软土地基强夯碎石墩施工方案及定额测定

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1、软土地基强夯碎石墩施工方案及定额测定LL摘 要：在铁路建设过程中，合理确定软土地基处理措施及其投资定额是铁路设 计与施工者需要考虑的重要问题。本文以新建玉溪至磨憨铁路普洱车站强夯碎石 墩处理软土地基施工为样本，在研究确定其施工参数、工艺流程及技术要求等问 题的基础上，按照写实统计法和现场测定法，统计工料机消耗，分析测定强夯碎 石墩定额，为弥补现行定额缺失和完善同类工程的概预算编制体系奠定基础。 关键词：软土地基； 强夯碎石墩； 施工方案； 定额测定软土地基在我国分布十分广泛，其承载力低、强度增长缓慢、加荷后宜变形 且不均匀的特点，往往造成路堤沉陷、塌方等病害，因此，合理确定软土地基处 理措施是

2、铁路设计与施工的重要环节。碎石墩法是以块石、碎石或砂砾为主要材 料，制成复合地基的柱状砂石墩，对软土起到置换、挤密和促进排水固结的作用。 广泛应用于软基地基的处理工程中。然而，在铁路现行路基工程的预算定额中， 并没有碎石墩的定额。投资计算中往往只能采用碎石桩的定额编制费用，未考虑 两者工法、工艺等因素区别，造成实际施工成本与预算费用差异较大。本文以新 建玉磨铁路普洱车站地基处理工程施工为依托，分析碎石墩与碎石桩的差异，结 合具体施工实际，研究施工技术，对该工点强夯碎石墩工料机消耗进行测定，补 充相应定额，为完善同类工程的概预算编制定额体系奠定基础。1 项目概况新建玉溪至磨憨铁路普洱车站DK 2

3、69+630 DK 269+975范围内原为水 库，该工点基底软土分布较厚，主要为淤泥质土、淤泥、软粉质粘土和软塑状粉 质粘土等，厚度最大达12 m。设计采用直径1.5 m的强夯碎石墩加固，正三角 形布置，墩间距2.8 3.0 m,加固宽度为路堤坡脚外3.0 m施工完毕后，在顶面铺设0.6 m厚碎石垫层夹两层80 kN/m双向土工格栅，再施工路堤本体填筑。2 碎石墩与碎石桩的差异分析本文首先研究碎石墩与碎石桩的施工工艺及施工要点，然后对两者的差异进 行分析，以期找到两者的共同点与不同点。2.1 碎石桩施工工艺和技术要求2.1.1 碎石桩的施工工艺碎石桩成桩可采用振冲法或沉管法，桩径通常有0.3

4、 m、0.5 m、和0.8 m 等规格，沉管法包括振动沉管成桩法和锤击沉管成桩法。用于消除地基砂土及粉 土液化时，宜釆用振动沉管成桩法。处理不排水抗剪强度小于20 kPa的饱和黏性 土地基时,应在施工前通过现场试验确定其适用性。振冲碎石桩施工流程：平整场地-布置桩位-机具就位-启动供水泵和 振冲器-造孔至设计深度-清孔-加料振密制桩-逐段成桩至桩顶-关闭振冲 器和水泵-机具移至下一桩位。(2) 振动沉管碎石桩施工流程：平整场地-布置桩位-机具就位-振动沉管 至设计深度-加料-拔管,反插,停拔振动后再拔管,重复循环施工至桩顶-加压 成桩-机具移至下一桩位。(3) 锤击沉管碎石桩施工流程：平整场地

5、-布置桩位-机具就位-投石制塞 -内击沉管至设计深度-分段填冲(拔管、加料、冲夯,循环往复至成桩)-机具移 至下一桩位。2.1.2 碎石桩的施工技术要求(1) 碎石桩施工顺序对砂土和粉土地基中以挤密为主的碎石桩宜从外围或两侧向中间进行，中间 的桩间隔(跳打)施工；对黏性土地基中以置换为主的碎石桩宜从中间向外围或隔 排施工，同一排中也宜间隔施工；邻近既有建(构)筑物施工时，应背离建(构)筑 物方向进行。(2) 振冲碎石桩施工技术要求首先，根据设计荷载、原土强度、设计桩长等条件选用不同功率的振冲器。 升降振冲器的机械可用起重机、自行井架式施工平车或其他合适的设备。施工设 备应配有电流、电压和留振时

