| 标题 | 丹大快铁软土路基多种处理技术及方法 |
| 范文 | 田福臣 摘要： 丹大快速铁路前阳至庄河段软土路基处理采用的主要形式是水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩、水泥砂浆桩、预应力混凝土管桩等。本文结合该工程实例，详实的论述各种桩基成桩的原理、特点及主要工艺操作要点，可为类似工程的施工提供一定的参考依据。 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. 关键词： 快速铁路；软土地基；处理方法；原理及特点 Key words： rapid railway；soft soil foundation；treatment method；principle and characteristics 中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）18-0151-02 0 引言 不同的软土地基可采用不同的处理方法，可根据土质类型、地基条件、道路情况、施工作业环境和建设费用合理选择恰当方法，来获得最佳的处理效果。 丹大快速铁路前阳至庄河段，水泥搅拌桩96万延米，水泥粉煤灰碎石桩118.5万延米，水泥砂浆桩99万延米，预应力钢筋混凝土管桩135万延米，依据设计要求分别应用于路基、房建和涵洞等基础位置。 1 各种桩的成桩原理及特点 1.1 水泥搅拌桩成桩原理及特点 原理：水泥搅拌桩选用水泥作为固化剂的主剂，利用特制的深层搅拌机械，在地基深部就地强制拌合软土和固化剂，如此可将软土硬结，从而提高地基强度。该方法适用处理软土，不仅处理效果良好，且能够在处理后短时间内投入使用。特点：浆体喷射搅拌桩特点包括设备简单、固结体形状易于控制、工艺简便、适用范围广等。 1.2 水泥粉煤灰碎石桩成桩原理及特点 原理：水泥粉煤灰碎石桩使用钻孔机械在软土中成孔，之后在空心钻杆中灌入配比好的碎石、粉煤灰、水泥、石屑和水混合料，并进行机械振动密实硬化，提高其强度，使桩体的荷载增强，从而大幅度提高地基的承载能力。特点：其优势是质量易于保证；路基填筑过程易于有效控制沉降；相较其他方法，大幅度提高了单桩承载力、复合地基承载力；软基处理具有速度快，加固深度更深等。 1.3 水泥砂浆桩成桩原理及特点 原理：采用水泥砂浆作为固化剂，将地基土中的粗颗粒含量增加，地基土的塑性指数降低，将土的物理力学性质指标改良，提高桩体无侧限抗压强度，同时在淤泥质土、淤泥层中成桩强度明显提高；采用深层搅拌桩机利用压缩空气把水泥砂浆体输送到钻头，在加固地层的土层中喷入浆体，然后经过充分搅拌处理并混合后，将软土硬化成具有水稳定性、整体性和一定强度的水泥土桩体，与原地基构成复合地基。特点：根据不同的地质土质情况，做试桩，研制出相应的配合比，提高水泥砂浆桩的成桩质量；并对钻机进行改良，提高喷浆、搅拌性能，使桩体搅拌均匀，达到强度要求。运用科学检验手段，针对工程特点、施工环境、工期要求、安全保障、投资成本等因素，制定专项施工方案，以提高施工效率，保证工程质量，降低工程造价，达到效益最大化的目的。 1.4 预应力混凝土管樁成桩原理及特点 原理：预应力混凝土管桩是一种打入土中，横截面尺寸比其长度小得多的管状细长构件，其主要作用是提高地基承载力，其支撑力是由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。浇筑完桩帽混凝土后，铺设土工格栅，利用土工格栅良好的整体抗剪性和延展性，具有良好的耐腐蚀性、高抗疲劳性等特点，不仅加快了路基的填筑速度，而且提高软基的整体稳定性。