公路施工中灰土挤密桩软基处理施工工艺

作者:未知

  摘 要:近些年,在我国西北和华北地区公路建设中采用灰土挤密桩改善湿陷性黄土地基承载力的方法得到了广泛推广,许多成功案例也证实了灰土挤密桩施工简单、处治效果良好、具有较好经济效益和社会效益的优点。然而,目前我国公路行业相关规范、标准中对灰土挤密桩施工工法并无指导与要求,本文通过在G85彭大高速公路施工实践,对灰土挤密桩施工流程、常遇问题的解决、质量控制及验收简要阐述,以期对后续施工有所指导。
  关键词:灰土挤密桩;公路施工;施工流程;问题处治;质量验收
  中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)08-0125-02
  0引言
  灰土挤密桩,是在原地基上利用打桩机携带的圆柱形钢管打入一定深度后再拔出从而形成桩孔,然后用一定比例的灰土分层夯填桩孔,通过桩管及填料对周围黄土层产生很大的横向挤压力,提高桩间(周)地基土的密实度,从而同原地基一起形成的复合地基。原地基经挤密处理后,桩体周围土密度增加、孔隙率减少、压缩性降低、承载力提高、抗剪强度增大、湿陷性降低或消失;同时,地基土防水隔水性能明显增强,可有效阻止地下水向路基侵入。
  灰土挤密桩作为一地下隐蔽构造物,其施工工艺、机械设备、施工人员经验素质等因素都会影响原地基的处治质量[1]。施工时,首先要根据设计地质情况说明施做试验桩,通过对试验桩施工所得数据分析,合理选用施工机械组合、施工顺序、施工参数。施工中遇到的问题,认真分析、总结,以达到更好的处治效果。
  1工程概况
  银川至昆明国家高速公路(G85)彭阳(宁甘界)至平凉至大桥村(甘陕界)段PDSYSG-8合同段位于甘肃省华亭县境内,标段路线主线全长5.32km;另有神峪连接线全长5.459km。为降低桥涵台背基底黄土的湿陷性,减小不均匀沉降,对黄土覆盖层厚度大于5m的桥台台背路基,在2H+3范围内基底采用灰土挤密桩处理。标段内共有灰土挤密桩施工105426m,合13248m3。图纸设计灰土桩桩径采用40cm,桩长6m,等边三角形布置,桩间距1m,2∶8灰土回填桩孔。我项目部根据以往灰土挤密桩施工经验及设计要求,采用冲击钻机钻孔、集中式灰土拌合、人工回填夯实成桩的施工工艺。
  2施工准备及工艺流程
  (1)路基放样后,按设计要求且不小于30cm的深度清表。清表结束后,根据设计灰土桩处理部位、桩顶标高及施工需求进行场地修整,做好临时排水设施,如受现场地形限制需挖台阶施工,应尽量减少台阶数量而扩大单个台阶面积。
  (2)施工前要对台背6m深度范围地基土的含水率、饱和度进行取样检测,确定地基土的最大干密度。当地基土的含水率小于12%时,在4~6d前对处理范围内的土层通过设置一定数量和一定深度的渗水孔进行增湿。夯填土和石灰应提前送试验室作原材试验及击实试验,求得最大干容重,和最优含水量。
  (3)根据设计图纸结合现场情况绘制桩位布点图,校核设计工程数量,并在布点图上将各桩位编号。布点图要数量准确、现场可操作性强。
  (4)工艺流程为:场地平整→测量放线→打桩机就位→成孔→分层填料夯扩成桩→检测试验→整平压实→灰土垫层铺设。
  3灰土拌合
  灰土挤密桩灰土拌和采用拌合机集中厂拌,运输车运输至现场施工,随拌随用,现场取灰土样品检测,确保石灰剂量满足设计要求。已拌成灰土不得超过24h或隔夜使用,土料和石灰应尽量就近堆放并且应防止雨淋、日晒。
  土料采用3#取土场的接近最佳含水量土料,不得含有机杂质或用耕植土;使用的土符合设计要求且有机质含量不大于5%,土料过筛,颗粒粒径不得大于15mm。
  石灰采用Ⅲ级以上磨细生石灰粉或新鲜块灰,新鲜块灰使用前4~7d浇水充分消解并过筛,颗粒直径应小于5mm,不含未熟化生石灰块。石灰中活性CaO、MgO含量不应低于50%(按干重计),夹石量不大于5%。
  4钻孔及施工中常见问题的处理方法
  4.1 钻孔施工
  施工中,桩位布置严格按照绘制的桩位布点图遵循从两边向中间,隔排隔桩跳打的顺序现场布点施工,并对起始施工行列作明显、牢固标记,后续施工在布点图上标注准确;钻机就位后锤中心、桩位点应在同一铅垂线上,桩位(纵横向)偏差不得大于±20mm;采用在钻架上挂垂球的方法,确保灰土挤密桩垂直度不大于1.5%;打桩机配套使用的桩管选用直径与设计孔径相同的钢管,桩管顶设锥形桩帽;施打孔深在钻杆上以红色油漆标明(标记位置深度大于设计孔深0.5m);保证成孔孔径、孔深不小于设计要求。
  锤击过程中,经常校核桩管竖直度,发现倾斜立即纠正。锤击至设计深度时停止锤击,关闭油门,及时匀速拔管,防止管与土层粘结,造成难以拔出或塌孔现象。
  现场使用的成孔设备是履带式柴油锤打桩机(型号:W1001)配备φ40cm钢管。柴油锤锤击钢管,钢管下沉,同时对桩体周围土产生挤密作用,逐步成孔,每打完一個孔用时4min~7min。
  4.2 成孔检测