6、间自动信号仪表。其次，施工现场应事先开设泥水 排放系统，或组织好运浆车辆将泥浆运至预先安排的存放地点，宜设置沉淀池重 复使用上部清水。最后，制桩过程中，各段桩体最终电流值、填料量和留振时间 等均应符合试桩要求。(3) 沉管碎石桩施工技术要求首先，选用能顺利出料和有效挤压桩孔内填料的桩尖结构。当采用活瓣桩靴 时，对砂土和粉土地基宜选用尖锥型，对黏性土地基宜选用平底型。一次性桩尖 可采用混凝土锥形桩尖。其次，振动沉管法制桩过程中应严格控制拔管高度、拔 管速度、压管次数和时间、填砂石量、电机工作电流，保证桩体连续、均匀、密 实。再次，锤击沉管法制桩过程中应根据冲击锤的能量控制拔管高度、分段填砂 石量

7、、贯入度保证桩体质量。除此以外，当实际灌碎石量没有达到试桩要求时， 应在原位将桩管打入，补充碎石后复打一次，或在旁边补桩。最后，施工中桩位 水平偏差不大于0.3倍套管外径，套管垂直度偏差不大于1%，桩体有效直径振 动沉管法允许偏差20 m。(4) 桩体施工完毕后，应将地表以下的松散土层挖除或夯压密实，再铺设垫 层。2.2 碎石墩施工工艺和技术要求2.2.1 碎石墩的施工工艺碎石墩强夯单击采用 6 000 kN/m 的单夯能，碎石墩完成后所需满夯的夯 击能500 kN/m，块石垫层厚度60 cm，局部软弱地段适当加厚。落距由5 m 逐渐提升至 6 000 kN/m 能级高度，过程中提升均匀，提升

8、速度不超过 10 min/m。当夯坑超过2 m深或提锤困难时及时填料，采用装载机利用夯锤挂钩 及提升至高于地面3 m时间进行填料。收桩最后两次夯沉量不得大于5 cm, 遍和二遍夯击间隔时间23 d。低能满夯夯印彼此搭接面积不小于锤底加固面 积的1/4 ，强夯碎石墩施工工艺流程如图1所示。图1 强夯碎石墩施工工艺流程图具体步骤如下：(1) 清理并平整施工场地，标出夯点位置。施工前应先做好该施工区内的临时 截排水设施，避免雨水浸泡。(2) 施工前，应在施工现场有代表性的场地上选取一个试验区，进行工艺试 验，以确定强夯的单击夯击能量、夯完后检查夯坑位置，发现偏差和漏夯应及时 纠正；按设计要求检查每个

9、夯点的夯击次数和夯沉量。(3) 强夯碎石墩特指单夯工序的工程，夯点施工前，应检查夯锤重和落距，以 确保单击夯击能量符合设计要求；在每遍夯击前，应对夯点放线进行复核，夯完 后检查夯坑位置，发现偏差和漏夯应及时纠正。(4) 按由内而外，隔行跳打原则完成单夯施工。(5) 碎石墩强夯完成后，推平场地，用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并 测量夯后场地高程。(6) 地表铺设0.6 m厚中粗砂夹两层土工格栅，并分层碾压密实，完成全部填筑工作。2.2.2 碎石墩的施工技术要求碎石墩施工技术要求如下：(1) 开夯前应检查夯锤重和落距，以确保单击夯击能量符合设计要求。夯锤底面宜采用圆形，夯锤底静接地压力值可取1

10、00 120 kPa。(3) 强夯碎石墩施打顺序宜由内向外，隔孔分序跳打，逐一完成全部墩位的前工。(4) 强夯碎石墩施工允许偏差控制：高程允许偏差50 m,墩间距允许偏差O.1D(D为夯锤直径)，墩直径不小于设计值。(5) 满夯时搭接面积不小于加固面积的1/4。(6) 每个夯点的夯击次数、每击的夯沉量、夯击间隔时间及施工步骤应符合工 艺试验成果。(7) 夯击施工中，因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时平整坑底。当夯坑过深而发生起锤困难时应停夯，向坑内填料直至坑顶平齐。(8) 在施工过程中对各项参数和施工情况进行详细记录。(9) 强夯碎石墩加固地基承载力和加固有效深度及置换深度应满足设计要求。2.

11、3 差异分析(1)从施工工艺来看，碎石桩施工方式较多，设备选择灵活，施工效率较高， 适用性较强，但从原理来看，与碎石墩基本一致，均采用冲击的方式形成工程实 体。但在成桩规格方面，两者存在较大区别，碎石墩通常尺寸较大，直径基本在 1.0 m 以上，而碎石桩直径一般在 1.0 m 以内。因规格不同，为满足冲击力要 求，冲击机械也相应发生变化。强夯碎石墩与碎石桩设备对比如表 1 所示。表1 强夯碎石墩与碎石桩设备对比表序号强夯眸石墩设备名称规格型号设备名称规格型号1强夯机(带门架)QVY80B电动振动沉拔桩锤DZ60Y2装载机ZJ.50振动沉管桩集DJ40J3挖掘机CAT210装载机ZL504渣土车

