郭岳
(遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧 錦州 121000)
濕陷性黃土是指在上覆土層自重應(yīng)力作用下,或者在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力共同作用下,因浸水后土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生顯著附加變形的土。其土質(zhì)較均勻、結(jié)構(gòu)疏松、孔隙發(fā)育。在未受水浸濕時(shí),一般強(qiáng)度較高,壓縮性較小。當(dāng)在一定壓力下受水浸濕,土結(jié)構(gòu)會(huì)迅速破壞,產(chǎn)生較大附加下沉,強(qiáng)度迅速降低。故在濕陷性黃土場(chǎng)地上進(jìn)行鐵路路基填筑,應(yīng)根據(jù)鐵路的等級(jí)、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對(duì)不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度,采取以地基處理為主的綜合措施,防止地基濕陷對(duì)路基產(chǎn)生不均勻沉降從而影響鐵路的正常運(yùn)營。
本鐵路路基工程范圍地表不連續(xù)分部第四系上更新統(tǒng)洪積砂質(zhì)黃土,黃褐色。土質(zhì)不均一,具有針狀孔隙發(fā)育,可見植物根系,砂感顯著,粘性差,巖芯呈散塊狀,硬塑,稍密為主,具I 級(jí)非自重濕陷性,濕陷厚度0.5~9m,采用不同地基處理方法消除濕陷性。
挖除換填是指挖去地表淺層軟弱土層或不均勻土層,回填堅(jiān)硬、較粗粒徑的材料,并夯壓密實(shí),形成墊層的地基處理方法。該法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理,處理深度約為0~3m,常用的換填材料為粗砂、碎石、素土、灰土、礦渣及其他性能穩(wěn)定材料。
1.換填材料
本工程濕陷性黃土地段中,采用4%水泥改良土進(jìn)行換填。改良土混合料采用穩(wěn)定土拌和設(shè)備在拌和場(chǎng)集中進(jìn)行拌和。
原土料的有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)大于2%,硫酸鹽含量不應(yīng)大于0.25%,粒徑應(yīng)小于15mm。改良土外摻水泥采用普通硅酸鹽水泥。改良土填筑前按設(shè)計(jì)提供的配比進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),確定施工配合比。對(duì)初步確定使用的混合料,進(jìn)行重型擊實(shí)試驗(yàn),計(jì)算最佳含水率和最大干密度,并進(jìn)行7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn),保證無側(cè)限抗壓強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求。
2.施工工藝控制
正式施工前應(yīng)進(jìn)行改良土填筑的工藝性試驗(yàn),通過試驗(yàn)確定機(jī)械設(shè)備組合、最佳虛鋪厚度、虛鋪系數(shù)、改良土施工含水率控制范圍、壓路機(jī)碾壓方式及壓實(shí)遍數(shù)等施工工藝參數(shù),保證大范圍路基施工時(shí)的施工質(zhì)量。
挖除施工中應(yīng)將換填深度范圍內(nèi)具有濕陷性的砂質(zhì)黃土層挖除干凈,露出下層基巖按設(shè)計(jì)要求整平后方可進(jìn)行改良土填筑施工。填筑施工中嚴(yán)格控制含水率以及改良土中水泥的延遲時(shí)間是換填水泥改良土的重點(diǎn),在水泥初凝后進(jìn)行施工,將無法達(dá)到規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn),因此應(yīng)在水泥初凝前完成水泥改良土的攤鋪、整平、碾壓等一系列施工工序,并且完成壓實(shí)系數(shù)的檢驗(yàn)。
