渣土樁處理鐵路基底雜填土的應(yīng)用研究

梁 兵

(中航勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100098)

1 概述

在鐵路選線過(guò)程中，城市近郊的垃圾場(chǎng)往往成為障礙，如果繞行往往造成征地困難及費(fèi)用驟增，所以常常將線路從垃圾場(chǎng)地上通過(guò)，但這些區(qū)域的地基承載力低，常常不能直接采用天然地基來(lái)使用，需要挖除換填或其他地基處理手段。而垃圾場(chǎng)往往由于厚度大，挖除換填造價(jià)較高;而常用的地基處理方法，由于在渣土中，不容易實(shí)施且成本較高。因此，提出一種兼強(qiáng)夯與擠密效果——渣土樁作為鐵路路基基底。渣土樁在工民建或市政行業(yè)已有不少成功案例［1-8］，在鐵路行業(yè)有少量工程案例［9-12］;它不僅節(jié)約了工程造價(jià)，且能實(shí)現(xiàn)低碳綠色，應(yīng)用前景廣闊。渣土樁地基處理的技術(shù)，已積累了一些經(jīng)驗(yàn)，但只局限于渣土樁加固地基優(yōu)缺點(diǎn)、加固機(jī)理、參數(shù)優(yōu)化和施工工藝等方面，對(duì)于渣土樁的施工驗(yàn)收要求和沉降控制標(biāo)準(zhǔn)等方面還需要進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試研究。

2 雜填土的工程性質(zhì)

雜填土場(chǎng)地往往由于堆積時(shí)間短、成分復(fù)雜、有機(jī)質(zhì)含量高，導(dǎo)致該類型土的壓縮性大、侵蝕性強(qiáng)、壓實(shí)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)工程構(gòu)筑物產(chǎn)生不利影響。這是由于施工期間的人為擾動(dòng)、建筑物的自重、渣土固結(jié)等作用，對(duì)一些樁基礎(chǔ)還將會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩擦力，導(dǎo)致樁基的承載能力降低;且雜填土不均勻性，還將引起樁基礎(chǔ)不均勻沉降，從而導(dǎo)致建筑物等脆性材料的開裂破壞;垃圾等酸性物質(zhì)將對(duì)工程的混凝土、鋼筋的腐蝕性產(chǎn)生不利影響。

3 渣土樁的工作機(jī)理

孔內(nèi)重錘夯實(shí)擠密樁是一種介于強(qiáng)夯與擠密加固理論的新型地基加固技術(shù)，是先在地面成孔，再向孔內(nèi)定量分層填料、夯實(shí)，使填料再次向孔底及孔周側(cè)向擠壓，完成對(duì)樁體及樁周土的擠密效果。當(dāng)孔內(nèi)填料采用如碎磚、混凝土塊、瓦礫、灰塊、礫石、砂土等不含有機(jī)物的建筑垃圾時(shí)，該樁即為渣土樁。渣土樁具備施工速度快、投資少、環(huán)保效益佳等優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。它可以較大程度地提高地基承載力，減少地基變形，增強(qiáng)基礎(chǔ)的抗震性，并能消化大量廢渣土。渣土樁是將重錘的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為沖擊能，產(chǎn)生很大的動(dòng)應(yīng)力和沖擊波，致使地基土孔隙壓縮，在夯擊點(diǎn)周圍一定深度(4 m～10 m)內(nèi)產(chǎn)生裂隙，形成良好的排氣通道，使土中孔隙中氣體順利逸出，土體隨之固結(jié);從而在有效影響深度范圍內(nèi)使土體達(dá)到了密實(shí)，從而提高了強(qiáng)度，降低了壓縮性的目的。總的來(lái)說(shuō)，渣土樁的作用機(jī)理可分宏觀機(jī)理和微觀機(jī)理。宏觀機(jī)理就是從地基土所受沖擊力、應(yīng)力波的傳播對(duì)加固效果的影響等方面;微觀機(jī)理，則對(duì)沖擊力作用下土的微觀結(jié)構(gòu)的變化，如土顆粒的微觀特性、顆粒的排列分布。

