武廣客運(yùn)專線橋頭路基加固施工技術(shù)總結(jié)
2016-04-18
武廣客運(yùn)專線是我國第一條時(shí)速為350km/h的高速鐵路，全線采用無砟軌道形式，要求工后沉降不大于15mm，過渡段工后沉降不大于5mm，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高，科技含量大。路基上鋪設(shè)無碴軌道成敗的關(guān)鍵在于沉降的控制，其主要風(fēng)險(xiǎn)源于地基的不確定性和所選填料性質(zhì)的好壞和變異性。為確保沉降有效控制，利用CFG樁復(fù)合地基處理軟基并采用堆載預(yù)壓進(jìn)行加固處理就是一典型實(shí)例。
1.工程概況
武廣客運(yùn)專線特大橋橋頭軟基段采用CFG樁帶樁帽加褥墊層的處理方法，設(shè)計(jì)填土高4m，堆載預(yù)壓填土高3米。此段位于丘坡，丘坡較平緩，下為水塘。主要土層分布：0~5米為Q2黏土、粉質(zhì)黏土，軟塑，σ0=80~140KPa；1~4.0米黏土、粉質(zhì)黏土，褐黃、褐紅色，硬塑，σ0=180KPa；0~2.0粉土，黃色、褐黃色，稍濕、稍密，σ0=100KPa；0~4.0米中粗砂，褐黃色，少量為雜色或灰黃色，潮濕，密實(shí)，σ0=150KPa；下伏泥質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖，紫紅色。全~強(qiáng)風(fēng)化。
2.工程設(shè)計(jì)
基底設(shè)計(jì)采用CFG樁復(fù)合地基加固，樁徑0.5m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15，樁長6m~9m，采用長螺旋成孔管內(nèi)泵壓混合料成樁法施工。
樁位采用三角形布置，處理范圍至坡腳外側(cè)至少1根。樁體施工完成后現(xiàn)澆C15混凝土擴(kuò)大樁頭，擴(kuò)大頭頂寬1.0米，高0.6米。樁頂鋪0.6米碎石墊層，層內(nèi)鋪設(shè)一層抗拉強(qiáng)度不小于80KN/m的雙向土工格柵。
路基基床底層填筑完成后采用堆載預(yù)壓，預(yù)壓高度3米。
3.CFG樁復(fù)合地基施工
CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱，它是由水泥、粉煤灰、碎石（或石屑、砂）加水拌和形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，成樁后與樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。通過改變樁長、樁距、褥墊厚度和樁體配比，能使復(fù)合地基承載力幅度的提高。
CFG樁最常用的成樁施工方法有振動(dòng)沉管灌注成樁和長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁兩種方法。根據(jù)武廣鐵路客運(yùn)專線我們所處工點(diǎn)的具體地質(zhì)情況，我們按要求采用了長螺旋鉆機(jī)成孔泵送混合料進(jìn)行施工。褥墊層采用為碎石墊層，厚度0.6m,內(nèi)鋪一層雙向土工格柵。
3.1.2 成樁施工
?。?）鉆機(jī)就位：利用全站儀測放出線路的中、邊線，在坡腳線外側(cè)，根據(jù)CFG樁平面布置圖放出每根樁樁位，用竹簽標(biāo)示。根據(jù)標(biāo)示做好鉆機(jī)定位，要求鉆機(jī)安放保持水平，鉆桿保持垂直，其垂直度偏差不得大于1.0%，鉆頭對(duì)準(zhǔn)孔位中心，控制樁位偏差在50mm以內(nèi)，鉆桿與鉆孔方向一致。