  成孔后回填前,应抽样检查桩孔的直径、深度、垂直度和桩位偏差,并应符合下列规定:桩孔直径偏差不应大于桩径的5%;深度偏差应为±500mm;垂直度偏差不宜大于1.5%;桩位偏差不宜大于桩径的5%。
  4.3施工中常见问题及处理方法
  (1)桩管拔出后,桩孔缩孔严重。现场取有代表性的地基土检测其含水率,如含水过大,可向孔内填干砂、生石灰块、 碎砖渣,停一段时间后再将桩管沉入原位,重新成孔;若含水偏小,可以预先浸湿加固范围内的土层,使之达到(或接近)最优含水量。如果不能解决,采取用洛阳铲捞孔或换长螺旋引孔。此时,夯实应采用重锤夯实。
  (2)成孔后,孔底有渗水、积水现象。可将水下部分改为碎石桩;若施工部位靠近河流,则可采取挖沟切断水源,降低水位后正常夯填灰土的方法施工。   (3)钻孔过程中遇障碍物,钻杆(钢管)不能继续向下钻进。用洛阳铲对障碍物进行探查,若为孤石存在,则可采取周边适当补桩的措施弥补挤密效果[2];若障碍物为处理深度范围内较大面积存在的较坚硬岩层,灰土挤密桩无法施工,则要按变更程序,申请工程变更。
  (4)桩身夯填不密实,桩体平均压实系数不合格。施工完成7d后,检测桩体平均压实系数较标准要求相差不大时,可采取周边补桩的措施弥补挤密效果;桩体平均压实系数较标准要求相差较大时,可采取原位重新打孔回填的方法处理。后续施工中,严格按试验桩总结的回填工艺施工;灰土土质保持稳定,控制好灰土拌合含水率和回填施工时的含水率;夯锤锤头应有利于将边缘土夯实(如梨形锤和枣核形锤等),不宜采用平头夯锤[3]。
  (5)施工完毕桩头破坏,桩顶标高小于设计标高。施工前场地修整,应使基础底面(灰土桩设计桩顶)以上预留0.3m~0.5m厚的土层,待施工结束后,将表层挤松的土挖除,分层夯压密实后进行下道工序。
  5回填及成桩质量检验
  5.1桩孔回填
  成孔后采用重锤夯实机(夯锤自重900kg)配合装载机及时夯填。夯填时填料的含水量宜控制在最优含水量土3%的范围内。回填前应先将孔底夯实然后分层回填,每次回填0.3m~0.4m深,约0.04m3~0.05m3灰土,由提升式夯锤夯实。夯击时,先将重锤提升2m,轻击3次(重锤所产生的单次重力势能=900×9.8×2=17640J);然后提升高度4.5m,重击8次(重锤所产生的单次重力势能=900×9.8×4.5=39690J),一次回填结束,依此循环夯填。当填至距桩顶1m处时,由于提升高度变小需增加锤击次数,轻击7次,重击12次,并能听到清脆的锤声后,方可进行上一层施工。夯锤的落距应不小于50cm,并观察夯锤下落接触夯层的瞬间是否有力。灰土桩夯填桩顶标高宜较设计标高高20cm~30cm。
  施工过程中,安排专人负责回填,夯锤落距、夯击次数、每层填土厚度等严格按照试验桩技术总结中提供的数据执行,避免回填速度过快,夯击次数不够的现象;同时要安排专人检测成孔及回填夯实的质量,并做好施工记录。
  5.2质量检验
  孔内填料应分层回填夯实,桩身灰土压实系数不小于0.96。挤密填孔后,桩间土平均密实系数不小于0.93,最小压实系数不小于0.85。
  检验方法:动力触探和小环刀深层取样检验相结合的方法进行。
  动力触探检测标准:
  桩间土采用标准贯入试验或轻型动力触探,标准贯入30cm击数不小于15击,轻型动力触探击入30cm击数不小于25击;桩间土的平均挤密系数,不小于0.93。检测频率:不小于总桩数的1%。
  桩体采用重型动力触探,N63.5击入10cm击数不小于10;桩体的平均压实系数,不小于0.96。检测频率:不小于总桩数的1%。
  小环刀深层取样检测标准:
  桩间土检测点的位置應在距孔心2/3孔半径处,每Im取土样测试其最小挤密系数、湿陷系数、压实系数等。
  桩体检测用洛阳铲在桩体中心铲孔,从基础底面起每隔1.0m用加长杆的小环刀分层取出原状土,测试其干容重和压实系数。
  6挤密桩软基处治质量验收
  成桩28d后,应采用静载试验检验复合地基承载力,承载力不小于设计值。检验数量不得低于总桩数的0.3%,不少于3点,单桩承载力的检验数量不得低于总桩数的2%。
  7结语
  实践表明,灰土挤密桩工法对提高湿陷性黄土地基承载力效果显著,且施工设备简单,经济效益好。施工中,认真分析灰土桩处置深度范围内地质特征,及时改良施工工艺;各工序专人负责,做好施工原始记录,出现问题便于追溯原因,针对性解决;就其地下隐蔽工程的特殊性,必须严格把控施工质量,做到一次处治到位,通过质量验收。
  参考文献
  [1] 寇伟.灰土挤密桩地基质量控制在临吉高速中的应用[J].山西建筑,2012(32):180-183.
  [2] 强科亮.灰土挤密桩在湿陷性黄土地区地基补强中的应用[J].城市道桥与防洪,2019(9):197.
  [3] 边陇超,孙梦青,詹兴吉.灰土挤密桩在处理桥头湿陷性黄土路基中的应用[J].公路交通科技(应用技术版),2017,13(7):57-58.
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