摘要 太原鐵路樞紐新建太原南站為高鐵車(chē)站，本文結(jié)合新建太原南站站場(chǎng)路基地基處理工程，介紹了灰土擠密樁加固鐵路路基地基的施工方法、施工工藝、質(zhì)量檢測(cè)等，達(dá)到了提高路基地基承載力和消除黃土濕陷性的目的。

關(guān)鍵詞 灰土擠密樁濕陷性黃土 地基處理 施工技術(shù)

1工程概況

太原鐵路樞紐新建太原南站工程，位于太原晉中盆地，屬于洪積平原，地質(zhì)條件較差，地基承載力為100kpa，一般地段為I-II級(jí)非自重濕陷性黃土，個(gè)別地段為II-III級(jí)自重濕陷黃土。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，太原南站路基、站臺(tái)、框架橋等工程地基需要加固處理，當(dāng)濕陷層小于3m時(shí)全部挖除濕陷層并換填灰土，當(dāng)濕陷層大于3m時(shí)采用灰土擠密樁處理，樁長(zhǎng)穿透濕陷層以下不小于1m。樁徑400mm，樁距1m，正三角形布置，樁長(zhǎng)5m-15m，總樁數(shù)65000根，共計(jì)80萬(wàn)延米�；彝翑D密樁身三七灰土壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，樁間土的最小擠密系數(shù)不小于0.88，平均擠密系數(shù)不小于0.93，加固處理后的地基要求濕陷性系數(shù)<0.015，地基承載力≥180kpa。

2灰土擠密樁的工程特性

灰土擠密樁是由樁間擠密土和填夯的樁體組成的人工“復(fù)合地基”，可消除黃土的濕陷性，降低可壓縮性，提高地基承載力。

2.1灰土擠密樁的作用

灰土樁是采用機(jī)械擠密成孔，采用3：7灰土填充夯實(shí)，石灰產(chǎn)生吸水、膨脹、發(fā)熱以及離子交換和凝硬等反應(yīng)，使樁柱硬化，并改善原地基土的性質(zhì)，使土的強(qiáng)度顯著提高，并具有一定的水穩(wěn)性。

2.2灰土擠密樁的有效性

首先，灰土擠密樁具有降低基底下一定深度內(nèi)樁間土中應(yīng)力的作用，在樁間土擠密后其濕陷性沒(méi)有完全消除的情況下，如果土中應(yīng)力不超過(guò)其濕陷起始?jí)毫�，則地基浸水后仍可能不產(chǎn)生濕陷或僅產(chǎn)生小量濕陷。其次，灰土擠密樁對(duì)樁間土起著側(cè)向的約束作用，約束樁間土局部受壓時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向擠出變形，使壓力與沉降始終呈線性關(guān)系。

2.3灰土擠密樁的簡(jiǎn)便性

2.3.1適用于建筑物密集、施工場(chǎng)地狹窄土方大量開(kāi)挖困難場(chǎng)地，對(duì)于鄰近建筑物及地基無(wú)安全使用方面的影響。

2.3.2以土治土，就地取材，材料來(lái)源廣泛。

2.3.3施工機(jī)具簡(jiǎn)單。所用施工機(jī)具比較簡(jiǎn)單，制作費(fèi)用低，便于推廣應(yīng)用。

3材料的選擇

土料：盡量就地挖取純凈的黃土或一般粘性土，嚴(yán)禁使用有機(jī)質(zhì)含量大于8%的表層耕土、淤泥質(zhì)土、鹽漬土、膨脹土或夾有磚塊瓦礫的雜填土。土料使用前過(guò)篩，粒徑不大于15mm，含水量接近最優(yōu)含水量±3%之間，不能含有凍土塊。

石灰：使用生石灰消解符合國(guó)家III級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)，活性Cao+Mgo含量不低于70%。石灰貯存時(shí)間不超過(guò)3個(gè)月，使用前24小時(shí)澆水粉化，其粒徑應(yīng)小于5mm。

灰土：將滿足質(zhì)量要求的消石灰和純凈黃土，按灰土3：7的體積比，在接近最優(yōu)含水量的情況下采用集中拌和法拌合而成。

4灰土擠密樁施工方法及工藝

4.1施工準(zhǔn)備

4.1.1調(diào)查地質(zhì)和環(huán)境條件。

詳細(xì)調(diào)查分析工程地質(zhì)報(bào)告、鉆探資料、地基土和樁孔填料的擊實(shí)試驗(yàn)資料、土質(zhì)均勻性和含水量變化情況;詳細(xì)研究平面定位圖，基礎(chǔ)和樁孔布置施工圖;調(diào)查鄰近區(qū)域的凈空、地下管線、地下構(gòu)筑物、相鄰建筑物的資料。

