黃土地質(zhì)靜壓擠密樁施工工法

1、 黃土地質(zhì)靜壓擠密樁施工工法中鐵七局集團薛寧鴻 軍 有岐 彩蓮工法編號：TGBJGF-07-08-0241.前言西鐵路客運專線ZXZQ01標(biāo)DK24+300DK25+119.92段擠密樁設(shè)計樁長1415m，地基土分布有粘質(zhì)黃土、粘質(zhì)黃土含有石地層，柴油錘擊成孔、沖擊成孔和振動成孔等國傳統(tǒng)擠密樁機在此地層無法成孔至設(shè)計標(biāo)高，施工過程中如何采取有效方法保證擠密樁樁長，同時避免塌孔、縮徑、夾管、拔管困難等情況是一項需要解決的重大技術(shù)難題。2007年3月中鐵七局三公司聯(lián)合華北水力水電學(xué)院開展了科技創(chuàng)新，取得了“靜壓擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用”這一國領(lǐng)先的新成果，于2007年通過中國中鐵七局集團技術(shù)中心鑒定，獲

2、中國中鐵七局集團局級工法，該技術(shù)在路基擠密樁施工過程中，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益，在施工安全、質(zhì)量、進度、經(jīng)濟等方面贏得了業(yè)主和社會各界的廣泛好評，我們將此施工技術(shù)不斷總結(jié)提高，逐步形成了本工法。2.工法特點相比于錘擊沉管成孔、振動沉管成孔以與沖擊成孔等傳統(tǒng)擠密樁施工方法，靜壓擠密樁施工具有如下特點：2.0.1成孔深度大。靜壓擠密樁機是靜壓樁機經(jīng)改制而成，在堅硬的粘質(zhì)黃土（局部含有石）地層中，成孔深度能達到15m（15m樁長擠密樁為目前國設(shè)計之最）；而錘擊沉管、振動沉管以與沖擊成孔擠密樁機在本地層無法成此深孔。2.0.2施工過程中垂直度易控制。液壓油缸驅(qū)動夾樁器夾緊樁管，壓樁油缸驅(qū)使夾樁

3、器沿槽鋼導(dǎo)軌向下運動，入土?xí)r校正好樁管垂直度，壓樁過程中能夠保證樁身垂直度偏差小于驗標(biāo)1.5%的要求。2.0.3成孔速度快、質(zhì)量好。在硬塑性粘質(zhì)黃土（含石）地層中，每臺設(shè)備每天可成孔1400米，且施工時對周圍土體擾動較小，不易產(chǎn)生縮徑、塌孔現(xiàn)象。2.0.4施工時振動輕、噪音低不擾民、不對環(huán)境造成污染，可晝夜連續(xù)作業(yè)。2.0.5樁機自身穩(wěn)定性好，不易發(fā)生傾覆現(xiàn)象，安全性能可靠。 2.0.6壓樁力能自動記錄或自動顯示，實現(xiàn)信息化施工。2.0.7相比于錘擊沉管成孔、振動沉管成孔以與沖擊成孔等傳統(tǒng)擠密樁施工方法，靜壓成孔成本費用偏高，但對比于一樣地基處理效果的CFG樁與預(yù)制方樁而言，采用靜壓擠密樁投入

4、費用大大減少。3.適用圍適用于粘質(zhì)黃土以與硬塑性粘質(zhì)黃土、且含有石等堅硬的土質(zhì)地層施工。4.工藝原理應(yīng)用液壓靜壓擠密樁機的工作原理，由液壓系統(tǒng)抱壓經(jīng)改造的樁管成孔，施工中消除了孔隙水真空負(fù)壓作用和管身側(cè)壁的豎向摩擦力，克服了縮徑、塌孔、夾管、拔困難等現(xiàn)象，提高了施工工效和成孔質(zhì)量。 5.施工工藝與操作要點5.1（一）施工工藝流程見圖5.1。5.2（二）工藝操作要點5.2. 1 靜壓擠密樁管改造原設(shè)計樁管是用3cm鋼板卷制而成樁徑為500mm的圓管，樁長1415m，樁管底部設(shè)圓錐形固定樁尖。施工時由于孔隙水壓力和側(cè)壁的豎向摩擦力的作用，容易造成縮徑、塌孔、夾管、拔管困難等現(xiàn)象。后對樁管進行改進，

