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渣土樁在高鐵路基雜填土地基處理中的運(yùn)用

2020-02-25 02:19王強(qiáng)
鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2020年6期
關(guān)鍵詞:重錘渣土成孔

王強(qiáng)

(中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 地下直徑線工程項(xiàng)目管理部,北京 100045)

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整,基礎(chǔ)設(shè)施投資加速在即,基建行業(yè)將獲得空前發(fā)展良機(jī)[1-3]。在快速發(fā)展的同時(shí),也會(huì)有不少舊建筑物被拆除,由此帶來(lái)大量建筑垃圾,絕大部分未經(jīng)任何處理直接運(yùn)往郊外或簡(jiǎn)易填埋,侵占大量土地,同時(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定污染。渣土樁作為一種地基處理方式,可以消納大量建筑垃圾,在房建或市政行業(yè)已有不少成功案例,但在鐵路行業(yè)只有較少運(yùn)用[4-6]。北京朝陽(yáng)動(dòng)車(chē)運(yùn)用所項(xiàng)目借鑒以往類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn),探索鐵路路基雜填土區(qū)域采用渣土樁加固的工作機(jī)理、參數(shù)選定和施工工藝,可為后續(xù)類(lèi)似工程提供參考。

1 渣土樁概述

渣土樁是一種基于擠密和強(qiáng)夯加固理論的地基加固技術(shù),先在地面采用重錘沖擊成孔,達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,向孔內(nèi)定量填料、分層夯實(shí),使填料再次向孔周及孔底側(cè)向擠壓,達(dá)到對(duì)樁周土和樁體的擠密壓實(shí)效果??變?nèi)填料可選用碎磚、建筑垃圾、碎混凝土、碎石、山皮石及干硬性混凝土等多種無(wú)機(jī)材料。夯擊過(guò)程中重錘動(dòng)能轉(zhuǎn)化為沖擊能,產(chǎn)生很大的沖擊波和動(dòng)應(yīng)力,壓縮了地基土中的孔隙,同時(shí)造成夯擊點(diǎn)周?chē)欢ㄉ疃确秶?~10 m)產(chǎn)生裂隙,形成良好的排氣通道,土中孔隙內(nèi)的氣體得以順利排出,土體隨之固結(jié),使有效影響深度內(nèi)的土體密實(shí),從而提高了地基土承載力,降低了地基土的壓縮性。

渣土樁地基加固技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)渣土樁地基加固技術(shù)可選用碎磚、建筑垃圾、碎混凝土、碎石、山皮石及干硬性混凝土等多種無(wú)機(jī)材料作為施工原材料,適用范圍廣,可大范圍推廣使用。

(2)施工控制采用單擊貫入度控制,當(dāng)?shù)鼗淋洉r(shí)填料多,地基土硬時(shí)填料少,可通過(guò)填料和單擊貫入度控制,調(diào)整復(fù)合地基均勻性,減少地基不均勻沉降。

(3)渣土樁地基加固技術(shù)比常規(guī)散體樁身的復(fù)合地基或柔性樁復(fù)合地基節(jié)約10%~30%的造價(jià)。

(4)由于渣土樁地基加固技術(shù)施工中夯擊能量大,可有效擠密樁間土,改變土顆粒原來(lái)骨架結(jié)構(gòu)并使其重新密實(shí)排列。因此當(dāng)原來(lái)地基土存在液化、濕陷和欠固結(jié)等特性時(shí),采用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)一種工藝多種功效,既可提高地基承載力,又可消除地基土濕陷性、欠固結(jié)和液化等。

2 應(yīng)用項(xiàng)目概況

北京朝陽(yáng)動(dòng)車(chē)運(yùn)用所及相關(guān)站前工程包括:(1)動(dòng)車(chē)走行線(含動(dòng)車(chē)運(yùn)用所) DCK5+100—DCK9+994.299,長(zhǎng)4.894 km。(2)試車(chē)線工程:試車(chē)Ⅰ線(含試車(chē)線標(biāo)定庫(kù))SIDK1+920.000—SIDK6+161.170,長(zhǎng)4.150 km; 試 車(chē)Ⅱ線SIIDK1+140.000—SIIDK3+777.286,長(zhǎng)2.637 km;試車(chē)聯(lián)絡(luò)線LDK6+835.131—LDK6+055.408,長(zhǎng)0.555 km。

