重锤夯实+CFG桩在湿陷性黄土地基处理中的应用

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  摘要:兰新铁路第二双线(甘青段)部分路基位于西北湿陷性黄土地基上,通过重锤夯实+长螺旋钻管内泵压混合料CFG桩综合地基处理方式在工程中的实际应用,说明该综合地基处理方式针对湿陷性黄土地基处理的有效性和可行性。
  关键词:湿陷性黄土 ;重锤夯实;CFG桩 ;地基处理
  Abstract: the second double lanzhou-xinjiang railway (GanQing section) is located in the northwest part of the subgrade collapsible loess foundation, by a heavy hammer spiral drill pipe ramming + long pump pressure mixture CFG pile foundation treatment in engineering comprehensive way in the practical application shows that the foundation treatment for comprehensive way collapsible loess foundation treatment is effective and feasible.
  Keywords: collapsible loess; Hammer ramming; CFG pile; Foundation treatment
  
  中圖分类号:TU4文献标识码:A 文章编号:
  1概述
   新建兰新铁路第二双线(甘青段)LXS-14标段DK873+100-DK874+650段路基工程位于甘肃省玉门市境内,线路所经基本为农田地貌,地表分布主要为黏质黄土,局部分布粉质黏土,均属松软土,其中黏质黄土具I级非自重湿陷性,湿陷土层厚度2~10米,压缩模量参考值Es=3~8Kpa。
   湿陷性黄土泛指饱和的结构不稳定的黄色土,在自重压力或自重压力与附加压力作用下,受水浸湿后,土的结构迅速破坏,发生显着下沉的现象。它的这种特性,会对结构物带来不同程度的危害,使路基及结构物大幅度沉降、折裂、倾斜,严重影响其安全和使用。
   本段路基基本为路堤结构,路堤最大边坡高度为7米,因存在不良地质,地基处理质量不佳易对路基稳定造成较大影响。
  2总体施工方案
   针对原设计所采用的振动沉管挤密法CFG桩因该段地基土质干燥松散而难以成孔、成孔后塌孔严重的问题,在采用多种替代方案试验均难以达到满意效果的情况下,采用重锤夯实+长螺旋钻管内泵压混合料CFG桩的优化施工方法,利用重锤夯实消除表层黏质黄土湿陷性的同时利用CFG桩对基底深层进行加固。
  3施工过程控制及工艺流程
  3.1重锤夯实施工流程
   重锤夯实施工流程如图3.1所示。
  
  
  3.1.1施工工艺
  3.1.1.1施工准备
   地基处理施工前,清除地表0.5~1.0m深度范围内的腐殖土、杂填土,彻底清除基底范围内树根、农作物根茎等杂质,地表土清除根据设计垫层底面高程加预留重锤夯实沉降量确定清除厚度,但清除地表土后的地表不得残留腐殖物,当存在腐殖物时应加大清除厚度。
   预留夯沉量根据土壤含水率选取有代表性的地段进行重锤夯实工艺性试验确定,本段地基根据工艺性试验夯沉量大约为20~25cm。
  3.1.1.2测量放样
   定出控制轴线、重锤夯实场地边线,标出夯点位置,并在不受夯实影响地点,每工作面设置两个水准基点,用于观测夯沉量。
  3.1.1.3机具选择
   本段地基处理重锤夯实机具采用履带式重锤夯实机,锤重3.5t,夯锤底面直径1.2m左右。
  3.1.1.4夯击参数确定
   根据重锤夯实工艺性试验确定夯锤落距、夯击遍数及预留夯沉量。
   本段重锤夯实工艺性试验夯锤落距选取6.5m,每一夯点两次夯击作为一遍,根据现场实测夯沉量,同一夯点第7、第8遍夯击的夯沉量均小于1cm,初步认定该段地基经过8遍夯击达到夯实效果。
   夯击结束后,在试验段落内深度1.5m的位置取土样进行室内土工试验,测定压缩模量Es=16.4MPa,湿陷系数δs=0.009,符合设计要求;该段平均夯沉量为23cm。
   通过工艺性试验,确定本段重锤夯实落距为6.5m,夯击遍数为8遍,预留夯沉量为25cm。
  3.1.1.5夯击
   根据场地条件选择跳打法或者顺序打夯法,本段地基场地平整、规则,选择顺序打夯法施工。
   对夯击点依次夯击完成为第一遍重锤夯实施工。在第一遍夯实完成后,用推土机将场地推平,压路机碾压两遍后进行测量布置夯击点位置及水准测量。第二次按设计选用已夯点间隙中间,依次补点夯击为第二遍,以下各遍均按设计在中间补点,锤印彼此搭接,表面平整。最后以低能量满夯,满夯可采用轻锤或低落锤多次夯击,锤印搭接不小于1/4夯锤的直径。
  3.1.1.6夯击质量检测
   夯击施工结束后,针对该段湿陷性黄土的特征,在有效加固深度内取样,通过室内土工试验,检测加固范围内的压缩模量和湿陷系数,作为地基处理效果评定依据。
  3.2长螺旋钻管内泵压混合料CFG桩施工流程
   长螺旋钻管内泵压混合料CFG桩施工流程如图3.2所示。
  