5、管身采用400mm的定型鋼管，在鋼管底端部焊接一個圓臺形的擴大樁帽，樁帽的水平面投影直徑為500mm。樁帽端頭設(shè)60°錐形活動樁尖以消除真空負(fù)壓。改造后的樁管見圖5.2. 1所示。圖5.1 靜壓擠密樁施工工藝流程圖5.2. 1 改造后樁管圖5.2. 2施工技術(shù)參數(shù)確定通過工藝性試驗，確定擠密樁施工最優(yōu)工藝參數(shù)為：偏心輪夾桿式夯實機錘重不小于170kg，錘徑為0.375m，錘底面積為1104.5cm2，落距0.5m，回填土每填7.5cm厚夯擊5次；卷揚機提升式夯實機錘重不小于300kg，錘徑為0.375m，錘底面積為1104.5cm2，落距2.5m，回填土每填15cm厚夯擊6次。由現(xiàn)場

6、試驗得知，水泥土拌合料回填時的施工含水量略低于最優(yōu)含水量時夯實效果最佳。根據(jù)施工時氣溫的不同可控制在14.5-15.5%之間，由現(xiàn)場測試調(diào)整確定。5.2. 3施工作業(yè)準(zhǔn)備（1）調(diào)查管線分布情況；核查工程水文地質(zhì)；編制施工組織設(shè)計，制定相應(yīng)的施工方法與工藝措施。（2）施工現(xiàn)場做到“三通一平”保證運輸暢通、水電通；做好現(xiàn)場臨時排水設(shè)施；機械設(shè)備、材料準(zhǔn)備到位；施工人員技術(shù)培訓(xùn)、安全質(zhì)量教育工作已完成；技術(shù)交底至作業(yè)班組。（3）樁位測量放線準(zhǔn)確，并嚴(yán)格標(biāo)識、編號。（4）在樁管上每0.5m設(shè)置醒目牢固的尺度標(biāo)志。5.2. 4 樁機就位，樁身對中調(diào)直。樁機就位要求準(zhǔn)確平穩(wěn)。靜壓樁機安裝調(diào)試后，行至樁位處

7、，使樁管中心（即樁機夾樁器鉗口中心）與地面上標(biāo)識的樁位基本對準(zhǔn)，調(diào)平靜壓樁機，再次校核樁管中心無誤后，將長步履（長船）落地受力。用靜壓樁機配置的16T吊車將樁管吊入夾樁器鉗口，指揮員指揮司機緩慢將樁尖降到離地面10cm左右，液壓油缸驅(qū)動夾樁器夾緊樁身，微調(diào)壓樁機使樁尖對準(zhǔn)樁位，將樁管壓入土中0.51.0m，暫停下壓，再次從樁的兩個正交側(cè)面校正樁身垂直度，當(dāng)偏差小于1.5%時才可正式壓樁。5.2. 5壓樁壓樁采用由向外、隔排隔行（縱橫向間隔1孔）施工。施工時壓樁油缸伸程、下壓樁管至一行程（2.2米）松開夾樁器、油缸回程、夾樁器上升再次夾緊樁管、壓下一個行程。如此反復(fù)進行，當(dāng)樁管被壓入標(biāo)注的尺寸深

8、度（即設(shè)計深度）時，便可終止下壓。5.2. 6拔樁為避免真空負(fù)壓造成縮徑、坍孔現(xiàn)象，在拔管前應(yīng)停頓10秒鐘左右，但不宜在土中擱置時間過長，以免摩阻力增大后拔出困難。拔管速度不宜過快，油缸每伸程（2.2m）控制在20-23s，每回程控制在38-42s。5.2. 7 拔管成孔后，由專人檢查樁孔的質(zhì)量，樁孔質(zhì)量應(yīng)符合下列要求：（1）縱橫向樁位偏差不應(yīng)大于50mm。（2）樁孔垂直度偏差不應(yīng)大于1.5 。（3）樁孔的直徑和深度應(yīng)不小于設(shè)計值。5.2. 8 水泥土夯填填料選配、拌和從取土場選取黃土作為拌和用土，要求土顆粒粒徑不大于10mm，有機質(zhì)含量小于5%。土料使用過程中，根據(jù)檢驗頻率進行檢驗，確保土料