?。?）鉆進(jìn)成孔：鉆孔開始時(shí),關(guān)閉鉆頭閥門,向下移動(dòng)鉆桿至鉆頭觸及地面時(shí),啟動(dòng)電機(jī),將鉆桿旋轉(zhuǎn)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高,關(guān)閉電機(jī),清理鉆孔周圍土。判斷鉆頭是否到了持力層一般有兩種方法：一是在樁機(jī)駕駛室觀測電流的變化。鉆機(jī)開始鉆孔及軟弱地層鉆孔時(shí)，電流表指針在120～130安，當(dāng)鉆頭遇到持力層時(shí)，瞬間的電流將增大到160安以上，同時(shí)電壓下降。此時(shí)，應(yīng)判定鉆頭已達(dá)到持力層。二是在鉆機(jī)導(dǎo)向架上按0.2m間隔做顯著標(biāo)記，旁直觀觀察，當(dāng)鉆頭到達(dá)持力層時(shí)，鉆桿上部的動(dòng)力頭發(fā)生顫動(dòng)和輕微的擺動(dòng)，鉆機(jī)的動(dòng)力明顯減弱，此時(shí)，應(yīng)判定鉆頭已達(dá)到持力層。成孔時(shí)應(yīng)先慢后快,以避免鉆桿搖晃、及時(shí)檢查并糾正鉆桿偏位的差值。
?。?）灌注及拔管：CFG樁成孔到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,停止鉆進(jìn),開始泵送混合料,（泵送混合料前檢查其坍落度）當(dāng)鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管,嚴(yán)禁先拔管后泵料。成樁過程連續(xù)進(jìn)行,避免供料出現(xiàn)問題導(dǎo)致停機(jī)待料。樁頂超灌50~70cm。
（4）移機(jī)：移機(jī)前對(duì)下一根樁的樁位進(jìn)行清理辨識(shí),確保樁位的準(zhǔn)確性。
?。?）封樁：灌注完成后，鉆桿拔出地面，確認(rèn)成樁樁頂標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高后，采用濕粘性土封頂。
?。?）樁頭處理：CFG樁成樁7天后，然后人工用鋼釬等工具清除樁頭浮渣和多余部分，鑿除后樁頭表面平整，樁長符合設(shè)計(jì)要求。
3.1.3樁帽施工
CFG樁樁帽為擴(kuò)大樁頭，擴(kuò)大頭頂直徑1.0米，高0.6米。施工前先進(jìn)行樁間土的回填，并分層用小型夯機(jī)夯實(shí)，壓實(shí)度確保達(dá)到90%以上。回填至設(shè)計(jì)樁頭位置進(jìn)行復(fù)合地基承載力及樁身完整性檢測，合格后根據(jù)具體尺寸挖除0.6米范圍內(nèi)的樁頭及周圍土體，進(jìn)行現(xiàn)場澆注C15混凝土。
3.1.4褥墊層施工
為確保褥墊層施工時(shí)不破壞土工格柵，具體設(shè)置形式由下而上為25cm（碎石）+5cm（砂）+ 一層雙向徑編土工格柵+5cm（砂）+25cm（碎石）。碎石墊層采用碎礫石類填料，且最大粒徑不宜大于25mm，在碎礫石中應(yīng)摻10～12%的石粉或細(xì)顆粒，在拌合站集中拌合均勻后進(jìn)行填筑。碎石墊層采用25T壓路機(jī)靜壓2遍+弱振2遍+靜壓1遍。第一層砂墊層鋪設(shè)厚度為5cm，鋪設(shè)完后采用壓路機(jī)靜壓2遍。在第一層砂墊層上鋪設(shè)土工格柵，采用極限抗拉強(qiáng)度不小于80KN/m的雙向經(jīng)編土工格柵。鋪設(shè)時(shí)沿路基橫向鋪設(shè)，搭接寬度不小于50cm，鋪設(shè)時(shí)路基坡腳兩側(cè)預(yù)留2m回折長度。同理進(jìn)行第二層砂墊層和碎石墊層的施工。
3.2質(zhì)量控制措施
?。?）做好地質(zhì)情況的復(fù)核工作。對(duì)有代表性的地點(diǎn)在施鉆過程中適時(shí)提鉆確認(rèn)地層分布情況是否和地質(zhì)資料一致，特別是鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)要確認(rèn)樁尖土是否已經(jīng)達(dá)到持力層足夠深度。若出現(xiàn)異常情況，則必須及時(shí)通知監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位到現(xiàn)場確認(rèn)，并提出處理意見。