強(qiáng)夯法是采用大噸位夯錘,反復(fù)起吊至高處使其自由下落,給地基以沖擊和振動(dòng)能量,將地基土夯實(shí)的地基處理方法。該法適用于碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、素填土和雜填土等地基,處理地基的深度約為3~8m。尤其在濕陷性黃土地段,消除濕陷性效果良好。同時(shí),強(qiáng)夯法以其處理地基施工簡便、速度快、效果好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),在全國濕陷性黃土地區(qū)得到廣泛應(yīng)用和推廣。
1.強(qiáng)夯施工方案設(shè)計(jì)
本工程夯擊遍數(shù)采用3 遍點(diǎn)夯、1 遍滿夯的夯擊方式。點(diǎn)夯夯擊能量為2000KN·m,夯點(diǎn)中心距為4m,正方形布置。滿夯夯擊能量采用點(diǎn)夯夯擊能的1/2,并保證1/4 夯錘直徑的搭接長度。夯擊次數(shù)按照現(xiàn)場(chǎng)試夯得到的夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定。強(qiáng)夯地基處理后,于夯實(shí)面上鋪設(shè)0.3m 厚6%水泥改良土墊層,墊層內(nèi)部鋪設(shè)一層雙向聚乙烯塑料土工格柵。
2.施工工藝控制
根據(jù)設(shè)計(jì)夯擊能,本工程選用鋼制圓形夯錘,重15 噸,直徑2.5m,點(diǎn)夯夯錘提升高度為13.5m,滿夯夯錘提升高度為6.8m。夯錘下落的水平平穩(wěn)是施工質(zhì)量的保證。夯實(shí)前應(yīng)檢驗(yàn)夯錘平衡狀態(tài),不能滿足要求時(shí),須采取錘邊焊鋼板或增減混凝土等辦法使其平衡,避免夯坑傾斜。夯擊時(shí),落錘應(yīng)保持平穩(wěn),夯位正確。如錯(cuò)位或坑底傾斜度過大,應(yīng)及時(shí)用砂土將坑整平,予以補(bǔ)夯后方可進(jìn)行下一道工序。夯擊深度(零高度和累計(jì)差位)應(yīng)用水準(zhǔn)儀測(cè)量記錄。施工中應(yīng)精確測(cè)量沉降量,每夯擊一遍后,應(yīng)測(cè)量場(chǎng)地平均下沉量,然后用土將夯坑填平,方可進(jìn)行下一遍夯實(shí),施工平均下沉量必須符合設(shè)計(jì)要求。
3.質(zhì)量檢驗(yàn)
施工結(jié)束后應(yīng)間隔一定時(shí)間后方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),砂土地基要求在施工結(jié)束7~14 天后。其檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有:
(1)有效加固深度檢驗(yàn)
有效加固深度應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)檢驗(yàn),檢驗(yàn)數(shù)量為每3000m 抽樣檢查9 點(diǎn),其中標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)6 點(diǎn),靜力觸探3 點(diǎn)。
(2)地基的承載力檢驗(yàn)
采用平板荷載試驗(yàn),檢驗(yàn)數(shù)量為每3000 m2抽樣檢驗(yàn)3 處。
(3)濕陷性檢驗(yàn)
對(duì)濕陷性黃土還應(yīng)進(jìn)行濕陷性試驗(yàn),滿足濕陷系數(shù)δs 小于0.015。
水泥土擠密樁是用水泥和土按一定比例拌合,并在孔內(nèi)夯實(shí)加密后形成的樁。在地基中用水泥土做成柱體,通過水泥的吸水繼而生成水化物和毛細(xì)管的吸水作用,降低黏性土中的含水量,從而提高地基強(qiáng)度,減小沉降量。適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,處理地基的深度為5~15m。
1.材料要求
本工程采用摻量為8%的水泥改良土。土料采用就地挖出的粘性土及塑性指數(shù)大于4 的粉土,且有機(jī)質(zhì)含量應(yīng)嚴(yán)格控制不大于5%,其顆粒不應(yīng)大于15mm,不得含有雜土、凍土、膨脹土及磚、瓦、石塊。水泥采用P·O42.5 普通硅酸鹽水泥。
2.水泥土擠密樁施工方案設(shè)計(jì)
本工程水泥土擠密樁采用正三角形布置。樁徑0.4m,樁長3~9m,樁間距0.9m。水泥土擠密樁施工后,于樁頂設(shè)0.8m 厚6%水泥改良土墊層,壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.95,墊層內(nèi)鋪設(shè)兩層雙向土工格柵。