  
  3.2.1施工工艺
  3.2.1.1施工准备
   重锤夯实地基处理完毕并检验合格后,清除夯击面浮土,碾压密实,由于本段地基土质较为干燥,碾压前采用洒水闷湿处理。
  3.2.1.2测量放样
   根据设计地基处理边界及桩位布置图测量放样,标记出准确桩位,为防止桩间土清除或钻机移位过程中破坏已标记的桩位,使用直径大于1cm的竹签或钢筋在桩位处打入15~20cm,之后拔出并灌入白灰。
  3.2.1.3机具选择
   根据工点施工桩长选取合适的CFG桩钻机,进场钻机应对设备状况进行检查试验后方可进行施工,包括钻机移动装置、动力装置、钢丝绳完好程度、钻杆垂直度、钻杆直径等。
   本段地基处理CFG桩桩长为4~10m,因此选择CFG20型钻机进行施工,能够满足要求。
  3.2.1.4工艺性试验
   根据进场钻机性能,选取有代表性的地段进行工艺性试桩,通过对工艺性试桩的桩身质量及复合地基承载力进行检测评定,确定能够指导施工的工艺参数。
  3.2.1.5成孔、成桩施工
   根据选定的工艺参数,进行CFG桩成孔、成桩施工,施工过程如下:钻机就位--钻机调平并使钻头对准桩位--开钻钻至设计深度--停钻泵送混合料--边提钻边泵送混合料--钻头提离地面后停止泵送混合料--钻机移至下一桩位。
   通过以上循环,完成全部CFG桩施工,施工中如实做好施工记录。
  3.2.1.6桩身完整性检测
   CFG桩施工完毕破除桩头后,按照施工总桩数10%的检测频率,采用低应变法检测桩身完整性。
  3.2.1.7复合地基承载力检测
   桩身完整性检测合格后,按照施工总桩数2‰的检测频率,采用平板静荷载法检测CFG桩复合地基承载力。
  3.2.1.8桩帽施工
   针对湿陷性黄土地段CFG桩,设计扩大桩帽用于分散应力,提高复合地基的承载能力,桩帽施工应凿除桩头的松散混合料,支立模板、绑扎钢筋进行浇筑,浇筑完成达到设计强度后对桩帽周边基坑进行回填夯实。
  4地基处理效果检测及评价
  4.1重锤夯实地基处理质量检测
  4.1.1检测方法
   针对湿陷性黄土地基,在每500~1000m2面积内的各夯点之间任选一处,在有效加固深度内,取土样进行室内试验,采用环刀法测定土的干密度、压缩模量和湿陷系数。
  4.1.2設计要求
   根据设计要求,重锤夯实加固深度范围内压缩模量不小于15MPa,湿陷性黄土地基湿陷系数小于0.015。
  4.1.3检测过程
   根据重锤夯实设计检测频率,在每100米长度范围内选取3个点,在有效加固深度范围内不同深度取样,进行室内检测试验,分析结果,判定地基加固效果。
   本段DK873+100-DK874+650范围重锤夯实共取样48处,取样深度1.5~2.5m,每处取样均测定压缩模量、湿陷系数等关键指标。
  4.1.4检测结论
   根据取样检测结果,在本段重锤夯实地基处理范围内所有检测点均满足设计要求。
   部分代表性检测结果如下:
   DK873+100~DK873+200、DK873+700~DK873+800、DK874+550~DK874+650共3段重锤夯实地基处理土工试验成果如表4.1所示,据试验成果显示,该段重锤夯实地基处理后的湿陷性黄土地基压缩系数及压缩模量均满足设计要求。
  
