高速铁路湿陷性黄土路基地基处理施工技术

客运专线湿陷性黄土路基地基加固施工技术摘要通过换填+强夯+CFG桩+水泥土垫层和挖除+强夯+换填+卵石土垫层工艺在湿陷性黄土地 基施工的应用，保证了松软土层地基承载力施工。简要介绍客运专线湿陷性黄土路基基底加固施工技术。关键词客运专线湿陷性黄土 路基地基加固施工技术由于近年来国内客运专线的不断发展，路基施工质量是客运专线建设需关注的关键问 题之一，而路基基底加固是路基施工质量控制的基础环节，科学、合理的加固措施和施工 工艺、方法是保证路基工后沉降的重要措施。目前客运专线建设的设计和施工已全面启动，客运专线路基基底施工技术，对路基工 后沉降的要求非常严格，如何使路基工后沉降达到要求是急需解决的关键技术问题。现行 客运专线铁路路基设计规范、客运专线铁路路基工程施工技术指南和客运专线铁 路地基处理技术手册中，对路基基底加固采用的是复合地基加固的方法。但没有相对应 地层结构对地基处理所得成功经验，在施工当中都在边施工边总结，采取多种施工工艺、 方法进行试验性施工，给施工的开局造成较大难度。兰州至乌鲁木齐第二双线平安全西宁 段路基基底加固是通过换填+强夯+CFG桩+水泥土垫层和挖除+强夯+换填+卵石土垫层施工 工艺。该段路基处于湿陷性黄土地段。一、工程概况本工程处于湿陷性黄土地段，地基加固措施在加强防排水前提下，结合降雨量、地下 水位、地形地貌、路堤填高等因素综合确定。地基加固施工时挖出地基加固范围内0.5m 厚的地表耕植土、杂填土、和表层松土机树根等杂物，疏干积水，挖出局部土堆土坎，整 平场地，对地基表层进行压实。分层填筑砂夹石，换填完成后对湿陷性黄土深度6.0m范 围内进行强夯加固处理，静置一定周期并达到设计要求地基承载力180kPa。采用长螺旋钻 进行桩径° 400mm水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）灌注，已提前完成施工。本工程特点是严格控制路基基底工后沉降、加强路基地基与其他构筑物基础纵向刚度 匹配的构造处理和加强路基基底工程防排水。强夯后地基承载力不小于180kPa，CFG桩单 桩竖向承载力不小于373.96KN，复核地基承载力不小于239.43kPa。该工程路基均处于松 软土地段，施工技术要求高，对于工后沉降的重点是地基工后固结和压密沉降，保证各道 施工工序严格按照设计参数及施工规范组织施工，以防列车运行后路基出现沉降超标，给 列车运行造成严重的危害。二、处理方案确定由于本工程地基加固处于湿陷性黄土地层结构上。为保证地基加固，虽采用了重夯进 行加固处理，但由于重夯处理的有效深度为2.0m，处理后2.0m以下仍为湿陷性黄土，不 能保证路基地基处于稳定层上，承载力会受到很大影响，必须考虑将地基支撑于持力层上。 同时在施工过程中，考虑到路基地基采用重夯加固后有效范围以下的土体仍无法满足地基 承载力要求，难以保证路基稳定性和工后沉降，给施工造成很大的质量、安全隐患。因此， 采取换填、强夯、CFG桩、褥垫层地基加固方案是必需的。根据土质情况，考虑到路基地基加固是确保工后列车能否正常运行的关键问题，经对 比分析和以往经验，决定在清表换填后，并对所分区段进行强夯和CFG桩加固（长螺旋钻）， 湿陷性黄土距砂夹石层较浅的区段则采用挖除湿陷性黄土全砂夹石层，并进行强夯后换填 加固的措施。强夯和CFG桩加固具体布置见图1、图2。图1强夯夯点平面布置示意图图2 CFG桩地基加固平面布置示意图三、处理技术措施(一)强夯加固措施1. 强夯设计方案为防止路基基底加固完成后出现沉降量超标，需要采取加固措施，同时也起到防止地 下水位上升影响地基承载力。对于地基加固目前有重夯和强夯等工艺，采用重夯对该区段 加固时会因加固深度较浅使地基加固后沉降不能满足要求影响施工质量，不能采用；考虑 强夯对该区段加固后，能使该土层支撑于持力层上并能达到工后固结要求，因此将重夯该 为强夯工艺(长螺旋钻施工)，对路堤处理范围进行强夯加固。2. 强夯工艺原理强夯加固在湿陷性黄土中是以夯击能冲击的机理为主。而夯击能的机理是湿陷性黄土 在土层中形成固结(起到框架作用)，同时挤密周围土层。为了提高固结后地基承载力和 固结深度，应选择各项合理的强夯参数。主要技术参数：单击夯击能2000KN - m，满夯1000 KN - m；夯锤直径3.0m，夯锤150KN，落距13.5m，锤底静接地压力值：25KPa，锤的地面对称 设置6个与其顶面贯通的排气孔；夯击方法采用跳夯法，第一、二遍为点夯，第三遍为满夯；夯击次数为点夯13击，满夯3击；夯击点距8.0m，正方形布点，满夯四点中心搭夯一点；间隔时间7天；处理范围路堤坡脚为3.0m，有排水设施时处理至排水设施外边缘；加固后湿陷系数小于0.015，地基承载力180KPa。3. 强夯施工方法(1) 清除表层腐殖土并进行平整碾压，其上填筑砂夹石，并分层平整碾压。(2) 在整平后的场地上按照8.0m点距标出第一遍夯击点的位置，并测量场地高程。(3) 测量夯前锤顶高程。(4) 将夯锤起吊至预定的高度，待夯锤脱钩自由下落后，放下吊钩，测量锤顶高程， 若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，应及时将坑底整平。