褥墊層施工技術(shù)在地基處理中的應(yīng)用

謝文聯(lián)

（中鐵三局集團(tuán)，河北 燕郊 065201）

近年來隨著高速鐵路的建設(shè)，軟土地基處理的施工工藝得到較好的發(fā)展，處理技術(shù)日趨成熟，新建鐵路哈爾濱至大連鐵路客運專線中CFG樁與褥墊層的結(jié)合共同構(gòu)成復(fù)合地基，就很好地解決了軟土地基的處理問題。

1 工程概況

新建哈爾濱至大連客運專線縱貫東北三省，線路全長904.266km，工程總投資概算980億元。D1K458+997.38～D1K460+700段路基位于西孤家子特大橋與新鐵嶺車站之間，地形平坦，地勢開闊。本段路基普遍分布第四系統(tǒng)粉質(zhì)黏性土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、中砂、礫砂、細(xì)園礫土，由于黏性土的空隙比較大且呈軟塑狀態(tài)，粉土呈松散、飽和狀態(tài)，基本承載力小于150 kPa，為松軟地基。松軟地基一般分布在地表以下15 m之內(nèi)，局部地段較深，地表多為水稻田。本段路基長1702.62 m，采用CFG樁進(jìn)行地基處理，在CFG樁上填筑厚度為0.8 m的褥墊層，與CFG樁共同構(gòu)成復(fù)合地基。

2 施工步驟及施工方法

2.1 施工準(zhǔn)備

施工前，采用小型挖機(jī)清除CFG樁樁間土，并且CFG樁頭已鑿平并至設(shè)計標(biāo)高，CFG樁經(jīng)小應(yīng)變檢測合格后即開始進(jìn)行褥墊層的施工。

2.1.1 材料要求

砂、碎石運至現(xiàn)場指定地點，砂墊層采用級配良好的中、粗砂，不含草根、垃圾等雜質(zhì)，其含泥量不得大于5%。碎石墊層采用未風(fēng)化的干凈礫石或碎石，其最大粒徑不得大于50 mm，含泥量不得超過5%。碎石墊層顆粒級配應(yīng)采用5 mm～31.5 mm的連續(xù)級配碎石。

土工格柵規(guī)格及性能符合設(shè)計要求，運至工地后應(yīng)分批整齊堆放在料棚內(nèi)，防止日曬雨淋，并保持料棚通風(fēng)干燥，并不得長時間受陽光直接曝曬。

2.1.2 褥墊層示圖

褥墊層示圖解析見圖1。

在CFG樁頂設(shè)計標(biāo)高以上填筑級配碎石下承層，碎石墊層施工采用自卸汽車運至現(xiàn)場指定地點，裝載機(jī)、平地機(jī)整平，壓路機(jī)碾壓，壓實厚度為20 cm，碎石以上鋪設(shè)雙層土工格柵，土工格柵不得直接接觸碎石墊層，應(yīng)在土工格柵上下及兩層土工格柵之間鋪設(shè)10 cm厚的中粗砂保護(hù)層，且中粗砂保護(hù)層采用壓路機(jī)靜壓壓實，中粗砂保護(hù)層以上填筑30 cm（壓實厚度）厚碎石墊層。

圖1 褥墊層示圖

2.1.3 測量放線

測量依據(jù)線路中心線、地面高程、路基橫斷面每50 m進(jìn)行線路兩側(cè)及中線放樣，并用白灰撒出褥墊層鋪墊的范圍。測量誤差必須符合客專施工測量的有關(guān)規(guī)定，測量工作必須執(zhí)行復(fù)合制。

2.2 攤鋪整平第一層碎石墊層

根據(jù)每車碎石的方量，采用劃格布料，掛線定高方法進(jìn)行，由專人指揮卸料，使每車對應(yīng)一個方格。填料攤鋪使用裝載機(jī)初平，要保證每一車料及時攤平，再用平地機(jī)進(jìn)行終平，攤平厚度采用掛線控制，虛鋪厚度為24 cm～25 cm。保證攤鋪面在縱向和橫向平順均勻。

根據(jù)分成作業(yè)要求，選擇壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，確保壓實達(dá)到設(shè)計的要求。壓實順序應(yīng)先兩側(cè)后中間，先慢后快，先靜壓后弱振的操作程序進(jìn)行碾壓，不得強(qiáng)振以免破壞CFG樁頭。采用半輪碾壓法，壓路機(jī)的速度不超過4 km/h，一般情況下碾壓6遍應(yīng)可滿足要求。