?。?）布樁時(shí)，CFG樁的數(shù)量、布置形式及間距必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求。并遵循從中心向外推進(jìn)施工，或從一邊向另一邊推進(jìn)施工的原則。不宜從四周轉(zhuǎn)向內(nèi)推進(jìn)施工。
?。?）對(duì)進(jìn)場施工的所有長螺旋鉆機(jī)在開鉆前應(yīng)由施工技術(shù)人員對(duì)標(biāo)尺、刻畫進(jìn)行復(fù)核，消除標(biāo)識(shí)誤差。尤其是鉆機(jī)初始標(biāo)識(shí)要指定專人進(jìn)行復(fù)查，防止操作人員弄虛作假。使用反差大的反光貼條每0.5米進(jìn)行標(biāo)識(shí)，粘貼在鉆機(jī)導(dǎo)向架上，利于夜間記錄人員識(shí)別讀數(shù)。
?。?）混合料灌注時(shí)鉆桿提拔速率和輸送泵的泵送量要密切配合，鉆桿靜止提拔，并保證連續(xù)提拔，施工中嚴(yán)禁出現(xiàn)超速提拔及先提管后泵料。拔管速率太快可能導(dǎo)致樁徑偏小或縮頸斷樁，而拔管速率過慢又會(huì)造成水泥漿分布不勻，樁頂浮漿過多，樁身強(qiáng)度不足和形成混和料離析現(xiàn)象，導(dǎo)致樁身強(qiáng)度不足。故施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制拔管速率。正常的拔管速率應(yīng)控制在2～3米/分鐘。灌注過程中芯管插入混合料的最小深度宜按30cm控制。
（5）控制好混合料的坍落度。大量工程實(shí)踐表明，混合料坍落度過大，會(huì)形成樁項(xiàng)浮漿過多，樁體強(qiáng)度也會(huì)降低。坍落度控制在180mm～200mm時(shí)和易性好。當(dāng)拔管速率為2～3米/分鐘時(shí)，一般樁頂浮漿可控制在30cm～50cm左右，成樁質(zhì)量容易控制。樁身每方混合料摻加粉煤灰量控制在140kg～180kg。
?。?）確保樁長達(dá)到設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)要求CFG樁必須穿透軟弱土層至硬底，對(duì)于下伏基巖段應(yīng)嵌入全風(fēng)化層≮1m。
（7）土方開挖時(shí)不可對(duì)設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以下的樁體產(chǎn)主損害，盡量避免擾動(dòng)樁間土。
?。?）剔除樁頭時(shí)先找出樁頂標(biāo)高位置，用鋼釬等工具沿樁周向樁心逐次剔除多余的樁頭，直到設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，并把樁頂找平，不可用重錘或重物橫向擊打樁體，樁頭剔至設(shè)計(jì)標(biāo)高處，樁頂表面不可出現(xiàn)斜平面。
?。?）樁間土回填至樁頭平齊并采用小型夯機(jī)分層夯實(shí)，確保壓實(shí)度達(dá)到90%以上。進(jìn)行褥墊層施工時(shí)，禁止大型機(jī)械車輛直接行走在CFG樁工作區(qū)。
?。?0）土工格柵應(yīng)在平整好的砂墊層上按路基底寬全斷面鋪設(shè)，攤鋪時(shí)拉直順平，緊貼下承層，確保無扭曲、褶皺、重疊現(xiàn)象。在斜坡上攤鋪時(shí)保持一定松緊度。鋪設(shè)時(shí)應(yīng)在路基邊各留2m的錨固長度，回折覆裹在壓實(shí)的填料面上，外側(cè)用土覆蓋，以免認(rèn)為破壞。
4．路堤填筑技術(shù)措施
在路基填筑過程中，隨著附加荷載的作用，軟土地基中超靜水壓力逐漸消散，為了能夠使路基填筑所產(chǎn)生的增加量與路堤底強(qiáng)度的增加量相適應(yīng)，必須進(jìn)行路堤沉降和位移觀測，控制路堤的填土速率，確保路基施工安全穩(wěn)定
4.1路堤的施工觀測與控制
4.1.1沉降觀測元器件的設(shè)置原則