北京朝陽(yáng)動(dòng)車(chē)運(yùn)用所標(biāo)段部分路基采用渣土樁加固雜填土地基,渣土樁樁徑為0.6 m,樁間距1.4~2.0 m,正三角形布置,加固深度4.5~9.5 m,樁頂面設(shè)置0.5 m 厚碎石墊層。渣土樁采用重錘沖擊工藝施工,樁身材料為建筑渣土。渣土樁總量為307 929 m3。渣土樁標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖1。

圖1 渣土樁標(biāo)準(zhǔn)斷面

3 渣土樁施工

渣土樁施工所需材料及設(shè)備配備見(jiàn)表1。對(duì)每根樁的施工過(guò)程需進(jìn)行詳細(xì)記錄,包括時(shí)間、樁編號(hào)、是否設(shè)置護(hù)筒、樁頂高程及樁長(zhǎng)、填料次數(shù)及放量、錘擊次數(shù)、最后一擊貫入度等內(nèi)容。

3.1 試樁

渣土樁施工前應(yīng)在各區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)性施工,經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)合格后,選定適合技術(shù)參數(shù)再展開(kāi)大范圍施工。每個(gè)區(qū)域試樁數(shù)不宜少于3根,施工前應(yīng)平整場(chǎng)地,開(kāi)挖至樁頂設(shè)計(jì)高程,采用重錘沖擊成孔,達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度后,在孔內(nèi)加入一定量的填料,然后進(jìn)行夯擊擠密,在滿足設(shè)計(jì)要求的單擊貫入度后,重復(fù)填料夯擊,直至樁頂。渣土樁施工工藝流程見(jiàn)圖2。

表1 渣土樁施工所需材料及設(shè)備配備

3.2 樁位布設(shè)

按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁位布設(shè),樁位測(cè)量誤差≤20 mm。樁位應(yīng)設(shè)置不易破壞的標(biāo)志,先用鋼釬在樁位點(diǎn)錘擊至20 cm 深度,然后拔出鋼釬,形成1 個(gè)小孔,在孔內(nèi)灌入白灰,插入1根刷紅漆的竹簽,錘擊幾下使竹簽不易拔出。樁位布設(shè)完成后,統(tǒng)一對(duì)樁孔進(jìn)行編號(hào)。

3.3 樁機(jī)對(duì)位

成孔設(shè)備對(duì)位時(shí),調(diào)整設(shè)備水平支穩(wěn)后,將細(xì)長(zhǎng)錘緩慢放至離地面5 cm 處,使重錘中心與放好的樁位處竹簽對(duì)齊,對(duì)位誤差不超過(guò)20 mm。

3.4 沖擊成孔

錘的質(zhì)量為3.5~4.0 t、長(zhǎng)5 m、直徑不小于355 mm,成孔不采用護(hù)筒施工時(shí),應(yīng)采用質(zhì)量4.0 t、直徑377 mm的錘。

成孔深度不小于設(shè)計(jì)深度。成孔采用自一側(cè)向單一方向采用隔樁或隔排跳打的方法進(jìn)行施工,或采用橫移退打方式自中間向兩端對(duì)稱(chēng)施工。

成孔施工中如坍塌或嚴(yán)重縮頸而無(wú)法成孔時(shí),可采用護(hù)筒施工。護(hù)筒壁應(yīng)設(shè)置觀察口(間距2.0 m),頂部設(shè)進(jìn)料口。成孔在遇到地下大塊障礙物無(wú)法穿越時(shí),應(yīng)先用渣土將原樁孔夯實(shí)擠密至地表,然后在其周?chē)怀^(guò)1倍樁間距范圍內(nèi)補(bǔ)樁,重新成孔填土夯擊。當(dāng)成孔接近孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高、單擊貫入度大于1.0 m 時(shí),可對(duì)孔底回填磚瓦或碎石塊,并進(jìn)行反復(fù)夯擊,再填土夯實(shí)。

3.5 填料夯實(shí)

填料采用不含有機(jī)質(zhì)的建筑垃圾、碎石和砂等(以現(xiàn)場(chǎng)挖出的建筑垃圾為主,摻15%粗骨料),填料最大直徑小于15 cm,填料量每延米一般不小于0.37 m3。填料分層填入夯實(shí),樁長(zhǎng)0~4.0 m 時(shí)每次填料不超過(guò)0.15 m3,樁長(zhǎng)4.0 m 以上時(shí)每次填料不超過(guò)0.30 m3。樁上部0~4.0 m 填充料應(yīng)盡可能使用相對(duì)較粗的填料。