2.3 攤鋪整平第一層砂墊層

碎石墊層檢驗合格后，開始鋪設(shè)第一層砂。卸料之前要計算每一車砂的方量，采用畫格布料，掛線定高的施工方法，由專人指揮卸料，使每一車對應(yīng)1個方格。填料攤鋪平整使用裝載機(jī)進(jìn)行初平，并保證每車料及時攤平，再用平地機(jī)終平，采用掛線的方法控制攤平厚度，虛鋪厚度控制在13 cm。保證攤鋪面在縱向和橫向平順均勻。

根據(jù)作業(yè)要求，選擇壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，確保壓實達(dá)到設(shè)計的要求。砂墊層在13 cm厚度時壓路機(jī)很難走行，可采用18t壓路機(jī)進(jìn)行靜壓，壓實遍數(shù)為1遍。然后人工用自制工具對部分拱起部分進(jìn)行刮平。

2.4 鋪設(shè)第一層土工格柵

土工格柵垂直線路方向展開鋪設(shè)，攤鋪時拉直平順，緊貼保護(hù)層，不得扭曲、褐皺等，在受力方向聯(lián)接處的強(qiáng)度不低于材料設(shè)計抗拉強(qiáng)度，且搭接長度不小于30 cm；土工格柵布設(shè)時，用綁扎帶將相鄰兩層土工格柵固定，鋪設(shè)土工格柵的砂層表面平整，不得有堅硬的凸出物。土工格柵鋪好后，不得移動。嚴(yán)禁重型機(jī)械直接在土工格柵上行走和作業(yè)。

2.5 攤鋪整平第二層砂墊層

第二層砂攤鋪時禁止料車直接在土工格柵上行走，要先在接頭處用裝載機(jī)和人工鋪設(shè)砂子，以起到保護(hù)土工格柵的作用。填料攤鋪平整使用裝載機(jī)進(jìn)行初平，再用平地機(jī)進(jìn)行終平，攤鋪厚度采用掛線控制，虛鋪厚度為13 cm。保證攤鋪面在縱向和橫向平順均勻。

使用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，確保壓實達(dá)到設(shè)計的要求。采用18t壓路機(jī)進(jìn)行靜壓，壓實遍數(shù)為1遍。然后人工用自制工具刮平拱起部分，進(jìn)行下道工序施工。

2.6 鋪設(shè)第二層土工格柵

土工格柵垂直于線路方向展開鋪設(shè)，鋪設(shè)時拉直平順，緊貼砂層，不得扭曲、褶皺等，搭接長度不小于30 cm；上下層土工格柵接縫應(yīng)交替錯開，錯開距離不宜小于0.5 m。用綁扎帶將相鄰搭接的土工格柵固定，鋪設(shè)土工格柵的砂層表面平整，不得有堅硬的凸出物。土工格柵鋪設(shè)完成后嚴(yán)禁重型機(jī)械直接在土工格柵上行走和作業(yè)。

2.7 攤鋪整平第三層砂墊層

第三層砂攤鋪時禁止料車直接在土工格柵上行走，先在接頭處用裝載機(jī)配合人工鋪設(shè)砂子，以起到保護(hù)土工格柵的作用。填料攤鋪平整使用裝載機(jī)進(jìn)行初平，再用平地機(jī)進(jìn)行終平，攤鋪厚度采用掛線控制，虛鋪厚度為13 cm。保證攤鋪面在縱向和橫向平順均勻。采用18 t壓路機(jī)靜壓1遍，人工對局部不平整地段采用自制工具刮平。

2.8 攤鋪整平第二層碎石墊層

填筑第二層碎石的時候，同樣需要先用裝載機(jī)先鋪設(shè)一條具有一定厚度的進(jìn)料口，并保證每車料及時攤平，下一車沿著前一車鋪設(shè)的路進(jìn)入場地卸料。使用推土機(jī)初平，再使用平地機(jī)進(jìn)行終平，攤鋪厚度使用掛線進(jìn)行控制，虛鋪厚度控制在35cm～36cm，并保證攤鋪面在縱向和橫向平順均勻。