3.施工工藝控制
施工前應(yīng)在工程施工現(xiàn)場(chǎng)選取有代表性的場(chǎng)地進(jìn)行成樁試驗(yàn),驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)和施工效果,確定落錘速度、落距等施工參數(shù),試樁數(shù)量不得少于2 個(gè)施工單元。成孔可采用沉管(振動(dòng)、錘擊)、沖擊等方法。
采用錘擊沉管樁尖開始入土?xí)r應(yīng)先低錘輕擊,待沉入土中1~2 米各方面正常后,再用預(yù)定的速度、落距、錘擊沉管至設(shè)計(jì)深度。當(dāng)樁的傾斜度超過1.5%,應(yīng)拔管填孔重打,若出現(xiàn)樁孔斜移,樁靴損壞等情況,應(yīng)及時(shí)回填擠密重打,每次成孔拔管后應(yīng)及時(shí)檢查樁尖。
4.質(zhì)量檢驗(yàn)
水泥土擠密樁施工結(jié)束7~14 天后,方可進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)。
(1)樁身質(zhì)量檢驗(yàn)
采用重型動(dòng)力觸探、鉆機(jī)取樣對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)數(shù)量不小于總樁數(shù)的2%,且不少于3 根,在全樁長范圍內(nèi)樁心附近采用鉆機(jī)取樣,每2m采用試樣測(cè)定干密度。
(2)樁間土側(cè)處理效果檢驗(yàn)
在樁間中心點(diǎn)、成孔擠密深度范圍內(nèi)采用鉆機(jī)取樣對(duì)樁間土側(cè)處理效果進(jìn)行檢驗(yàn),沿線路縱向連續(xù)每5m 抽樣檢驗(yàn)不小于3 處,每2m 取樣測(cè)定干密度并進(jìn)行壓縮試驗(yàn),滿足擠密系數(shù)不小于0.9。
(3)承載力檢驗(yàn)
水泥土擠密樁承載力檢驗(yàn)宜在成樁28 天后進(jìn)行。應(yīng)采用單樁或復(fù)合地基載荷試驗(yàn),檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的2‰,且不小于3 根。、(4)濕陷性檢驗(yàn)對(duì)濕陷性黃土還應(yīng)進(jìn)行濕陷性試驗(yàn),滿足濕陷系數(shù)δs 小于0.015。
CFG 樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和,采用各種成樁機(jī)械形成的高黏結(jié)強(qiáng)度樁體,并和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。其加固軟弱地基主要有三種作用:即樁體作用、擠密作用、褥墊層作用。就土性而言,CFG 樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基,處理地基的深度約為5~15m。
1.CFG 樁材料
(1)碎石:系粗骨料,碎石材料多為20~50mm,為使級(jí)配良好,摻入石屑填入碎石的空隙。
(2)粉煤灰:系細(xì)骨料,采用袋裝的Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)粉煤灰。
(3)水泥:一般用42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。
(4)褥墊層材料:選用8%水泥改良土。
2.施工工藝控制
CFG 樁施工中,樁身的垂直度是施工控制的重點(diǎn),因此鉆機(jī)就位時(shí),用塔機(jī)塔身前后左右的垂直標(biāo)桿檢查塔身導(dǎo)桿,校正位置,使鉆桿垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心,確保垂直度偏差不大于1%。為避免鉆孔過程中產(chǎn)生的擠土效應(yīng)引起對(duì)周圍樁造成破壞,鉆孔時(shí)采取隔樁跳打措施,一般跳樁1~3 根。鉆孔至基巖頂面后,記錄鉆進(jìn)深度,判定是否滿足設(shè)計(jì)要求,滿足要求后停鉆,可通過兩種方式來確定CFG 樁的加固深度:一是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)樁長施工;二是通過鉆機(jī)上的電流表擺動(dòng)情況和鉆桿抖動(dòng)情況來判定CFG 樁鉆孔深度是否已到達(dá)設(shè)計(jì)基巖層頂面,施工中應(yīng)結(jié)合兩個(gè)指標(biāo)來判斷樁長是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
