基桩加固处理软土路基地基病害施工技术

　　1概述

 

　　近几年来，铁路建设呈跨越式发展，客运专线、高速铁路建设发展迅速，尤其集中在东中部和东南沿海地区。某客运专线地层多为全新统海陆交互相地层，其软土层属典型的海积滩涂—溺谷相沉积淤泥，淤泥质土和软土层较深，物理力学性能较差，主要表现为高含水率、高孔隙比、快剪内摩擦角及快剪粘结力小、强度低、高压缩性、渗透系数小、沉降持续长，它还具有触变性和蠕变性。软土层内多黏土、粗砂、卵石土等透镜体夹层且厚度分部不均，变化较大。下卧地层为燕山期凝灰岩、花岗岩，地层横纵向起伏，风化层厚度变化极大，软硬突变。某段软土路基受台风影响，路堤积水达1.2m，退水过后骨架下沉开裂，经过一定时期的沉降观测，沉降仍不收敛，且边坡开裂变形不断扩大，路堤中心沉降达35～60cm，明显大于施工期的沉降量10.2cm。

 

　　2病害原因

 

　　根据该段路堤地基地质补勘资料及部分CFG桩身垂直度观测、桩身混凝土钻芯取样、单桩竖向承载力极限破坏试验结果，对路堤沉降和边坡骨架开裂的病害进行了分析，主要原因有以下三个方面：

 

　　（1）沿海软土地基地质条件复杂，前期地质勘测资料不全、不细。根据补勘资料反映同一横断面持力层卵石土的标高差达2m，持力层卵石土在一个施工段落的层厚变化比较大，厚度从1.46～4.1m不等，其下伏灰黑色呈流塑状的淤泥质土，厚度在1.1～3.6m之间。采用抬架法施工的CFG桩尖未进入有效持力层。该部分CFG桩在后期路基填筑和堆载预压期间，上部荷载由CFG桩传递到持力层卵石土压缩其下伏的淤泥质土造成其过大形变。

 

　　（2）根据CFG桩施工指导意见，为了预防浅层断桩或桩身倾斜，采取连打跳排的施打顺序，在同排连打的过程中，由于相邻CFG桩的间距只有1.6m，施工对工作垫层和浅层淤泥层产生挤土效应，致使相邻的CFG桩浅层桩身发生倾斜，降低了CFG桩的竖向承载力。

 

　　（3）在施工过程中，由于地下孔隙潜水发育，埋深较浅，流塑状淤泥层较厚，在CFG桩沉管震动均匀上提时，对淤泥层产生扰动，破坏了淤泥的饱和状态，地下水和泥浆顺管壁上涌，导致部分CFG桩身砼质量下降。

 

　　3病害处理

 

　　3.1处理原则

 

　　路堤沉降及边坡骨架开裂病害主要是由部分CFG桩成桩质量差及桩尖未进入有效持力层，地基承载力不足引起路堤较大的沉降和位移。通过基桩对该段路基地基进行补强加固，为防止挤土效应和振动对两端桥台基桩的影响，桥路过渡段范围内采用C30钢筋混凝土钻孔灌注桩补强，其余用预应力管桩补强，达到提高基底承载力，以满足处理期间路堤填筑施工期沉降及运营期工后沉降要求，确保客运专线行车安全。

 

　　3.2处理方案

 

　　对该段路堤进行卸载处理，卸载至预应力管桩、钻孔灌注桩工作层标高5.5m处后，采用人工探明原CFG桩1.0m的扩大桩头位置，用竹竿标明每根钻孔灌注桩、预应力管桩施工位置后填平人工探坑，在上钻孔灌注桩或管桩机械施工。预应力管桩施工前应进行沉桩工艺试验确定施工参数。预应力管桩及钻孔灌注桩的施工顺序为先预应力管桩后钻孔桩，预应力管桩自桥台侧先施工。在对预应力管桩及钻孔灌注桩施工质量进行检测合格后，进行该段路堤的填筑施工。

 

　　3.2.1路堤卸载

 

　　对该段路堤填料进行分层卸载，为减小施工机械对原CFG桩的扰动，在距工作层顶2m范围内采用小型挖掘机和载重量小于5T的运输车进行卸载。达到工作层标高后采用人工探明原CFG桩头位置，用竹竿标明补强桩基位置后平整工作层。

 

　　3.2.2预应力管桩加固

 

　　（1）施工工艺

 

　　预应力管桩施工时，尽可能减小沉桩振动对两端桥台基桩的影响，因此距两侧桥路过渡段50m范围内采用静压沉桩工艺施工，其余部分采用锤击沉桩工艺施工。预应力管桩施工横向从线路中线向两侧，纵向从两端桥台侧向中心方向，有效防止桩体对土体的挤密作用使先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩，并进行两侧桥台的监控观测。

 

　　预应力管桩加固处理前应进行工艺性试验（试桩），确定施工设备是否匹配及桩机配重、贯入度、停压标准、收锤标准等参数。根据本段预应力管桩单桩竖向设计承载力，施工前进行6根桩工艺参数试桩，其中静压沉桩试桩2根，锤击沉桩试桩4根。试桩完成后经低应变桩体完整性检测和单桩静载试验均满足设计要求，预应力管桩施工工艺。

 

　　静压沉桩

 

　　工艺

 

　　施工设备

 

　　YZY-750T型全液压侧夹式桩机

 

　　锤击沉桩工艺

 

　　施工设备

 

　　滚管式行走锤桩机

 

　　桩机配重

 

