營口沿海產業基地鐵路水泥攪拌樁的成樁及檢測

趙 璧

(沈陽鐵道勘察設計院有限公司，沈陽 110013)

1 工程概況

營口沿海產業基地位于營口市西海岸低產鹽田和灘涂區域內，產業基地鐵路走行范圍內分布著廣泛的軟土地基，為滿足路基穩定性及工后沉降技術要求，設計采用水泥攪拌樁對基底進行加固處理。

產業基地鐵路全長 24.45 km，路基工程總長23.37 km，地基需要加固區段總長為22.10 km，占路基工程總長的94.57%。施工前開展了對水泥攪拌樁的成樁試驗及檢測，目的是為水泥攪拌樁的設計及施工提供必要的參數，這對于鐵路的正常施工及運營具有重要的意義。

1.1 工程地質概況

營口沿海產業基地鐵路水泥攪拌樁成樁檢測試驗段位于線路DK17+300處，路堤填筑于一低產鹽田內，路堤填方高度為2.0 m。試驗段地質情況如下(從上至下):表層為淤泥，0.5 m厚，灰褐色、流塑，承載力60 kPa;粉質黏土，1.9 m厚，黃褐色、軟塑;粉質黏土，2.1 m厚，灰色、軟塑;粉質黏土，5.2 m厚，灰色、流塑;粉土，2.7 m 厚，灰色、中密、飽和;粉土，3.7 m 厚，灰色、密實、潮濕、見少量云母碎屑;細砂，8.4 m厚，黃褐色、中密、飽和、含少量黏性土，承載力210 kPa。地下水埋深為0.1 m。

粉質黏土的主要物理、力學指標:天然含水率26.6% ～37.3%，天然孔隙比0.753～0.997，天然重度18.424 ～19.11 kN/m3，黏聚力4 ～28 kPa，內摩擦角4.8°～22°。

粉土的主要物理、力學指標:天然含水率20.1% ～30.1%，天然孔隙比0.5860～0.804，天然重度19.01 ～19.894 kN/m3，黏聚力5 ～28 kPa，內摩擦角6.1°～13.4°。

1.2 地基處理方案

試驗段試算樁長為12.0 m，樁徑d=0.5 m，正三角形布置，樁間距為1.1 m及1.3 m兩種。清除表層淤泥后在樁頂設置0.5 m厚的碎石墊層，墊層內鋪設1層50 kN/m高強度雙向拉伸土工格柵。由于試驗段毗鄰渤海，地下水具有氯鹽環境，作用等級為L3級，故在普通硅酸鹽水泥中摻入3%的粉煤灰作為膠凝材料。

1.3 施工設備

水泥攪拌樁的施工設備采用SJB-Ⅰ和SJB-Ⅱ深攪鉆機、NJ-600型攪拌機、80型注漿泵。

1.4 施工工藝參數及流程

1.4.1 施工工藝參數

鉆進提升速度:0.6～1.2 m/min

轉速:56 r/min

噴漿壓力:0.4～0.9 MPa

1.4.2 工藝流程

(1)施工準備:水泥攪拌樁施工現場事先應予以平整，清淤;

(2)樁機就位;

(3)噴漿攪拌下沉至設計加固深度+0.2 m，停止提升繼續攪拌30 s;

(4)提升攪拌，在攪拌頭尖部距預定停漿面1.3～1.8 m時(即攪拌頭的長度)停止提升，繼續攪拌30 s后再提出鉆頭;

(5)重復噴漿攪拌下沉至設計加固深度+0.2 m，停止提升繼續攪拌30 s;

(6)重復提升攪拌至預定的停漿面，在攪拌頭尖部距預定停漿面1.3～1.8 m時(即攪拌頭的長度)停止提升，繼續攪拌30 s后再提出鉆頭。

試驗段共計布樁24組，每組9根，布樁的具體形式見圖1，參數見表1。

圖1 水泥攪拌樁布置形式

表1 各組水泥攪拌樁參數

續表1

2 成樁試驗及檢測

2.1 復合地基靜荷載試驗

試驗采用堆載法進行。

2.1.1 荷載板

復合地基荷載板為正方形厚鋼板，邊長分別為1.02 m和1.20 m，水泥攪拌樁為等邊三角形布置，處理面積分別為1.04 m2(樁間距為1.1 m)和1.44 m2(樁間距為1.3 m)。壓板底高程與基礎地面設計高程相同，壓板下中粗砂墊層厚10 cm，試坑長度與寬度均大于壓板尺寸的3倍。