9、符合設(shè)計要求。為保證水泥和黃土拌和均勻，提前將黃土用破碎機破碎，移動式過篩機過篩處理。水泥采用P.O.32.5級普通硅酸鹽水泥。水泥土配合比：水泥摻量為12%（水泥質(zhì)量與干土的質(zhì)量比），最優(yōu)含水量為16.5%,最大干密度為1.76kg/cm3。 水泥土選用WBC-500型拌合機集中廠拌。要求拌合料色澤一致，無灰團、灰條、花面現(xiàn)象和大于10mm的土塊，含水量達到規(guī)定的要求。當(dāng)取土場黃土天然含水量檢測不小于14.5%、且不大于18.5%時，拌和時采取噴水方法微量調(diào)整混合料的含水量?？刂频霓k法是根據(jù)每盤攪拌料的體積計算加水量，用攪拌機自動上水系統(tǒng)計量噴水；當(dāng)取土場黃土的天然含水量檢測明顯低于最佳含水

10、量時，必須先進行燜土。燜土提前710d進行，在存土場分區(qū)存放黃土，根據(jù)土量與天然含水量，計算加水量。燜土后黃土的含水量宜較混合料最佳含水量高1%2%。（2）機械夯實每臺壓樁機配備2臺偏心輪夾桿式夯實機和3臺卷揚機提升式夯實機。深度在8m以采用偏心輪夾桿式夯實機夯擊。當(dāng)回填深度大于8m時，采用卷揚機提升式夯實機分層夯填。填夯施工 成孔檢查合格后進行孔底夯實、夯平，夯實次數(shù)不小于8擊，當(dāng)孔壁土坍落孔底時，可增加夯擊數(shù)，直至聽到渾厚擊實響聲為止。水泥土分層回填夯實，逐層用鐵鍬定量向樁孔下料。卷揚機提升式夯錘每層虛鋪厚度控制在15cm以，落距不小于2.5m，夯擊次數(shù)不低于6擊；夾桿式夯錘每層虛鋪厚度控

11、制在7.5cm以，落距不小于0.5m，夯擊次數(shù)不低于5擊。距孔口4m圍，為確保填料夯實密度，夾桿式夯錘的夯擊次數(shù)不低于8擊；卷揚機提升式夯錘夯實不得少于6擊。5.2.9 質(zhì)量檢查施工質(zhì)量檢查的容包括：樁位、樁孔、擠密效果和夯填質(zhì)量等項，其中又以夯填質(zhì)量的檢查為重點。質(zhì)量檢查應(yīng)根據(jù)規(guī)要求在施工過程中進行分層控制檢查和施工結(jié)束后質(zhì)量監(jiān)測評定檢查，檢查數(shù)據(jù)應(yīng)作好記錄以備查閱。 （1）樁位檢查主要檢查樁孔的位置、間距與樁頂標(biāo)高等是否與設(shè)計相符；同時檢查有無漏樁情況并作出記錄。（2）樁孔檢查成孔結(jié)束后，應(yīng)與時檢查樁孔的直徑、垂直度和深度是否在規(guī)定的容許偏差以；檢查樁孔有無縮徑、塌孔與滲水等情況，如發(fā)現(xiàn)問