  
  4.2 CFG桩地基处理质量检测
  4.2.1检测方法
   对CFG桩地基处理,在采用低应变法检测桩身质量合格后,主要采用平板静载荷试验测定地基复核承载力,检测数量为施工总桩数的2‰,对比实测承载力特征值与设计承载力,判定地基处理质量。
  4.2.2检测要求
   根据设计图纸,该段CFG桩地基处理复合地基承载力特征值为:511.7KPa。
  4.2.3检测过程
   本段路基地基处理共施工CFG桩19712根,选择静载荷检测试验点45个。
   采用压重平台反力装置,用油压千斤顶分级向CFG桩施加荷载,用大量程百分表观测每级荷载下承压板的沉降随时间的变化。
  4.2.4检测结论
   该段共选择45个静载荷检测点,根据实测值绘制P-S曲线,通过分析P-S曲线,复合地基承载力均大于设计复合地基承载力特征值511.7KPa 。
   部分代表性检测点P-S曲线如图4.1、4.2所示。
   1) DK873+230~DK873+450段P-S曲线及检测结论
   本段CFG桩复合地基承载力试验共检测6处,根据P-S曲线分析,6处复合地基承载力均大于设计承载力511.7KPa,承载力满足要求。
  
  
  
  图4.1 DK873+230~DK873+450段P-S曲线
   2)DK873+795~DK873+895段P-S曲线及检测结论
   本段CFG桩复合地基承载力试验共检测4处,根据P-S曲线分析,4处复合地基承载力均大于设计承载力511.7KPa,承载力满足要求。
  
  
  图4.2 DK873+795~DK873+895段P-S曲线
  5沉降观测评定
  5.1沉降观测方案
   地基处理施工结束并检测合格后,沿线路方向每50米埋设一处基底沉降观测板,进行路基填筑,路基填筑中逐步接长沉降板套管并进行沉降观测。
   路基填筑结束后,在基床底层左右线外侧2.7m位置及线路中心埋设临时沉降板,填筑堆载预压土,预压土填筑过程中,临时沉降板与基底沉降板同步接长并观测。
   堆载预压土填筑完成后确保根据设计观测周期不间断观测6个月以上,利用观测数据绘制沉降曲线图,通过对一整段路基全部沉降曲线图进行分析,评定该段路基的沉降情况。
  5.2沉降评定分析
   该段路基共设计沉降观测断面40个,每个断面设置一个基底沉降板和三个临时沉降板,共计观测点160个,每个观测点均自2010年11月至2011年9月连续观测11个月,形成连续完整的沉降曲线图,对所有沉降曲线图分析得出如下结论:
   1)该段路基所有基底沉降板中累计最大沉降量为DK874+645里程的基底沉降板,沉降值为10.71mm(最后一期累计沉降量),其沉降曲线图如图5.1所示。
  
  图5.1 DK874+645基底沉降板沉降曲线图
  从沉降曲线图上可以看出从2011年4月14日开始该测点曲线图已趋于稳定,沉降量在9.68mm~11.03mm之间波动,沉降曲线已趋于稳定。
   2)该段路基临时沉降板中累计最大沉降值为DK873+585里程的3号临时沉降板,累计沉降量为4.49mm(最后一期累计沉降量),其沉降曲线如图5.2所示。
  
  图5.2 DK873+585临时沉降板-3沉降曲线图
   从沉降曲线图上可以看出,从2011年5月1日以后该测点曲线图已趋于稳定,沉降值在3.99mm~5.10mm之间波动,沉降曲线已趋于稳定。
   3)综合所有沉降曲线分析,从沉降观测开始后的第6至第7个月开始,沉降曲线图均趋于平缓,且在整个观测期内大部分断面沉降值均较小,在沉降观测的最近4个月沉降波动量均在1.0m~2.0mm之间,认为整个路基沉降变形均已趋于稳定。
  5.2沉降观测结论
   DK873+100~DK874+650段路基填筑及堆载预压完成后,自2010年11月至2011年9月连续观测11个月,根据对观测数据的分析,确定该段路基沉降已趋于稳定,基底处理及路基填筑质量均达到预期质量要求。
  6结论
   兰新铁路第二双线(甘青段)DK873+100~DK874+650段I级非自重湿陷性黄土地基,通过重锤夯实+长螺旋钻管内泵压混合料CFG桩综合地基处理方式,在精心组织、严格施工的情况下,湿陷性黄土处理质量、复合地基承载力、基底沉降等各方面均达到的设计预期的效果,证明该综合地基处理方式针对西北地区湿陷性黄土地基处理具有较好的加固效果。
  
  参考文献
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   [5]岳祖润.高速铁路施工技术与管理[M].北京:中国铁道出版社,2010
  作者简介:刘颂秤,生于1975年,男,中铁十二局集团建筑安装有限公司,本科学历,工程师,工程管理专业
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