12、红岩金刚发电机IOOKW5全站仪莱卡1S06全站仪莱卡TS06:水准仪口动安平水准仪自动安平(2) 从适用条件来看，碎石墩主要用于处理高饱和度黏性土地基，而碎石桩可 用于处理松散砂土、粉土、粉质粘土、素填土、杂填土、松软土等地基以及可液 化地基。(3) 从技术要求来看，碎石墩较碎石桩技术要求更复杂，技术难度更大，在夯锤底静接地压力、允许偏差、搭接面积、夯击工序等方面均有具体要求。这导致两者的工效差异也较大，碎石墩每台班施工约3.5根/35 m,碎石桩每台班施工约80根/400 m，即碎石墩人工、机械消耗量均较碎石桩大。现行路基定额按国家铁路局发布的铁建设201733号“关于公布铁路 工程基本定

13、额等十四项铁路工程造价标准的公告的路基定额执行，其中LY- 358碎石桩屮80 cm的定额基价为43.7 元/m ,其带结尾的综合单价约为97.5 元/m。受软土、淤泥厚度及饱和度的影响，碎石消耗量往往与定额考虑的桩径 的1.333系数存在一定差别，因此，本次测定不含碎石消耗的定额情况， “LY- 358碎石桩屮80 cm”碎石桩不含碎石消耗的定额基价为20.4 元/m，带结尾的 综合单价约为32.6元/m。3 定额测定数据测算与处理3.1 定额测定方法以现行路基定额为研究基础，建立施工组织模型，采用写实统计法和现场测定法，现场收集测定强夯碎石墩施工数据，对不同工序人工、材料、机械消耗进行写实

14、统计，并与碎石桩定额消耗进行对比，形成最终定额研究成果 。23.2 工料机配置情况(1) 人员配置情况：除机上司机和其他操作人员外，还需要立尺、设备挂钩2人，读仪器、填写施工记录2人，现场带班、指挥2人，共计6人。(2) 材料消耗情况：主要为一些零星材料使用，无主要材料消耗。机械使用情况：机械主要包括到强夯机S6 000 kN/m和轮胎式装载机S 2m，挖掘机和渣土车等配合作业机械可不考虑。33.3 数据写实测定情况严格按照定额测定方法，对现场施工情况进行记录，部分数据采集情况如表2 所示。表2 写实施工记录表序号I2345S18平均值时设1/h11.63L 25L 331. 251+ 331

15、+4?1.:汨桩长1/m5.287. 79. 487.58. 3时快2/h0.951.132. 252. 831. 251.83L421. 25桩长零m5t 55+ 588+3&. 587. 5& 2时怏3/h1.37L32. 252. &71. 67乙171+ 252. 08桩长3/m5. 55.288.89. 581. 8时氏4/hL73L582.551. 081.83L471. 75桩长4/m5. 54.68农S87.57.7B. 2：1 ! :- h1.232.031.451. 331. 421.阴L421. 08桩长5/m5.8588.887.57. 78. 9时 6/hL 522H

16、1L朗1.:越1. 171. 17L42；1桩长:6/m5. 64.38987.57. 79. 2时怏7/h3L4IL 83L 331+ 671*5丨-廿桩长7/m5.43.58&. 187.57.79. 6时长g/h1.421. 73L 51. 331. 67L 67桩长8/m4.689. 287.57.7时长9/h1,351. 721*52K421+17桩长9/m3.59. 19.3S7.；7. 7时长10/h1.451.421. 67k 75桩长10/mG+88. 9占II1行/时怏11/h2.251.421. 832桩长11/m7.28. 9-87. 7时长12/h-1.42-1+83

17、桩民12/m& 9/+ /时长13/h1. b桩长13/m/.；-施工时间合卄/hI：-, s17,6521. 7417.371614. 9218.3210. 16126.96桩长合IfVtn39.355. 9107. 188. 592. 4699260. 2604. 4毎米用时/Ch/m)0.270.320. 20. 20. 170. 220. 20. 170. 213.4 工料机消耗量确定根据写实施工记录，以8 h 作为一个台班或工日，确定完成100 m 碎石墩 施工需设备工作时间2.625台班，综合考虑施工准备及后续工作时间，确定工作 时间为 2.8875 台班。结合人机配置情况，确定每

18、 100 m 碎石墩人工消耗为 17.325工日，强夯机6 000 kNm和轮胎式装载机S2 m机械消耗为2.88753台班。对零星材料使用综合考虑后，每100 m碎石墩计列147.73元其他材料 费。4 定额测定结果与费用分析4.1 人工和机械台班单价确定人工单价根据国家铁路局TZJ 3001-20171铁路基本建设工程设计概(预) 算费用定额类工标准确定。机械台班根据国家铁路局TZJ 3004-2017铁路3工程施工机具台班费用定额 确定。由于机具台班费用定额中仅有“91052614强夯机械 1 200 kN/m” “9105262 强夯机械 2 000 kN/m和9105261 强夯机械