復(fù)核地基土的含水率、飽和度，當(dāng)?shù)鼗�土的含水率小�?2%或大于24%、飽和度大于65%時(shí)，及時(shí)通知設(shè)計(jì)單位予以確認(rèn)，由設(shè)計(jì)單位確定是否變更設(shè)計(jì)。

4.1.2擬定施工技術(shù)措施

根據(jù)施工平面圖標(biāo)明樁孔位置和編號(hào)、施工順序、機(jī)械運(yùn)行路線、臨時(shí)設(shè)施和材料堆放位置;確定成孔夯實(shí)機(jī)械和質(zhì)量檢查機(jī)具，編制勞材計(jì)劃;制定保證施工質(zhì)量的安全及冬雨夜施工措施。

4.1.3成孔擠密試驗(yàn)和預(yù)浸水措施

當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)土質(zhì)變化較大或土的含水量超過(guò)22%時(shí)，施工前進(jìn)行成孔試驗(yàn)以便查明成孔質(zhì)量和擠密效果。成孔試驗(yàn)在同類(lèi)土質(zhì)地段內(nèi)不得少于2組。

若場(chǎng)地內(nèi)的土的含水量低于14%，可采用人工預(yù)浸水濕潤(rùn)法使土的含水量接近最優(yōu)含水量。預(yù)浸水可采用水畦和深層浸水孔(每隔1-2m用洛陽(yáng)鏟挖出直徑8cm和深度為浸水土層深底3/4的浸水孔，內(nèi)填小石子)相結(jié)合的方式。浸水后1—3天即可開(kāi)始正式施工。

4.2成孔擠密

成孔方法分為沉管法和沖擊法兩種，根據(jù)地基土的物理性質(zhì)、樁孔深度、機(jī)械設(shè)備條件和施工經(jīng)驗(yàn)等因素選定。

4.2.1成孔施工順序

先外后里，隔排隔行，間隔2孔跳打，即從整片擠密地基的外邊線向里成孔，間隔二孔或數(shù)孔施工，成孔后及時(shí)檢查樁孔質(zhì)量，觀察有無(wú)縮頸、回淤或滲水等現(xiàn)象并作好記錄。已成樁孔要盡快回填夯實(shí)，以防止土塊和雜物落入孔內(nèi)。

對(duì)于處理深度不同的地基，成孔時(shí)先深后淺，對(duì)于基礎(chǔ)埋深不一致的場(chǎng)地，成孔時(shí)先淺后深，一般情況下，成孔遍數(shù)為四遍，即間隔兩孔施打，視現(xiàn)場(chǎng)具體情況必要時(shí)可加大間隔，增加遍數(shù)。

4.2.2工藝流程圖

4.2.3沉管成孔

沉管法是最常用的成孔方法，孔壁光滑規(guī)整，擠密效果和施工技術(shù)容易控制和掌握，但沉管成孔的最大深度受到樁架高度的限制，一般不超過(guò)8m。

沉管法成孔主機(jī)由15t履帶吊改制而成，用以帶動(dòng)柴油錘及導(dǎo)向架，樁管掛在導(dǎo)向架上。作業(yè)時(shí)將導(dǎo)向架樁管吊起，然后就位施打，打到設(shè)計(jì)深度時(shí)吊起樁管，從地下拔出。導(dǎo)向架由角鋼分段焊接法蘭盤(pán)連接。導(dǎo)向架上焊接柴油樁錘軌道，長(zhǎng)度一般為20m。沉管選用壁厚≥10mm的無(wú)縫鋼管焊接成，管徑根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑選擇，沉管樁尖做成45°～60°錐角，管身標(biāo)記入土深度的標(biāo)志。樁錘選用200～250kN導(dǎo)桿式打樁機(jī)或筒式柴油打樁機(jī)。

沉管施工技術(shù)要點(diǎn)：樁機(jī)就位必須平穩(wěn)，不發(fā)生移動(dòng)或傾斜，樁管應(yīng)對(duì)中樁孔;在開(kāi)始階段應(yīng)輕擊慢沉，待樁管方向穩(wěn)定后再按正常速度沉管;樁管沉至設(shè)計(jì)深度后應(yīng)及時(shí)拔出，不宜在土中擱置時(shí)間過(guò)久，拔管困難時(shí)可用水浸潤(rùn)樁管周?chē)�土層或�(qū)�樁管旋轉(zhuǎn)后拔出;成孔后要及時(shí)檢查樁孔質(zhì)量，觀測(cè)孔徑和深度偏差是否超過(guò)容許值，輕微縮頸可削擴(kuò)至能夠滿足填夯施工。