　　桩机自重+配重=3倍单桩竖向设计承载力

 

　　柴油锤型号

 

　　HD50型

 

　　静压沉桩停压标准

 

　　停压标准应采用双控指标：桩入土深度和压桩力（贯入阻力）。最后三次压桩力达2.0倍单桩竖向设计承载力，每次持续时间不少于2min，而贯入度≤10mm时为停压控制标准；

 

　　静压沉桩收锤标准

 

　　（2）施工控制要点

 

　　①预应力管桩进场后，必须对桩的质量进行验收，检查出厂产品合格证或质量检验证书，还要对桩身混凝土表面质量进行检验。

 

　　②为防止桩头部位在锤击时产生裂缝，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，锤击过程中经常检查及时换。

 

　　③静力压桩机压桩时，桩尖垂直对准桩位中心，缓慢放下插入土中，当桩尖插入桩位，夹具抱紧管桩后，微微启动压桩油缸，当桩入土至50cm时，再次校正桩的垂直度和平台的水平度，保证桩的纵横双向垂直偏差不得超标，然后启动压桩油缸，把桩徐徐压下，控制施压速度，一般不超过2m/min。

 

　　④锤击沉桩入土的速度应均匀，连续施打，锤击间歇时间不要过长。沉桩过程中，如桩锤突然有较大的回弹，则表示桩尖可能遇到阻碍。此时须减小锤的落距，使桩缓慢下沉，待穿过阻碍层后，再加大落距并正常施打。

 

　　⑤预应力管桩接头焊接采用二氧化碳气体保护焊。接桩时新接桩节与原桩节的轴线一致，两施焊面上的泥土、油污、铁锈等要预先清刷干净。上下桩节间的缝隙应用铁垫片垫密焊牢，焊接时应采取措施对称施焊，以减少焊缝变形引起节点弯曲。焊接层数不得少于二层，内层焊渣须清干净后方能焊外层，焊缝应饱满连续。接桩处的焊缝应自然冷却不少于1min后对桩节间连接铁件涂刷防锈漆防腐处理后方可沉桩。

 

　　⑥沉桩时应合理调配管桩长度，相邻桩的接头位置应相互错开。

 

　　3.2.3钻孔灌注桩加固

 

　　（1）施工工艺

 

　　两侧桥路过渡段钻孔灌注桩施工采用GW-18型正循环钻机成孔施工，正循环钻进成孔过程中振动小，避免对邻近桥台桩基和预应力管桩的影响。

 

　　（2）施工控制要点

 

　　①为防止成孔过程中漏浆降低泥浆面水头引起塌孔，护筒底端的埋置深度应满足深入到不透水黏土层0.5～1m。

 

　　②开始钻进时，应先在护筒内放一定数量的泥浆或粘土块，稍提钻机，开始空钻，并从钻杆中压入清水，使之搅拌成浆，开动泥浆泵开始循环，待泥浆均匀后开始钻进。

 

　　③初钻时应低档慢速钻进，时护筒刃脚处形成坚固的泥皮护壁，钻至护筒刃脚下1m后，按照正常速度钻进。

 

　　④多台钻机同时施工时，相邻钻机不宜过近，以免互相干扰。在相邻混凝土刚灌注完毕的邻桩旁成孔施工，其安全距离应大于4D（D为钻孔灌注桩直径）。

 

　　4桩基检测

 

　　小应变动力检测，抽检钻孔灌注桩、预应力管桩桩身完整性良好，未发现Ⅳ、Ⅴ类桩。单桩竖向抗压静载试验表明，加载到2倍单桩竖向设计承载力荷载时，总沉降量为5～14mm之间，沉降量不大，而且Q-s曲线平缓，无明显陡降段，s-lgt曲线呈平缓规则排列，综合分析，单桩竖向极限承载力大于2倍单桩竖向设计承载力。

 

　　5沉降评估

 

　　按照布设观测断面，通过路基填筑期及填筑后不少于3个月的沉降观测，采用双曲线法计算无荷推测总沉降量和“软土地基沉降计算”计算地基的有荷总沉降。

 

　　以某中心沉降观测桩为例，该观测断面填筑期的沉降速率较大，其值为0.477mm/d，静置期的沉降速率很小，其值仅为0.025mm/d，表明沉降渐趋于稳定。dt/ds-dt（dt-累计时间，ds-累计沉降）回归双曲线数据源呈直线分布，相关系数R=0.9942>0.92，施工期沉降St/无荷推测总沉降量Sf=88.96%>75%。通过轨道及列车荷载换算土柱堆载后，有荷总沉降量为30.77mm，工后沉降量仅为4.99mm，远远小于设计工后沉降控制标准150mm。综合无荷回归分析及有荷沉降估算，该段路基工后沉降满足设计工后沉降控制要求。

 

　　6结束语

 

　　该段路基开始运营至今，通过铁路工务部门工后沉降监测数据及列车车载轨道动态监测装置采集数据，工后沉降量在1.76～2.51mm之间，运营过程中未发现线路有不平顺和晃车点，表明通过钻孔灌注桩、预应力管桩对该段路基病害进行补强加固处理，地基承载力和工后沉降满足客运专线基础强度高，稳定性好，工后沉降极小，轨道要求平顺度高等特点，满足客运专线列车高速、平稳、安全和不间断地运行，可为同类软土路基病害处理借鉴。

 

　　参考文献：

 

[1]TZ212-2005客运专线路基工程施工技术指南[S]

 

[2]贺学文等.预应力管桩在软土路基基底加固中的应用[J].铁道标准设计，2008.