沉降觀測的元器件主要觀測兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是基底沉降，路基基底沉降觀測元器件采用沉降板、剖面沉降管和單點(diǎn)沉降計(jì)，剖面沉降管主要是校核沉降板；二是路基自身的沉降，采用的元件是路面沉降監(jiān)測樁。觀測斷面的設(shè)置及觀測斷面的觀測內(nèi)容、元件的布設(shè)應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件、地基壓縮層厚度、路堤高度、地基處理方法、堆載預(yù)壓等具體情況，結(jié)合沉降預(yù)測方法和工期要求具體確定。
4.1.2沉降變形觀測元器件埋設(shè)
?。?）安裝沉降板
沉降板應(yīng)埋設(shè)在褥墊層頂部（或換填層底部），在褥墊層施工完成后進(jìn)行掏槽使其嵌入褥墊層1Ocm，采用中粗砂回填密實(shí)，在套上保護(hù)套管。上口加蓋封住管口。沉降板安放應(yīng)與地面垂直。
隨著路基填筑施工應(yīng)逐漸接高沉降板測桿和保護(hù)套管。每次接長高度以lm為宜，接長前后測量桿頂標(biāo)高變化量確定接高量。
?。?）安裝剖面沉降儀：
當(dāng)路基基底碎石墊層施工完成后或基床底層施工完成，在垂直線路方向開挖出寬20cm，深20cm左右的溝槽，整平槽底并在溝底鋪設(shè)一層5cm左右厚的中粗砂并找平，后安放剖面沉降管，然后再在剖面沉降管頂面回填5cm中粗砂并于碎石墊層頂部平。每側(cè)要伸出路基坡腳2m，為防止沉降斜管被損壞，管頭兩端用C20混凝土澆筑保護(hù)井。
?。?）單點(diǎn)沉降計(jì):
單點(diǎn)沉降計(jì)均為觀測路堤本體變形部分, 在路基本體施工完成后進(jìn)行,按設(shè)計(jì)斷面圖埋設(shè)。元件埋入之前應(yīng)采取措施保證孔徑滿足安裝要求。
安裝工藝流程：鉆孔→ 探孔→安裝沉降計(jì)→注漿→安裝法蘭沉降盤→孔內(nèi)灌沙回填→傳輸電纜埋設(shè)。
4.1.3沉降觀測的主要項(xiàng)目
?。?）地表變化。巡回觀察路基、坡腳外地面的變形、裂縫、出水現(xiàn)象及其發(fā)展情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)以上現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)考慮緩填或暫停施工。
（2）基底沉降觀測。在填土過程中，隨著填土高度的增加，通過觀測沉降板的沉降量和沉降與時(shí)間的變化情況，掌握和分析判斷地基在填筑過程中穩(wěn)定性，進(jìn)而根據(jù)沉降量的大小控制填土速率。
?。?）路面監(jiān)測樁觀測。路基填筑完成后，在表面布置沉降監(jiān)測樁，通過觀測沉降量和沉降與時(shí)間的變化情況，分析判斷并預(yù)測路基是否沉降穩(wěn)定，能否進(jìn)行無砟軌道的施工。
4.2土方填筑及填土預(yù)壓
4.2.1土方填筑
為保證路基沉降均勻，客運(yùn)專線對(duì)路基的填筑提出嚴(yán)格的要求，第一必須在基床底層采用粒徑不大于60mm且級(jí)配良好的A、B填料進(jìn)行路基填筑；第二填筑過程通過埋設(shè)的沉降板嚴(yán)格控制填筑速率，確保工后沉降過渡段的沉降量不大于5mm，路基沉降量不大于15mm；第三對(duì)路基的壓實(shí)采取四控，即空隙率n、地基系數(shù)K30、動(dòng)態(tài)變形模量Evd及地基系數(shù)EV2進(jìn)行檢測指標(biāo)控制。
為滿足要求，選擇DK1703+350-DK1703+500作為了試驗(yàn)段，初步掌握位移與沉降情況，確定填土速率、填料最佳含水量、松鋪系數(shù)和碾壓遍數(shù)。根據(jù)管段內(nèi)的具體情況，選用了天然砂礫石土做為填料，由于南方雨水偏大，填料含水量較大，每層松鋪厚度30-35cm。推土機(jī)初平后晾曬，待接近最佳含水量時(shí)再進(jìn)行平整碾壓。各項(xiàng)檢測指標(biāo)合格后填筑上一層土方。根據(jù)試驗(yàn)段取得的參數(shù)，開始路基的填筑，按照“三階段、四區(qū)段、八流程”組織指導(dǎo)施工。