(5) 按强夯各项参数，完成一个夯点的夯击；换夯点，直到完成第一遍全部夯点的夯击。(6) 用机械将夯坑填平，并测量场地高程，进行第二遍夯点的夯击。(7) 第二遍点夯全部完成夯击后，填平夯坑，改用小的夯击能满夯，将表层松土夯 实。满夯单击能1000KN - m，每一夯搭接前一夯1/4夯锤直径，每点控制最后2击夯沉量 小于5cm。(二)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)1. CFG桩设计方案本方案适用于受沉降控制地基地段，承载力控制时桩顶设桩帽。CFG桩采用正三角形 布置。桩顶设垫层，垫层材料采用水泥改良土或卵石土垫层；水泥改良土垫层厚度不小于 1.0m，卵石土垫层厚度不小于0.5m本工程施工范围内地下水具氯盐，硫酸盐侵蚀性，环境作用等级分别为L1、H1H2, CFG桩配合比及混凝土的胶凝材料组成、水泥应采用高抗硫酸盐水泥。桩端深入持力层(卵石土)0.51.0m，且不小于设计桩长。施工桩顶标高应高出设计桩顶标高0.5m以上。清土和截桩时，不得造成桩顶标高以 下桩身断裂和扰动桩间土。2. CFG桩工艺原理在荷载作用下，CFG桩的压缩明显比桩周土小，因此基础传给复合地基的附加应力， 随地层的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象。大部分荷载将有桩体承受，桩间土 应力相应减小，于是复合地基承载力较原来地基承载力有所提高，沉降量亦减小，随着桩 体刚度增加，桩体作用发挥更加明显。当采用长螺旋法施工时，由于挤密作用使桩间土得到挤密。CFG复合地基采用桩网结构时，桩和基础不是直接接触，其间有一层颗粒材料组成的 散体垫层，为桩向上刺入提供了条件，并通过垫层材料的流动补偿，使桩间土与基础始终 保持接触，在桩、土共同作用下，地基土的强度得到一定程度的发挥，相应地减少了对桩 的承载力的要求。3. CFG桩施工方法(1) 主要施工参数孔径0.4m，桩间距均为1.6m，桩长5.5m，正三角形布置；成孔方式：长螺旋钻成孔。(2) CFG桩施工工艺流程原地面处理一测量放样一CFG桩钻机就位一混合料搅拌一拌合时间不得少于1min-塌落度控制在180mm钻进成孔一记录孔深一灌注及拔管一提拔速度控制在2.0m/min一移机 一完毕，做好每根成桩的原始记录，移位至下一根顺序桩。(3) CFG桩施工质量保证措施 为检验CFG桩施工工艺、机械性能及质量控制，核对地质资料，在工程桩施工前， 同一工点，相同地质条件应先做不少于2根试验桩，并在竖向全长钻取芯样，检查桩身混 凝土密实度、强度和桩身垂直度，根据发现的问题修订施工工艺。 CFG桩的数量、布置形式、间距、桩长、桩顶标高及直径应符合设计要求。 CFG桩施工中，每台班均须制作检查试件，进行28天强度检验，成桩28天后应及 时进行单桩承载力和复合地基承载力试验，其承载力、变形模量应符合设计要求。 为保证施工中混合料的顺利输送，施工中采取集中拌和。 桩身每方混合料掺加粉煤灰量和塌落度控制根据设计和采用的施工方法按工艺试 验确定并经监理工程师批准的参数进行控制。 清土和截桩时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩间土。 冬期施工时混合料入孔温度不得低于5°C，对桩头和桩间土应采取保温措施。 整个施工过程中，安排质检人员旁站监督，并做好施工原始记录，记录钻压电流值、 孔深、单孔混合料灌入量、堵管及处理措施等。 CFG桩施工属隐蔽工程，施工完毕报监理签认后方可进行下一道工序施工。 对施工过程中出现的问题应及时分析原因，提出处理办法，一般问题的出现及处理 乡考衣。施工中问题及分析处理措施表处理措施问题原因分析灌注堵管 (1)混凝土中级配碎石大料较多(2) 混凝土供应间隔时间较长钻头损坏 (1)清表后换填的砂夹石粒径较大(2)钻进过程中操作不规范、不熟练截桩断桩 (1)钻孔前桩顶标高未控制好(2)截桩过程中相邻桩头相互砸断(1) 集中拌合过程中改善碎石粒径，采用小粒径(2) 按照钻进速度及运输距离，及时供应混凝土(1) 清表后填筑砂夹石粒径不能大于5cm(2) 督促施工单位搞好岗前培训，做到持证上岗(1) 钻孔前做好测量工作，控制好桩顶高程(2) 截桩过程如果桩头较长，分两次截断四、施工效果1. 通过施工检验，地基加固完成后承载力控制在设计规定范围内，单桩承载力试验及 复合地基承载力试验均符合设计要求。2. 通过强夯加固和CFG桩加固地基部分土体起到了固结及挤密作用，承载力明显提高。 使计划两次试验性施工方案调整为一次施工，同时将设计采用沉管法成孔调整为长螺旋成 孔，提高了施工进度，减少了施工成本及对周围村庄的影响。3. 通过本工程实践证明在湿陷性黄土地基施工类似工程可采用换填+强夯+CFG桩和挖 除+强夯+换填技术。参考文献-1 TB101022004 铁路工程土工试验规程2 TZ2122005客运专线铁路路基工程施工技术指南3 客运专线铁路路基地基处理技术手册.北京：中国铁道出版社出版发行，20094 杜永昌.高速与客运专线铁路施工工艺手册.北京：科学技术文献出版社，2006