2.1.2 加荷系統

由1 000 kN級油壓千斤頂、高壓油管、聯接頭、0.4級精密壓力表及高壓電動油泵組成。千斤頂型號為QW-100型，行程200 mm，壓力表量程為60 MPa，精度為0.4級。

2.1.3 沉降觀測系統

由基準梁、CZ-6型磁性表座及2塊大量程百分表組成。基準梁由2根6.0 m的［16型鋼組成，垂直于試驗主梁布置在基準樁上。基準樁、試樁間中心距離不小于4d，百分表安裝在壓板上。百分表量程為50 mm，精度為0.01 mm。

2.1.4 堆載

(1)共分10級加荷，每級荷載分別為25 kN(樁間距為1.1 m)和35 kN(樁間距為1.3 m)。

(2)每加一級荷載前后各記錄承壓板沉降量一次，以后每隔30 min測讀1次。當1 h內沉降量小于0.1 mm時，即可施加下一級荷載。沉降穩定標準為每級荷載作用下，沉降速度小于0.1 m/h。

(3)終止加荷條件

當滿足如下條件之一時，即可終止加荷:

①達到最終荷載控制值且沉降已經穩定時;

②承壓板的累計沉降量已經大于其寬度或直徑的6%;

③當達不到極限荷載而最大加載壓力已經大于設計要求壓力值的2倍。

(4)卸載及卸載觀測

卸載時，卸載值為每級加載值的2倍，每卸一級間隔0.5 h，讀計回彈量，逐級卸荷至0。

(5)單樁復合地基承載力特征值的確定原則

當壓力-沉降曲線上極限荷載能確定且其值不小于對應比例界限的2倍時，可取比例界限;當其值小于對應比例界限的2倍時，可取極限荷載的1/2。

當壓力-沉降曲線是平緩的光滑曲線時，可按相對變形值確定;對水泥攪拌樁復合地基，可取s/b(s為沉降量、b為正方形荷載板寬度)等于0.006所對應的壓力，按相對變形值確定的承載力特征值不應大于最大加載壓力的1/2。

2.2 抽芯試驗及無側限抗壓強度試驗

采用抽芯試驗對水泥攪拌樁質量進行評價，試驗依據《鐵路路基工程施工質量驗收標準》(TB10414—2003)中的有關規定執行［1］。

樁身抽芯檢測采用XY-100型鉆機，鉆進前檢查測量取芯鉆具。鉆機設備安裝周正、穩固、底座水平;鉆機立軸中心、天輪中心與孔口中心在同一鉛垂線上，鉆進過程中確保鉆孔的垂直度，其誤差不大于1%。

采用雙管取芯器，鉆孔位置在樁直徑1/4處，鉆進壓力、轉速、給水要適中，提鉆、下鉆慢速均勻，清水鉆進。

鉆孔直徑不應小于108 mm，取芯直徑不應小于95 mm，每個回次不大于1.0 m，總取芯率保證在80%以上。全樁長抽芯，在樁頂1.0 m以下截取設計規定齡期的試件做無側限抗壓強度試驗，取3個不同深度的芯樣試件做無側限抗壓強度試驗。

對抽取的芯樣進行描述，包括鉆進回次進尺、芯樣的顏色、含灰量、攪拌均勻程度、軟硬程度、取樣編號及位置等。

取出的芯樣應有效密封，防治水分散失，及時送達試驗室進行抗壓強度試驗。

通過芯樣含灰量的情況、攪拌的均勻程度堅硬程度、完整性，樁身強度等判斷樁身質量。如果試驗結果達不到設計要求時，應另行選樁加倍抽檢，如仍有試驗結果達不到設計要求，應進行單樁及復合地基荷載試驗，并以此結果作為質量評定的最終依據。