4．2.2填土預(yù)壓
路基填筑至基床底層頂面，進(jìn)行表層級(jí)配碎石填筑（先完成一層），檢測合格后，表面鋪設(shè)土工布而后進(jìn)行堆載預(yù)壓土方的填筑。填筑時(shí)分層進(jìn)行壓實(shí)。擺放期至少滿足六個(gè)月且沉降板和觀測樁的沉降與時(shí)間的關(guān)系曲線趨勢(shì)穩(wěn)定后才能夠進(jìn)行卸載，繼續(xù)第二層級(jí)配碎石的施工。
5．效果檢測及觀測數(shù)據(jù)分析
5.1 CFG樁基樁低應(yīng)變動(dòng)力測試
隨即抽檢了總樁數(shù)的10%，共30根進(jìn)行了低應(yīng)變動(dòng)力測試。結(jié)果為Ⅰ類樁28根，占抽檢樁數(shù)的93.3%，Ⅱ類樁2根，占抽檢樁數(shù)的6.67%，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷樁和斷樁，樁身質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
5.2 CFG樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)
此段CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)承載力為300KPa，根據(jù)規(guī)范要求，加載量取設(shè)計(jì)值的2倍，為600KPa，每級(jí)載荷為加載梁的1/10。地基荷載試驗(yàn)承壓板采用直徑1.8m圓板，板底鋪設(shè)50~150mm中粗砂找平。采用液壓油泵千斤頂人工加載，工字鋼設(shè)堆載平臺(tái)，預(yù)制塊堆積提供反力，最大壓重1828.8KN。通過加載系統(tǒng)的液壓表測量，用千斤頂?shù)臉?biāo)定曲線換算給出每級(jí)壓力表讀數(shù)，試點(diǎn)沉降則通過承壓板兩邊對(duì)稱架設(shè)的4個(gè)機(jī)械式百分表測量。
5.3沉降及位移觀測
根據(jù)武廣公司要求，路基填筑完成或施加預(yù)壓荷載后應(yīng)有不少于6個(gè)月的觀測和調(diào)整期，觀測數(shù)據(jù)不足以評(píng)估時(shí)，應(yīng)繼續(xù)觀測。對(duì)每個(gè)路基工點(diǎn)應(yīng)以三個(gè)月為周期根據(jù)最新推導(dǎo)的沉降擬合曲線進(jìn)行工后沉降預(yù)測至少兩次以上，并檢查所有觀測斷面的預(yù)測工后沉降是否滿足以下要求：
對(duì)路基和剛性結(jié)構(gòu)過渡段還應(yīng)同時(shí)審核其預(yù)測工后沉降差異是否≤5mm，折角≤1/1000。
此外，還應(yīng)檢查同一個(gè)觀測斷面前后兩次工后沉降預(yù)測值的差異，如果其差值≤8mm，可認(rèn)為預(yù)測的工后沉降具有足夠的可信度。
設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)總沉降量與通過實(shí)測資料預(yù)測的總沉降量的差值不宜大于10mm。
如果一個(gè)路基工點(diǎn)所有的觀測斷面滿足以上要求，該路基工點(diǎn)可以鋪設(shè)無砟軌道施工。
6．結(jié)論
根據(jù)武廣公司施工組織安排，本段路基通行運(yùn)梁車時(shí)間為2008年5月，雙塊式無咋軌道施工時(shí)間是2008年10月。橋頭路基加固處理過程中，通過合理的施工組織和施工技術(shù)、質(zhì)量措施的控制和沉降觀測點(diǎn)的布置、觀測，該段路基在2008年5月順利通過了專家評(píng)估，達(dá)到了預(yù)期的效果，為架梁通道和以后的無砟軌道施工奠定了基礎(chǔ)。