單次填料錘擊數(shù)應(yīng)不少于3擊。前2擊或2擊以上落距(錘底至填土面距離):樁身4.0 m以下不小于12 m,樁身4.0 m以上錘底距孔口不小于6 m。最后1擊(提錘高度6 m)貫入度應(yīng)小于15 cm,否則繼續(xù)夯擊直到滿足要求。成樁至地面時(shí)采用低落距錘夯擊,以地面隆起高度不大于15 cm為宜。渣土樁施工完成后,及時(shí)對(duì)樁位進(jìn)行標(biāo)識(shí),為下一步質(zhì)量檢驗(yàn)創(chuàng)造便利條件。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

4.1 重型動(dòng)力觸探檢測(cè)

根據(jù)地層條件,渣土樁施工結(jié)束7~14 d 后,對(duì)樁身及樁間土進(jìn)行重型動(dòng)力觸探抽樣檢測(cè),檢驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的3‰,且不少于3 處,樁身合格標(biāo)準(zhǔn)為:樁頂以下0~2 m 重型動(dòng)力觸探(N63.5)擊數(shù)不小于7 擊/10 cm;2~4 m 不小于9 擊/10 cm;4 m 以上不小于12擊/10 cm。樁間土一般高于加工前原土標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)局部樁身動(dòng)探擊數(shù)不滿足以上標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí),應(yīng)結(jié)合載荷試驗(yàn)進(jìn)行分析研究,并應(yīng)在附近成倍增加檢測(cè)樁數(shù),或進(jìn)行載荷試驗(yàn)檢測(cè)判定,必要時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)措施。對(duì)樁身動(dòng)探未達(dá)到樁底的樁,不能作為評(píng)定樁身合格的依據(jù),應(yīng)結(jié)合成孔記錄、成樁填料情況等查明原因,并另行在附近樁補(bǔ)打觸探檢測(cè),必要時(shí)采用取鉆探查等措施。

4.2 復(fù)合地基承載力檢測(cè)

渣土樁施工結(jié)束28 d 后,采用載荷試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測(cè),檢測(cè)數(shù)量不得少于總樁數(shù)的2.0‰,且每項(xiàng)單體工程或每區(qū)域不得少于3處,復(fù)合地基承載力達(dá)到120 kPa以上。

5 效益分析

渣土樁具有施工效率高、環(huán)保效益佳、工程造價(jià)低等特點(diǎn),采用重錘沖擊成孔,速度高、成孔快、夯擊能大、擠密范圍大、成樁直徑大,處理后的地基均勻性好,離散性小,承載力高。無(wú)泥漿排放,較好解決了建筑垃圾的運(yùn)輸、堆放、處理及環(huán)境污染問(wèn)題。由于渣土樁采用磚渣、混凝土塊等作為填料,在城市地區(qū)取材較為方便,且造價(jià)低,有效節(jié)約了施工成本,與采用CFG 樁(見(jiàn)表2)、管樁相比價(jià)格更為低廉。渣土樁在北京朝陽(yáng)動(dòng)車(chē)運(yùn)用所工程的應(yīng)用,既確保了施工質(zhì)量和進(jìn)度,又節(jié)省了工程投資,具有在同類(lèi)工程中推廣應(yīng)用的價(jià)值。

表2 渣土樁與CFG樁施工效益分析比較(以單根9 m、100根樁計(jì))

6 結(jié)束語(yǔ)

渣土樁在軌道交通基礎(chǔ)建設(shè)中應(yīng)用較少,通過(guò)渣土樁在北京朝陽(yáng)動(dòng)車(chē)運(yùn)用所的應(yīng)用,從渣土樁施工、質(zhì)量檢驗(yàn)及綜合效益等方面進(jìn)行分析,提出渣土樁施工的工藝流程及相關(guān)參數(shù),以及質(zhì)量檢驗(yàn)的檢驗(yàn)方法。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證,經(jīng)渣土樁加固處理后,地基承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。渣土樁的施工不僅節(jié)省投資、確保施工進(jìn)度,而且綠色環(huán)保,可為后續(xù)軌道交通基礎(chǔ)建設(shè)提供參考和借鑒。

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