1 工程概括
1.1 工程概括
厦深铁路是国家《中长期铁路网规划》“四纵四横”快速铁路通道中杭州至深圳沿海快速铁路通道的重要组成部分, 建成后将成为长三角、珠三角、闽粤、港澳、西南等地区间客货交流的重要纽带, 在铁路网中具有重要作用。饶平车站里程范围:DK165+127.740～DK167+700.000, 全长2.572km。水泥砂浆立体搅拌桩路基加固区段里程为D1K165+127.74～+370, 桩径50cm, 桩间距 (中～中) 为1.25m, 采用正三角布置, 地基加固后单桩承载力不小于180kPa, 复合地基承载力不小于180kPa, 水泥砂浆立体搅拌桩的设计深度为9m～13.5m。
1.2 地质特征
本段线路以路堤通过, 填方边坡最大高度10m, 基底下伏淤泥质粘土、松软土, 总厚5m～13m, 其下为中砂和花岗岩。地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水, 地下水水位埋深0m～5m。
2 主要技术标准
铁路等级:Ⅰ级;正线数目:双线;正线线间距:4.6m;最小曲线半径:4500m;限制坡度:6‰;到发线有效长度:850m;牵引种类:电力;速度目标值:200km/h, 预留提速条件;闭塞类型:自动闭塞。
3 适用范围及加固原理
3.1 适用范围
水泥砂浆立体搅拌桩适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、软塑粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基, 其加固深度取决于施工机械的动力大小及加固土层情况。现阶段加固深度同常规浆体喷射搅拌桩, 目前国内最大加固深度为25m (施工机械能力为30m) 。
3.2 加固原理
水泥砂浆立体搅拌桩加固效果的影响因素主要有:固化剂的特性及掺量、土质特性、搅拌状态、养护条件等。相关研究证明, 水泥加固土的强度与土的含砂量有关, 当含砂量越高, 水泥土桩体强度越高, 当含砂量在40%～60%时施工效果达到最佳。水泥砂浆立体搅拌桩是用水泥、砂作为主固化剂, 即在纯水泥浆中掺入一定比例粒径小于2mm的粉细砂、中砂, 由水泥砂浆浆液和地基土充分搅拌后, 增加地基土中的粗颗粒含量, 降低地基土的塑性指数, 经水化和化学反应后形成的增强体。
4 施工方法
4.1 工艺流程
试验配比选择→试桩→桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机准确对孔→预搅下沉→打开高压注浆泵→喷浆搅拌提升→重复搅拌下沉→重复喷浆搅拌提升至孔口→关闭搅拌机械→施工下一根桩。
(1) 试验配比选择。
根据设计文件及规范要求做室内配比试验:水泥砂浆立体搅拌桩施工前采集该工点土样 (当存在成层土时应分层采集各层土样) 、进行室内配比试验, 以确定满足设计要求的最佳水灰比、水泥砂浆掺入量及外加剂品种、掺量。要求90天龄期桩身无侧限抗压强度不小于3.0Mpa。根据试桩结果, 选用试桩方案的配比, 每延米胶凝材料用量65.5 kg, 其中水泥5 2.2 k g, 粉煤灰1 3.1 k g, 土3 6 3 k g, 砂3 1.3 k g, 水3 2.7 k g。
(2) 各项工艺参数如下。
掺灰量 (kg/m) :65.3;每米喷浆量 (kg/m) :不小于80;钻进搅拌速度 (m/min) :1～1.2;提升搅拌速度 (m/min) :0.6～1.2;复搅下钻速度 (m/min) :1.2～1.4;提升速度 (m/min) :1.0～1.2;钻进电流 (A) :25～83;提升电流 (A) :25～40;水灰比:0.5。
(3) 桩位放样、搅拌桩机就位。
按照测量放出的桩位, 桩机移位准确的对孔, 对孔误差不大于50mm。
(4) 制备水泥砂浆。
水泥砂浆采用二次搅拌工艺, 水泥砂浆搅拌顺序为:向搅拌桶里注入规定量的水→边搅拌边掺入水泥→当水泥浆搅拌均匀后, 逐量加入规定量的中、细砂并搅拌均匀→放入二次搅拌桶内进行二次搅拌。水泥砂浆立体搅拌桩施工中应保持搅拌机底盘的水平和导向架的竖直, 搅拌桩的垂直偏差不得超过1%;桩位的偏差不得大于50mm;成桩直径和桩长不得小于设计值。注浆压力为0.4MPa～0.5MPa, 钻头搅拌提升速度一般为0.6～1.2m/min之间, 注浆管采用高压注浆管。
(5) 预搅下沉。
待搅拌机的冷却水循环正常后, 启动搅拌机电机, 放松起重机钢丝绳, 使搅拌机沿导架搅拌切土下沉, 下沉深度应保证桩端进入持力层不小于50cm。下沉的速度1～1.2m/min, 进入持力层电流不小于80A。桩机第一次下钻时为避免堵管可带浆钻进, 喷浆量不应超过喷浆总量的一半, 严禁带水下钻。
(6) 机具下沉到达设计深度后, 开启灰浆泵将水泥浆压入地基中, 泵送压力为0.2～0.4Mpa。边喷边旋转, 同时按照设计确定的提升速度提升搅拌机, 提升速度0.6～1.2 m/s。
(7) 重复上、下搅拌, 搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时, 集料斗中的水泥浆应正好排空, 为使软土和水泥浆搅拌均匀, 再次将搅拌机边旋转边沉入土中, 至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面。