3.質(zhì)量檢驗(yàn)
(1)樁完整性檢驗(yàn)
成樁7 天內(nèi),采用低應(yīng)變檢查樁身完整性。檢查數(shù)量為施工總樁數(shù)的10%且不少于3 根。成樁28 天后,在樁體中心處、樁長范圍內(nèi)垂直鉆孔取芯,在樁身上、中、下不同深度的不少于3 個(gè)試件做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),檢驗(yàn)數(shù)量為施工總根數(shù)的2‰且不少于3 根。
(2)承載力檢驗(yàn)
在成樁28 天后進(jìn)行。應(yīng)采用單樁或復(fù)合地基載荷試驗(yàn),檢驗(yàn)數(shù)量為總樁數(shù)的2‰,且不小于3 根。
沖擊碾壓采用機(jī)械為沖擊碾壓路機(jī),也叫梅花碾,是一種非圓形特種壓路機(jī)壓實(shí)設(shè)備,利用沖擊碾壓技術(shù)來實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)原地面淺層加固的目的。沖擊碾壓路機(jī)非圓形沖擊碾壓輪在牽引機(jī)械的帶動(dòng)下,將行進(jìn)動(dòng)能及高位勢(shì)能轉(zhuǎn)化為沖擊能,對(duì)路基基底進(jìn)行沖擊從而對(duì)土體的深層產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊能量,土體深層隨著沖擊波的傳播獲取壓實(shí)效果,同時(shí)輔以沖擊滾壓、揉搓碾壓及靜碾壓實(shí)等綜合作用,使土石顆粒之間獲得位移、變形和剪切等綜合作用,提高土石基礎(chǔ)的深層壓實(shí)密度,提高施工效率及效果,進(jìn)而保障地基整體壓實(shí)效果。適用于粉土、黏土、粉黏、砂土等地基,處理地基的深度約為3~5m。
1.沖擊碾壓施工方案設(shè)計(jì)
本工程沖擊碾壓遍數(shù)不少于20 遍,沖擊勢(shì)能宜采用25~32KJ,實(shí)際碾壓遍數(shù)以工藝性試驗(yàn)檢測(cè)確定的碾壓遍數(shù)為準(zhǔn)。碾壓面上鋪設(shè)0.3m 厚6%水泥改良土墊層,墊層內(nèi)鋪設(shè)一層單向土工格柵。
2.沖擊碾壓施工工藝控制
沖擊碾壓施工應(yīng)自邊坡坡腳線一側(cè)外3m 開始,順時(shí)針行駛,以沖壓面中心線為軸轉(zhuǎn)圈,而后按縱向錯(cuò)輪沖壓,全路幅排壓后,再自行向內(nèi)沖壓,壓實(shí)機(jī)械走行速度宜控制在10km/h~12km/h,牽引功率不小于240 千瓦,振動(dòng)碾壓按靜壓、弱振、強(qiáng)振、弱振、靜壓順序進(jìn)行,碾壓10 遍左右后,平地機(jī)大致整平,在沖擊碾壓至設(shè)計(jì)碾壓遍數(shù)后,進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定是否繼續(xù)進(jìn)行碾壓。
3.質(zhì)量檢驗(yàn)
(1)壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)
壓實(shí)系數(shù)不低于0.92,檢驗(yàn)數(shù)量為每2000 m2不少于4 處且至少有一處在邊坡線上。
(2)地基承載力檢驗(yàn)
地基承載力不小于180kpa,承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用平板載荷試驗(yàn),檢驗(yàn)數(shù)量為每3000 m2抽樣檢驗(yàn)4 處。
綜上所述,在高速鐵路路基工程施工中,地基處理是施工質(zhì)量的重中之重。由于濕陷性黃土的廣泛分布性,在地基處理設(shè)計(jì)與施工中,著重研究如何消除濕陷性是重要命題。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件和工程施工需要,有針對(duì)性的采取不同的地基處理方法,嚴(yán)格進(jìn)行施工工藝的過程控制,既是確保高速鐵路路基工程良好運(yùn)營的必要條件,也是路基工程施工技術(shù)不斷發(fā)展的客觀需要。