特点：它是深基础中最为常见的一种形式，能够适用于各类软弱地质及荷载情况，具有沉降值小、稳定性好、承载力大等特点，且由于能够采取机械化施工，大大缩短了施工周期。 2 成桩的操作要点及方法 2.1 水泥搅拌桩软基处理方法 ①桩机就位。机具移至桩位处，并使钻头正对桩位，调平机座，然后采取有效方式使其保持垂直，从而保证其在钻进中保持垂直，桩位偏差小于5cm，垂直度不大于1.5%。 ②浆液制作。根据试验室室内试验提供浆液配合比进行现场浆液配制，配制的灰浆应流动性好，不离析，便于泵送、喷搅，灰浆应搅拌均匀，加滤网过筛，现制现用。水泥浆液的配制要严格控制水灰比，加入的水应有定量容器，制拌好的水泥浆不得停置时间过长，超过2小时不得使用。浆液在灰浆搅拌机中要不断搅拌，直到送泵前。 存浆容器应按设计投料量，按一次料打一根桩，以确保成桩质量。 ③预搅下沉、喷浆提升。启动搅拌桩机，钻头边旋转边钻进。钻至桩底设计标高时，关闭送气管路，打开送料管路和给料机开关，进行喷浆作业。先原地喷浆半分钟，之后搅拌钻头边反向旋转边提升。期间需严格控制旋转速度和提升速度，定期检查其各项参数，确保一切运行正常。 ④重复预搅下沉提升。当钻至设计深度后，再次启动水泥浆泵送机，进行喷浆搅拌提升施工，之后搅拌钻头一边反向旋转，一边提升。期间需严格控制旋转速度和提升速度，定期检查其各项参数，确保一切运行正常。然后移机开始下一根桩施工。 2.2 水泥粉煤灰碎石桩软基处理方法 ①钻机就位。水泥粉煤灰碎石桩钻机就位后，可利用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆，用来检查塔身导杆，校正位置，将钻杆垂直对准桩位中心，最大限度地降低桩的偏差。②混合料搅拌。混合料搅拌要求配料的配合比合理、计量精准、拌合时间必须超过一分钟。同时应结合所用施工方法和工艺试验，由监理工程师批准科学控制混合料加水量和坍落度参数。在泵送前，应在混凝土泵料斗必须备好熟料。③钻进成孔。开始钻孔时，将钻头阀门关闭，向下移动钻杆至钻头触及地面时，将马达钻进启动。为减少钻杆摇晃，降低钻孔误差，最好应先慢后快。在成孔期间若发现存在异常情况，应适当放慢进尺，纠正误差，否则很容易出现严重的偏移、位移，甚至出现钻具损坏等严重问题。④灌注及拔管。水泥粉煤灰碎石桩成孔到达设计标高后应及时停止钻进，开始泵送混合料，待钻杆心充满混合料后，开始拔管，禁止先提管后泵料。最好将成桩的提拔速度控制在2～3m/min，确保成桩过程连续不间断。此外，施工中必须保证每根桩的投料量不得少于设计灌注量。⑤移机。完成上一根桩施工后，移动钻机，开始后一根桩的施工。由于在施工期间受到各类客观因素的影响，原标定的桩位或多或少会发生位移，基于此，在开始下一根桩施工时应依据轴线等复核桩位，确保桩位准确。 2.3 水泥砂浆桩成桩软基处理方法 ①施工准备及测量定位。施工前，现挖除地表腐殖土，并将场地平整，地表碾压至k30≥60MPa/m。待场地平整后，进行测量放样。根据施工放样，把砂浆搅拌桩机移到指定试桩桩位对中就位、调节导向架与地面的垂直度，并使用定位卡保证桩位的准确度。 ②制浆、搅拌下沉。为便于记录本根桩的各种参数，在搅拌机开机前应将其电子仪器上的各项数值归零。后台用灰浆搅拌机拌制水泥浆液：首先通过水灰比和桩长计算出水、水泥、砂用量，将水注入搅拌机中并开启搅拌罐，将砂子装入小推车中，用磅秤称出砂子重量，倒入灰浆搅拌机，再将水泥倒入其中进行拌和，直至水泥砂浆均匀后，将水泥浆液倒入集料池中。水泥浆液倒入集料池时加筛过滤，以免浆内结块损坏泵体。 启动砂浆搅拌桩机电机，搅拌机沿导向架下沉，以1.5m/min左右的速度钻进，由电流监测表监测搅拌机的下沉。接近桩端时，电流表读数由60A突然变大时（一般变大为80～100A），证明钻机穿过软土层到达设计的持力层（混合岩层）。 ③喷浆搅拌提升。搅拌机正转下沉到位后，原位喷浆搅拌60～90s。开动钻机反转边注浆边提升，提升速度为1m/min，直至设计桩顶，完成一次循环搅拌过程。 ④重复下沉与提升。为保证桩头的强度，当搅拌机将提升至设计桩顶标高时，减缓提升速度，当喷浆口达到设计标高时，停止提升，搅拌5s左右，以保证桩头均匀密实。此时灰浆因正好用完。然后提钻，完成一根桩的施工过程。 2.4 预应力混凝土管桩软基处理法 预应力混凝土管桩是一种打入土中，横截面尺寸比其长度小得多的管状细长构件，其主要作用是提高地基承载力，其支撑力是由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。 浇筑完桩帽混凝土后，铺设土工格栅，利用土工格栅良好的整体抗剪性和延展性，具有良好的耐腐蚀性、高抗疲劳性等特点，不仅加快了路基的填筑速度，而且提高软基的整体稳定性。 ①起吊。管桩的长细比大、自重大，在起吊过程中，过大的动荷载易使管桩产生破坏。正确的起吊方法是：两支点法或两头勾吊法，吊桩送至桩机附近时，采用单点吊桩，吊点设在0.3倍桩长处，开始垂直起钩，平稳地把桩送到打桩机夹桩器中，同时使桩尖对准桩位中心，缓缓放下插入土中。在吊装过程中轻吊轻放，避免拖吊破坏。 ②稳桩。当桩尖进入土中300～500mm后，用经纬仪或用支架线坠调整桩的垂直度（测量仪器一般在距桩机15m以外处架设），观测时，上端与下端的垂直度偏差应≤1%（接桩时，第一节桩入土后垂直度偏关不超过0.5%）。 ③冲程。管桩施工时，柴油锤最大冲程不超过2m，施工时，按1.8m控制，最后1m冲程为1.2m。 ④压桩。为便于观察桩的入土深度及记录每米沉桩的锤击数，测量人员根据边桩控制桩，用J2級经纬仪定位放样后，应在桩身上划出以米为单位的长度标记；第一节管桩起吊就位插入地面时的垂直度偏差必须小于0.5%，在两个成90度的方向上同时观测、校正；为保证管桩受到偏心锤打不发生受弯而折断，应确保桩锤、桩帽和桩身的中心线重合。焊接接桩时桩头应高于地面0.5～1.0m，上下节桩段保持顺直，错位偏差不宜大于2mm。焊好的桩头应自然冷却后方可继续锤击，时间不少于8min，严禁用水冷却或焊好即打；管桩的总锤击数不宜大于2000，最后1m锤击数不宜超过250；打桩时锤垫选用15cm厚直纹木垫，桩垫用麻袋、木夹板，压缩后厚度12cm左右，锤击过程中注意经常检查及时更换；送桩前应检查桩的垂直度。 ⑤收锤。收锤标准对打桩工程质量起着至关重要的作用，控制收锤能减少打桩破损率，保证桩身质量，确保送桩桩深达到设计值。 根据试桩所采集的施工数据，管桩采用最后1m的最后10cm每分钟平均值作为停打贯入度，以最后1m的锤击数量、平均贯入度及停打贯入度作为收锤标准。 在实测数值与上述数值偏差不大时，即在1m范围内贯入度没有发生急剧变化，可以认定管桩达到设计地质深度并满足设计承载力要求。 3 结束语 丹大快速铁路施工中，采用不同的软基处理技术应用于站场、房建、涵洞及区间路基地段，积累了较为丰富的实践经验，为以后类似工程的施工打下了坚实的基础。 参考文献： [1]周洺汉，许燕群，徐林荣，商拥辉，李义杰.高铁不同刚度桩-网复合地基工作性状差异[J].土木建筑与环境工程，2017（05）. [2]朱德兵，赵亚杰，王宁，刘成君，周光建.在营铁路路基结构拟模态分析及状态评估[J].铁道科学与工程学报，2018（02）. [3]王炳龙，周顺华，杨龙才.高速铁路软土路基工后沉降试验研究[J].同济大学学报（自然科学版），2003（10）. |
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