12、題應(yīng)作出記錄并應(yīng)將處理結(jié)果寫入記錄中。（3）夯填質(zhì)量檢查樁孔夯填的質(zhì)量是保證地基處理技術(shù)效果的重要因素，因此它被列為施工質(zhì)量檢查的重點。一般采用帶有長柄的專用小環(huán)刀在夯填過程中每隔2.0m取一個樣進行檢查，取樣頻率為總樁數(shù)的3。（4）擠密效果檢查平均擠密系數(shù)、最小擠密系數(shù)是檢測樁間土擠密效果的兩個重要指標(biāo)。平均擠密系數(shù)是在成孔擠密深度，通過取樣測定樁間土的平均干密度與其最大干密度的比值而獲得。取樣自樁頂向下2.0m起，每2.0m不少于2點（一組），即在樁孔外100mm處1點，樁孔之間的中心距（1/2處）1點；最小擠密系數(shù)是在成孔擠密深度，通過A、B、C三個孔之間形心點部位取土樣測定樁間土的最小

13、干密度與其最大干密度的比值而獲得。樁間土擠密效果檢驗取樣點見圖5.2. 9。對樁間土的擠密效果檢驗，還應(yīng)通過室土工試驗測試土的濕陷系數(shù)與壓縮系數(shù)等力學(xué)指標(biāo)，并據(jù)此判定樁間土的擠密效果。圖5.2.9 樁間土擠密效果檢驗取樣點（5）復(fù)合地基承載力檢測采用現(xiàn)場載荷試驗檢測復(fù)合地基承載力，載荷試驗堆載量依據(jù)預(yù)估極限荷載與置換率、承壓板面積綜合計算，分8級加載和4級卸載。承壓板采用1.02m*1.02m方板，板底鋪設(shè)50150mm 中粗砂找平層，試驗坑底開挖至檢測樁頂標(biāo)高。采用手動油壓千斤頂加載，工字鋼搭設(shè)堆載平臺，砂袋堆積提供反力。荷載值通過油壓表測量，再由千斤頂?shù)臉?biāo)定曲線換算給出。沉降則通過承壓板兩

14、邊對稱架設(shè)的機械式百分表測量，所有百分表均用磁性表座固定于由腳手架鋼管構(gòu)成的基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁在獨立的基準(zhǔn)樁上安裝。5.3勞動力組織每套樁機兩班24小時連續(xù)作業(yè)需配備人員如表5.3.1。勞動力組織表 表5.3.1序號工作項目作業(yè)容人數(shù)備注1管理現(xiàn)場負(fù)責(zé)1現(xiàn)場全面指揮與協(xié)調(diào)工作技術(shù)負(fù)責(zé)1現(xiàn)場主要技術(shù)負(fù)責(zé)工班長2負(fù)責(zé)工班日常事務(wù)質(zhì)量檢查2質(zhì)量監(jiān)督技術(shù)指導(dǎo)2技術(shù)指導(dǎo)、監(jiān)督安全監(jiān)督2負(fù)責(zé)現(xiàn)場安全工作2測量施工測量2負(fù)責(zé)樁孔定位等測量工作3記錄資料紀(jì)錄2負(fù)責(zé)現(xiàn)場記錄4機械維護機修修理1負(fù)責(zé)機械日常維修與保養(yǎng)工作5電力線路維護電工2負(fù)責(zé)用電管理與維修6成孔機械操作司機6成孔操作司機4人裝載機司機2人7夯填夯

15、實機操作、喂料20負(fù)責(zé)擠密樁填料夯填施工6.材料與設(shè)備靜壓擠密樁機與其配套設(shè)備見表6.0.1。 機械設(shè)備表 表6.0.1序號作業(yè)項目機械名稱規(guī)格型號單位數(shù)量備注1成孔步履式全液壓靜壓樁機YZY800T臺1額定功率160KW，整體重量180T，配重620T，最大壓樁力800T2夯填偏心輪夾桿式夯實機JHG-100臺2電機功率5.5kw，夯擊頻率為40次/min卷揚機提升式夯實機THG-100臺3電機功率5.5kw，夯擊頻率為10次/min3拌合穩(wěn)定土拌和站W(wǎng)BC-500座1生產(chǎn)能力500T/h4運輸裝載機ZL18型臺1手推車輛5自卸汽車斯太爾輛8最大載重能力為20.1T7.質(zhì)量控制7.0.1施工