3 試驗成果分析

3.1 單樁復合地基靜荷載試驗

(1)在水泥攪拌樁齡期達到14 d后，進行了4組樁的復合地基試驗，分別為 A1-5、B2-5、C2-5和 E2-5號樁。其中A1-5、B2-5號樁復合地基靜荷載Q-S曲線均呈緩變型，復合地基承載力按相對變形值確定。可取s/b=0.006(b為正方形載荷板寬度)作為承載力特征值的截取標準，按相對變形值確定的承載力特征值不大于最大加載力的1/2。由于本線鐵路等級為Ⅱ級，天然地基承載力不應小于 0.12 MPa，所以取120 kPa為A1-5、B2-5號水泥攪拌樁承載力的特征值，滿足設計要求。而C2-5和E2-5號水泥攪拌樁當加荷載至240 kPa時，沉降急劇增大，承壓板周圍土出現明顯的裂紋，此時終止試驗，其極限荷載為出現陡降時的前一級，即為216 kPa，可取極限荷載的一半108 kPa為復合地基承載力的特征值。

(2)在水泥攪拌樁齡期達到28 d后，對其他各樁進行了單樁復合地基承載力試驗，除了4組樁(水泥摻入量為15%)未能達到設計要求外，其他各組樁均滿足了設計要求。詳見表2。

表2 單樁復合地基靜荷載試驗成果

對24組單樁復合地基靜荷載試驗所取得的試驗數據及各種不同參數的設計進行對比分析，如表3所示。

從表3可以看出，水泥摻入比為15%的水泥攪拌樁單樁復合地基承載力合格率較低，占該類樁的37.5%;水泥摻入比為18%的水泥攪拌樁單樁復合地基承載力合格率較高，占該類樁的87.5%;水泥摻入比為20%的水泥攪拌樁單樁復合地基承載力合格率為100%。

表3 單樁復合地基靜荷載試驗成果對比分析

從樁間距分析，本次試驗為2種樁間距等邊三角形的布置，分別為1.1 m和1.3 m，通過28 d齡期后的靜荷載試驗結果可知，兩種樁間距都能滿足設計要求。

對于是否清淤，通過本次試驗的數據表明，清淤和未清淤的單樁復合地基承載力均能滿足設計要求，但清淤的單樁復合地基最終沉降量要好于未清淤的單樁復合地基最終沉降量。

3.2 抽芯試驗

在攪拌樁達到14d和28d齡期之后進行了抽芯試驗，所抽芯各水泥攪拌樁芯樣完整性檢測結果見表4。

通過表4可以看出，水泥摻入比為15%的樁群，6.0 m以上部分較好，6.0 m以下的部分固結差，部分不成樁，強度較軟。水泥摻入比為18%的樁群，10.0 m以上部分較好，10.0 m以下的部分固結差，部分不成樁，強度較軟。水泥摻入比為20%的樁群，全樁攪拌均勻，強度好，成樁效果優良。

4 結論

全線軟土路基工點通過試算后確定的水泥攪拌樁樁長基本在8.0～10.0m，極少數工點的樁長達到12.0 m。綜合單樁復合地基靜荷載試驗和抽芯試驗，在保證工程質量、工期安排、工程經濟合理性等因素綜合分析，采用水泥摻入比為18%、樁間距為1.3 m等邊三角形布置的水泥攪拌樁施工是合適的。

表4 水泥攪拌樁抽芯芯樣完整性檢測結果

［1］中華人民共和國鐵道部.TB10414—2003 鐵路路基工程施工質量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10106—2010 鐵路工程地基處理技術規程［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10751—2010 高速鐵路路基工程施工質量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.

［4］鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·路基(修訂版)［M］.北京:中國鐵道出版社，1992.

［5］屈曉輝，崔俊杰.客運專線鐵路路基設計技術［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［6］龔曉南.地基處理手冊［M］.2版.北京:中國建筑工業出版社，2000.

［7］龔曉南.復合地基理論及工程應用［M］.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［8］張光宗，王連俊.基坑降水對京滬高速鐵路CFG樁-筏復合地基沉降的影響分析［J］.鐵道標準設計，2011(12):30-32.

［9］李懿，王連俊，張光榮.京滬高速鐵路濟南西站復合地基施工期的沉降分析［J］.鐵道標準設計，2011(12):33-35.

［10］徐偉，杜雪峰.京滬高速鐵路濟南西站CFG樁復合地基土模旋切截樁現澆樁帽施工技術［J］.鐵道標準設計，2011(12):36-38.

［11］馬偉珊，趙勇.大西客運專線路基CFG樁施工檢測及質量控制［J］.鐵道標準設計，2011(S):45-48.