成孔出現(xiàn)反�，F(xiàn)象的原因及處治方法：(1)樁鍾回跳過(guò)高或樁管沉入速度過(guò)慢或樁管貫入度過(guò)小，可能是由于土的含水量偏低或土質(zhì)密實(shí)堅(jiān)硬或土層內(nèi)有砂石或磚渣層，可強(qiáng)行穿越或清除后穿越或不予越過(guò)。(2)樁管貫入度過(guò)大或樁錘無(wú)法起跳爆發(fā)或沉入速度過(guò)快，可能是由于土質(zhì)松軟或樁管直徑偏小。處治方法：如土質(zhì)松軟，可拔出樁管填入非粘性土料再沉管擠壓;如樁管直徑偏小，可考慮改換樁管。

4.2.4沖擊法成孔

本法特別適用處理自重濕陷性厚度較大的土層，成孔深度不受機(jī)架高度限制，可達(dá)20m以上。

采用液壓步履式行走底盤(pán)，起吊裝置為門(mén)式架及卷?yè)P(yáng)機(jī)，用以吊起樁錘后自由落體沖擊地基土成孔。作業(yè)時(shí)，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)及門(mén)式架將樁錘吊起一定高度，然后突然切斷卷?yè)P(yáng)機(jī)離合器讓樁錘自由落體至地面，反復(fù)沖擊，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。樁錘采用無(wú)縫鋼管焊接而成，內(nèi)部采用混凝土等重物灌實(shí)，以增加樁錘重量。

施工技術(shù)要點(diǎn)：為防止孔口破壞和保證沖擊錘頭準(zhǔn)確入土，鉆機(jī)上安裝鋼管導(dǎo)向器，鋼管壁厚10mm以上，內(nèi)徑略大于錘頭直徑;開(kāi)孔時(shí)應(yīng)低錘勤擊，錘頭全部入土后再按正常沖程錘擊，一般不宜多用高沖程，以免引起坍孔、擴(kuò)孔事故;必須準(zhǔn)確控制松繩長(zhǎng)度，既要少松、勤松，又要免打空錘;經(jīng)常檢查鋼絲繩磨損情況，卡扣松緊程度，轉(zhuǎn)向裝置是否靈活，以免突然掉錘;鋼絲繩上應(yīng)有長(zhǎng)度標(biāo)志，以便觀測(cè)和掌握沖孔的深度。鋼絲繩安全系數(shù)≥12，長(zhǎng)短繩連接卡扣不得少于3個(gè)。

4.3樁孔填夯

夯實(shí)機(jī)主要采用偏心輪夾桿式連續(xù)夯實(shí)機(jī)和卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)。

4.3.1偏心輪夾桿式連續(xù)夯實(shí)機(jī)

利用兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的直徑約500mm的轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)留設(shè)缺口，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)夾住夯錘末端的豎桿向上提升，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)到缺口處時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)無(wú)法再夾住夯錘，夯錘自由下落夯實(shí)填料，回填樁孔所用的夯錘用鑄鋼制成，底面采用倒置拋物線錐體或尖錐形，錘重宜在300～400kg，其最大直徑應(yīng)比樁孔直徑小10～16cm。

該機(jī)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和行走方便，缺點(diǎn)是靠摩擦力提升夯錘和錘重偏小，必須嚴(yán)格控制每次填料數(shù)量，較難保證夯實(shí)質(zhì)量。

4.3.2卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)

夯實(shí)機(jī)可安裝在翻斗車(chē)上行走，卷?yè)P(yáng)機(jī)提升力一般不小于夯錘重量的1.5倍，錘重可達(dá)300kg，落距1-3m。

該機(jī)優(yōu)點(diǎn)是夯擊能量大，一次可填入較多的土料，夯實(shí)效果較好。缺點(diǎn)是人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

4.3.3填夯施工

填夯前進(jìn)行填夯試驗(yàn)，以確定每次合理的填料數(shù)量和夯擊次數(shù)，根據(jù)夯實(shí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)確定檢測(cè)方法應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)。