根據(jù)分成作業(yè)要求，選擇壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，確保壓實達(dá)到設(shè)計的要求。壓實順序應(yīng)先兩側(cè)后中間，先慢后快，先靜壓后弱振的程序進(jìn)行碾壓。采用半輪碾壓法，并且壓路機(jī)的速度不超過4 km/h，由于砂墊層很難壓實，所以第二層碎石墊層需要碾壓的遍數(shù)要多一些，可以根據(jù)相鄰兩遍碾壓的高差判斷，當(dāng)高差很小時可以自檢。一般情況下，碾壓6遍應(yīng)可以滿足要求。

3 褥墊層的作用

3.1 確保樁、土共同作用

若路基基底下面不設(shè)褥墊層，路基直接與樁和土接觸，在垂直荷載作用下，樁承受較多的荷載，隨著時間的增加，樁發(fā)生一定的沉降，荷載逐漸向軟土轉(zhuǎn)移，樁承擔(dān)的荷載隨時間增加逐漸減少。

對CFG樁復(fù)合地基，當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時，樁和樁間土都要發(fā)生變形，樁的模量遠(yuǎn)比土大，樁比土的變形小，由于在基礎(chǔ)下設(shè)置0.8 m厚度的褥墊層，樁可以向上刺入，伴隨這一變化過程，褥墊層的材料不斷補(bǔ)充到樁間土上，借助褥墊層的調(diào)整作用，在垂直荷載作用下樁與土共同承擔(dān)。

3.2 有效調(diào)整樁、土應(yīng)力比

由于CFG樁的樁身模量遠(yuǎn)大于樁間土，一般樁土應(yīng)力比較大，但是通過褥墊層的作用，可以有效減小應(yīng)力比，這樣充分發(fā)揮CFG樁的作用，隨著褥墊層厚度增大，樁、土的應(yīng)力比減小，最后趨向于一定值，較好地發(fā)揮樁和土的承載力達(dá)到降低工程造價的目的。

3.3 改善路基基底的受力狀態(tài)

由于CFG樁屬于半剛性、剛性樁，當(dāng)不設(shè)計褥墊層時，樁對基礎(chǔ)的應(yīng)力集中很明顯，這時就要考慮樁對路基基礎(chǔ)的沖切破壞，當(dāng)褥墊層厚度在0.8 m左右時，樁對路基基礎(chǔ)的應(yīng)力集中明顯減小，確保樁與樁間土共同受力。

3.4 調(diào)整地基變形

褥墊層厚度的調(diào)節(jié)可以影響樁土荷載的分配，根據(jù)這一原理，在CFG樁復(fù)合地基的應(yīng)用中，可以通過調(diào)整褥墊層的厚度來消除地基的不均勻性，使樁與樁間土協(xié)調(diào)變形。褥墊層的存在可有效減少樁體中的應(yīng)力，這對低強(qiáng)度CFG樁有很重大的意義，因為低強(qiáng)度樁在荷載的作用下，樁體剪切往往發(fā)生在淺部，它減少了樁體破壞的可能性，使復(fù)合地基能夠充分地發(fā)揮承載能力。

4 褥墊層施工中應(yīng)注意的問題

褥墊層鋪設(shè)應(yīng)在CFG樁體施工完成后，清除樁間土和樁頭截至樁頂設(shè)計標(biāo)高，CFG樁靜載荷試驗和低應(yīng)變檢測完成且滿足設(shè)計要求后再進(jìn)行，施工時嚴(yán)禁將樁頭埋入褥墊層內(nèi)。

褥墊層材料一般為粗砂、中砂，碎石，但是不宜選用卵石，卵石的咬合力弱，施工擾動容易使褥墊層厚度不均勻，虛鋪完成后的褥墊層根據(jù)厚度及分布面積采用靜力壓實至設(shè)計厚度，機(jī)械碾壓施工中應(yīng)注意防止出現(xiàn)“橡膠土”或“翻漿”現(xiàn)象，若出現(xiàn)應(yīng)將褥墊層及受擾動的土層挖掉，重新處理。

5 結(jié)束語

通過以上的分析及工程實踐可知，在CFG樁復(fù)合地基中通過褥墊層技術(shù)使樁和樁間土的應(yīng)力分別達(dá)到調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào)，減少了路基基礎(chǔ)的應(yīng)力集中和減少了樁頂應(yīng)力集中的作用，而且褥墊層的設(shè)置使復(fù)合地基中樁與樁間土共同作用，并充分發(fā)揮了復(fù)合地基中樁間土的作用，降低了工程造價。