19、3 000 kN/m的定额而本项目采用的是强夯机械6 000 kN/m, 缺项机械台班单价，需进行重新分析测定，可采用内插类比法和台班费要素分析 法综合确定 。5(1)内插类比法中国电力企业联合会发布的电力建设工程施工机械台班费用定额 中包6含“强夯机械3 000 kN/m和“强夯机械6 000 kN/m的定额，两者比例关 系为1：40,其机械台班费用如表3所示。表3 电力建设工程强夯机械台班费用表编号机械名称台班预算单价/元J01-01-061强夯机械3 000 kN/m1 343.250J01-01 063强夯机械6 000 kN/m1 885. 000因此，本文以 TZJ 3004-20

20、17铁路工程施工机具台班费用定额中“9105261强夯机械3 000 kN/m”的定额为基础，结合电力建设工程施 工机械台班费用定额的台班费用，采用内插类比法，确定“强夯机械6 000 kN/m”台班费用，计算结果如表4所示。表4 强夯机械台班内插类比法计算结果表项日名称折旧僅/7Ef元维护彊 /元ATI*喋仙汕杷r.W/7L油耗ti1000 IN/m351.G4130.47203.53bid瓯054 4札 B11 打肋24眸.昵，66L9fl- ODII!：.： 1血49注：台班单价按2017年价格水平人工70元/工日，柴油5.23元/kg计(2)台班费要素分析法台班费要素包括折旧费、检修费

21、、维护费、人工费和柴油油 7-8根据现场 收集的机械销售企业报价以及最终中标的机械价格，“强夯机械 6 000 kN/m” 的购置费用约为160万元，耐用总台班 2 700，从而确定折旧费为 1 600 000 x(1-3%)/2 700=574.81 元，检修费为 1 600 000 X0.36/2 700=213.33 元， 维护费为213.33x1.56=332.80元。人工费按2017年价格水平，人工70 元/ 工日，共计2x70=140元。“强夯机6 000 kN/m”功率约为194 kw ,“9105261强夯机械3 000 kN/m”功率为135 kw，柴油按2017年价格 5.

22、23 元/kg计算，结合“9105261强夯机械3 000 kN/m”的燃油消耗，可 推算“强夯机6 000 kN/m”的柴油油耗约为122.22 kg。台班费要素分析法的计算结果如表5所示。表5 强夯机械台班费要素分析法计算结果表序号项目名轉折旧费AT.#柴讪油耗自班单AN无/元/元/7Ll：ftj 丄iihft/is1强勞机MO kN-in肌54130.47203. &3140441.811 270. 35顒弈机掠WE WO kx e&74.1213.為鶴比50140123. 2211 9IXJ. 15分析内插类比法和台班费要素分析法的计算结果，两种差异在6%左右，但 考虑到机械购置价格存

23、在一定的市场行为，且内插类比法的计算结果与电力建设 工程定额更为接近，故本文按内插类比法确定台班单价，即“强夯机械6 000 kN/m”单价为1 778.49元/台班。4.2 定额综合单价分析根据确定的工料机单价和消耗量，测定强夯碎石墩定额（不含碎石消耗）的综 合单价如表6所示。表6 强夯碎石墩定额表（不含碎石消耗）工柞类别强夯碎石墩不含碎石消耗）汁算单位100 m电算代号费用名称数植单价合计基价/元8 025. 3丿冲人工费/元1 143. 5材料费/元147. 7机械使用费/元6 734. 11I类工/工日17. 325661 143. 58999002其他材料费/元147, 731147

24、. 79100503轮胎式装载机M2台班2. 887 5553, 651 593. 7强夯机械益G 000 kNm/台班2. 88751 778. 495 JS5- 4该结果合理确定了强夯碎石墩的工程投资，降低了施工过程中因概算编制失真引起的纠纷几率，减少了工程验工计价投资变化5 结束语高饱和度的软塑、流塑黏性土软土地基是路基工程中地基处理的难点之一， 采取合理的处理手段是确保施工安全，消除次生灾害的关键环节，强夯碎石墩是 解决该类问题的有效方法之一，应用广泛。但现行铁路工程路基定额中并没有强 夯碎石墩的相关定额，导致概预算人员无依据可用，费用计算不准确。为此，本 文结合具体工程实例，对碎石墩和碎石桩的施工工艺、技术要求、工程消耗等进 行比较，确定强夯碎石墩的施工参数和技术流程，并按照定额测定方法，测定工 料机消耗，分析得出强夯碎石墩定额，可为类似工程概预算编制提供借鉴和处理 思路。