擠密成孔后待檢查合格立即回填夯實(shí)，夯填的次序是先底夯，保證有效處理深度，底夯一般要8擊以上，聽(tīng)到清脆錘聲為止，再開(kāi)始填料夯實(shí)，每次分層填料厚度、夯錘高度、夯擊錘數(shù)根據(jù)試樁取得的參數(shù)確定。每層聽(tīng)到清脆錘聲，再進(jìn)行上一層填料夯實(shí)。

三孔間土的平均擠密系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，人工填料指定專(zhuān)人按規(guī)定數(shù)量均勻填進(jìn)，不能盲目亂填，嚴(yán)禁直接倒料入孔。夯填料的密實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求，樁孔填夯高度應(yīng)高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

5質(zhì)量檢驗(yàn)

5.1檢驗(yàn)內(nèi)容包括：樁點(diǎn)位置、樁孔質(zhì)量、擠密效果和填夯質(zhì)量。其中以填夯質(zhì)量檢驗(yàn)為重點(diǎn)。

5.2樁點(diǎn)位置需檢查軸線、標(biāo)高和位置是否與圖紙相符。

5.3樁孔質(zhì)量需檢查樁徑、垂直度和深度是否在容許偏內(nèi)，有無(wú)縮頸、回淤、坍土和滲土情況。

5.4擠密效果需在三個(gè)樁孔構(gòu)成的擠密單元內(nèi)，按天然土層或1.0—1.5m為一層取出土樣，測(cè)試土的干容重及壓實(shí)度，然后計(jì)算樁間平均壓實(shí)系數(shù)。

5.5填夯質(zhì)量檢測(cè)

采用隨機(jī)抽樣檢查法，檢查數(shù)量不少于樁孔總數(shù)2%，常用檢查方法有以下四種。

5.5.1輕便觸探檢驗(yàn)法

通過(guò)填夯試驗(yàn)求得觸探錘擊數(shù)N10和填料系數(shù)D之間的關(guān)系曲線，按設(shè)計(jì)要求的D值定出輕便觸探檢驗(yàn)的“檢定錘擊數(shù)”，施工檢驗(yàn)時(shí)以實(shí)際錘擊數(shù)不少于“檢定錘擊數(shù)”為合格。由此關(guān)系曲線圖也可推測(cè)量出填料的壓實(shí)系數(shù)D值。此項(xiàng)檢驗(yàn)，宜在樁孔夯實(shí)后24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行。

5.5.2小環(huán)刀深層取樣檢驗(yàn)法

采用洛陽(yáng)鏟在樁體中心鏟孔，從基礎(chǔ)底面起每隔1—1.5m用帶有長(zhǎng)桿的小環(huán)刀分層取出原狀土樣，測(cè)試其干容重和壓實(shí)系數(shù)。

5.5.3開(kāi)剖取樣檢驗(yàn)法

開(kāi)剖樁體分層(每層1—1.5m)取樣試驗(yàn)，每層取樣不少于2個(gè)。

5.5.4夯擊能量檢驗(yàn)法

填料的壓實(shí)系數(shù)D與施加給單位樁體的夯擊能N之間具有對(duì)數(shù)關(guān)系，其表達(dá)式為D=a+blogN。如果錘重已定，則夯擊能主要決定于填料的數(shù)量、夯錘實(shí)際落距(當(dāng)夯錘提升高度一定時(shí)兩者互成反比關(guān)系)和夯擊次數(shù)。因此，只要測(cè)出夯錘的實(shí)際落距和擊數(shù)就可算出單位樁體的夯擊能。

檢驗(yàn)后，如果20%不符合要求，則應(yīng)采取補(bǔ)救措施，如加樁或用小樁管二次擠密等方法。

6結(jié)束語(yǔ)

太原南站站場(chǎng)地基灰土擠密樁處理加固工程， 2010年5月開(kāi)工，2011年4月完工。通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，地基成孔擠密后達(dá)到一定壓實(shí)系數(shù)的樁間擠密土，其力學(xué)性質(zhì)明顯改善，與天然狀態(tài)土相比，壓縮系數(shù)從0.033-0.061降低為0.009­-0.016,從高—中壓縮性降低為中—低壓縮性，濕陷系數(shù)從0.037-0.0113減小為0.003­-0.016，濕陷性已經(jīng)消除或接近消除。擠密地基在容許荷載作用下其變形模量也比天然地基變形模量大2—4倍，灰土擠密樁地基的變形模量高達(dá)21—36Mpa。因此，采用灰土擠密樁處理加固濕陷性黃土地基是非常有效的。

參考文獻(xiàn):《地基處理手冊(cè)》.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1998年

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