示。

表6 強夯碎石墩定額表(不含碎石消耗)

該結(jié)果合理確定了強夯碎石墩的工程投資，降低了施工過程中因概算編制失真引起的糾紛幾率，減少了工程驗工計價投資變化。

5 結(jié)束語

高飽和度的軟塑、流塑黏性土軟土地基是路基工程中地基處理的難點之一，采取合理的處理手段是確保施工安全，消除次生災(zāi)害的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，強夯碎石墩是解決該類問題的有效方法之一，應(yīng)用廣泛。但現(xiàn)行鐵路工程路基定額中并沒有強夯碎石墩的相關(guān)定額，導(dǎo)致概預(yù)算人員無依據(jù)可用，費用計算不準確。為此，本文結(jié)合具體工程實例，對碎石墩和碎石樁的施工工藝、技術(shù)要求、工程消耗等進行比較，確定強夯碎石墩的施工參數(shù)和技術(shù)流程，并按照定額測定方法，測定工料機消耗，分析得出強夯碎石墩定額，可為類似工程概預(yù)算編制提供借鑒和處理思路。