(8) 清洗, 向集料斗注入适量热水, 开启灰浆泵、清洗全部管线中的残存水泥浆, 直到基本干净, 并将粘附在搅拌头上的杂物清洗干净。
(9) 移位, 重复上述步骤, 再进行下一根桩的施工。
4.2 关键工序质量控制要点
(1) 水泥砂浆立体搅拌桩的施工顺序宜从中间向外围进行, 或由一边推向另一边。
(2) 严格按照设计桩位、桩长、桩数及试验确定的参数施工。桩体搅拌应均匀、连续, 全桩须复搅一次。机具下沉搅拌中遇有土阻力较大, 应启动加压装置加压, 或边输入浆液边搅拌钻进。
(3) 成桩过程中, 因故停止, 恢复供浆时应在断浆面上或下重复搭接0.5m喷浆施工。因故停机超过3h, 拆卸管道清洗。
(4) 喷浆量及搅拌深度必须采用经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录。
(5) 开钻之前, 应用水清洗整个管道并检验管道中有无堵塞现象, 待水排尽后方可下钻。
(6) 为保证水泥砂浆立体搅拌桩桩体垂直度满足规范要求, 在主机上悬挂一吊锤, 通过控制吊锤与钻杆上、下、左、右距离相等来进行控制。搅拌桩的垂直偏差不得超过1.0%;桩的水平偏差不得大于5cm;成桩直径和桩长不得小于设计值。
(7) 严格控制制桩的注浆压力为0.2～0.4 M P a。
(8) 严格控制制桩深度、复搅下沉和提升速度, 水泥土搅拌桩的喷浆提升速度0.6～1.2 m/m i n。
(9) 确定持力层必须准确, 桩体深入下卧硬土层内深度不小于50cm, 但不宜过深。否则将会产生二个方面的危害: (1) 由于底部压力过大, 水泥浆无法渗入, 底部无法成桩, 最终导致桩长不足; (2) 由于底部一般多为粘土或亚粘土, 土质过硬, 带浆下钻困难或无法下钻, 土体无法拌碎。当不带浆下钻时, 土体由于无法拌碎多会导致糊钻的情况, 土体与钻头形成一个圆柱体形状, 造成积压桩内土体, 发生掉桩头或桩内水泥浆外溢的情况。
(10) 成桩过程中, 因故停止, 恢复供浆面时应在断浆面以下重复0.5m喷浆施工, 因故停机时间超过3h, 应拆卸管道清洗。
(11) 为保证水泥砂浆立体搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量, 第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30s, 进行磨桩端, 余浆上提过程中全部喷入桩体, 且在桩顶部位进行磨桩头, 停留时间为30s。
(12) 制桩完成后, 须达到要求的龄期后方可进行挖除, 清理桩头时不得使用重锤或重型机械, 宜用小锤、短钎等轻便工具操作, 以免损坏桩头。
5 质量保证措施
(1) 根据设计提供的基础资料进行放样, 并交监理审核。
(2) 控制好桩的垂直度偏差不得大于1%, 桩位偏差不得大于50mm。
(3) 材料的控制:严格执行进场材料报检制度。
(4) 水泥砂浆的控制:灰浆必须搅拌均匀、加筛过滤, 现制现用, 停放时间不得超过1h。
(5) 每米喷浆量的控制:电脑的监控、核查总水泥用量。
(6) 每根桩的实际桩长的控制:现场的监控量取钻杆长度、核查原始记录表及核对电脑小票。
(7) 水泥砂浆立体搅拌桩施工完成28天内不得有任何机械在上面行走, 28天以后按《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79—2002J220—2002) 要求进行进行单桩及复合地基载荷试验检测。水泥砂浆土体28天龄期室内强度不小于2.25MPa, 设计要求90天龄期桩身无侧限抗压强度不小于3.0MPa, 待检测合格后, 方可进行上部路基施工。
6 结语
水泥砂浆立体搅拌桩是通过增加地基土中的粗颗粒含量, 降低地基土的塑性指数, 经水化和化学反应后形成的增强体。这种方法适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、软塑粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基, 该项技术目前在我国铁路工程还是一项新的技术, 施工中加强对水泥砂浆立体搅拌桩的关键工序控制, 采取合理的质量保证措施, 对软基处理的效果十分明显, 该项技术值得推广与研究。
摘要：结合厦深铁路 (广东段) 站前工程XSGZQ-Ⅳ标饶平车站D1K165+127.74～D1K165+340段软基处理实例, 介绍了水泥砂浆立体搅拌桩适用范围及加固原理、施工方法、质量标准, 提出了关键工序质量控制要点及质量保证措施, 总结了施工经验。
关键词：水泥砂浆立体搅拌桩,软基处理,施工技术
参考文献
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[2] TZ212—2005.客运专线铁路路基施工技术指南[S].
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[4] TBJ10102-2004.铁路工程土工试验规程[S].