16、前應(yīng)先進行成樁試驗，確定施工控制參數(shù)，并且每完成1000m3樁體施工或土質(zhì)發(fā)生變化時，應(yīng)重新做成樁試驗。7.0.2對已成的樁孔應(yīng)覆蓋以防止土塊、雜物落入，并應(yīng)防止孔灌水。7.0.3所有的樁孔應(yīng)與時回填夯實，如發(fā)現(xiàn)縮徑、塌孔等情況，現(xiàn)場做好記錄并與時處理。7.0.4應(yīng)提前對對拌合機計量設(shè)備進行標(biāo)定，并進行試拌施工。調(diào)整好出料口單位時間出料量，使進入拌設(shè)備的各種材料符合質(zhì)量要求，按施工配比投料，并且做到出料口單位時間出料量與標(biāo)定時基本一致，無出料口堵塞等不正常情況。7.0.5在拌和填料前，對土料含水量進行測定，雨季施工時，素土含水量偏高，應(yīng)進行晾曬處理。7.0.6水泥摻量控制。在素土料斗上設(shè)專人進

17、行觀察，采用人工或振動器振動等辦法防止下料口堵塞。定時對水泥下料速度進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常與時查找原因并處理。7.0.7拌合好的混合料宜采用大噸位自卸車運輸，運送途中與卸料現(xiàn)場應(yīng)加以覆蓋以減少水分損失；卸料地點距孔口控制在0.5m左右為宜，卸料后盡量減少土料翻倒次數(shù)；超過3.5小時的水泥土則嚴(yán)禁使用。7.0.8設(shè)專人監(jiān)督回填夯實的質(zhì)量?？刂坪穸炔⒃敿氂涗泬簶稌r間、壓樁力、出現(xiàn)的問題和處理方法。8.安全措施8.0.1 壓樁前應(yīng)對現(xiàn)場的土層、地質(zhì)情況了解清楚，同時進行地上地下管線、古墓、文物等的詳細調(diào)查，并進行標(biāo)識，施工中設(shè)專職安全員進行監(jiān)督保護。8.0.2 現(xiàn)場施工、操作人員必須經(jīng)技術(shù)安全培訓(xùn)后持證

18、上崗，嚴(yán)禁無證操作。8.0.3施工中加強對機械設(shè)備定期檢查、養(yǎng)護、維修工作，杜絕機械帶病作業(yè)。8.0.4工作前機械操作人員檢查電動機與其他電器絕緣情況、施工過程中經(jīng)常檢查機械運轉(zhuǎn)情況、鋼絲繩磨損情況、卡扣的緊固程度以與轉(zhuǎn)向裝置的靈活性，以防止發(fā)生安全事故。8.0.5 壓樁機行駛的地基應(yīng)有足夠的承載能力，并保持平正。壓入送樁器時應(yīng)保持壓樁機垂直壓入。壓樁機應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況配足額定重量。8.0.6 成孔后做好孔口防護，防止人或異物墜入。9環(huán)境保護措施9.0.1與水泥接觸的工作人員，需穿戴防護工作服。9.0.2施工便道、施工現(xiàn)場要經(jīng)常灑水避免揚塵。9.0.3夜間施工燈光集中照射，避免燈光擾民。9.0.4對周圍建筑物進行現(xiàn)狀調(diào)查，施工中對周圍建筑物的影響程度進行監(jiān)測并記錄。9.0.5填料堆放、運輸應(yīng)覆蓋并防止運輸途中遺灑。10效益分析靜壓擠密樁施工安全，質(zhì)量可靠，進度快，投入成本低。DK24+300DK25+119.92段設(shè)計有擠密樁569038延米，采用靜壓擠密樁施工，需要投入成本1708萬元。若采用一樣處理效果的CFG樁進行地基處理需投入成本2728萬元；若采用預(yù)制方樁進行地基處理需要投入成本4888萬元，與一樣處理效果的CFG樁與預(yù)制方樁施工相比，靜壓擠密樁分別節(jié)省成本投入37.4%和65.1%，經(jīng)濟效益十分顯著，具有廣泛的應(yīng)用前景。11應(yīng)用實