4 工程實(shí)例分析

4．1 雜填土條件

場(chǎng)地位置有50多萬(wàn)平方米為新近傾倒垃圾，且分布無(wú)序。

4．2 地基處理方法的比選

根據(jù)國(guó)內(nèi)外該類型地基的處理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合場(chǎng)地周邊環(huán)境和北京市政府的要求，且達(dá)到路基承載能力要求和處理后沉降不大于30 cm等要求，綜合比較了強(qiáng)夯、渣土樁、注漿等方案的經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)性。強(qiáng)夯因產(chǎn)生噪聲大，環(huán)境干擾嚴(yán)重，遭到地方政府反對(duì)，而未實(shí)施;重點(diǎn)對(duì)注漿和渣土樁方案進(jìn)行對(duì)比選取。注漿存在注漿不同步、串漿、跑漿嚴(yán)重等工程問(wèn)題;而渣土樁施工過(guò)程簡(jiǎn)單、填料就地取材，極限承載力能達(dá)到300 kPa以上;從經(jīng)濟(jì)性分析注漿平均在700元/m(孔間距2．5 m)，渣土樁的平均成本在130元/m2～150元/m2(10 m、三角形布置、間距1．6 m)。因此，最終選定采用渣土樁進(jìn)行加固，采用樁徑0．6 m，樁長(zhǎng)為10 m，樁間距1．6 m的等邊三角形布置。

4．3 渣土樁的施工

4．3．1 施工工藝

采用專用的施工機(jī)械，采用重錘沖擊成孔，能使樁身周圍渣土得到第一次擠密;同時(shí)，向孔中分層填入渣土，再用重錘夯實(shí)，使周圍土體得到第二次擠密，用單擊灌入度作為收錘標(biāo)準(zhǔn)。

處理過(guò)程中，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)填埋的垃圾篩分，除去生活垃圾及粒徑15 cm以上渣土，且在其余的渣土中摻入15%的卵石或碎石的粗骨料，樁身填料量為0 m～0．4 m范圍，補(bǔ)料0．15 m3;樁身4 m以下，每次0．3 m3，填料后的錘擊數(shù)不小于3擊，最后一擊的灌入度不大于20 cm，如不滿足要求時(shí)，則成孔深度需繼續(xù)加大。

4．3．2 工程問(wèn)題及處理辦法

1)塌孔。孔口塌孔是施工的一大難點(diǎn)，由于北京的地下水位較低，填土的含水量小且結(jié)構(gòu)松散，在受到重錘反復(fù)振動(dòng)下，孔口渣土將不斷坍塌到孔內(nèi)，嚴(yán)重影響成孔速度;通過(guò)將孔口土層含水率調(diào)整到14%～18%，或者加裝護(hù)筒的方法可以有效的確保孔壁穩(wěn)定。

2)生活垃圾。由于生活垃圾對(duì)地基穩(wěn)定性影響較大，必須將生活垃圾篩除，而篩分或粉碎后的建筑垃圾回填后，將形成具有一定防滲性的覆蓋層。

4．3．3 施工中質(zhì)量控制

1)夯擊成孔:夯擊控制落錘錘距6 m，每次填料的錘擊數(shù)量不小于3擊。

2)樁體填料:要按照要求對(duì)垃圾土進(jìn)行篩分，嚴(yán)格按添加粗骨料量加入并攪拌均勻。

3)樁體位移:樁體位置應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量并在施工中確保樁體位移不大于0．5倍的樁徑。

4)過(guò)程檢查:施工要嚴(yán)格按照工藝實(shí)施，過(guò)程中要對(duì)骨料含量、粒徑、樁的布置形式和數(shù)量、樁長(zhǎng)、渣土灌入量、樁身密實(shí)度和樁基承載力進(jìn)行檢查評(píng)定和驗(yàn)收。

4．4 加固效果的檢測(cè)及驗(yàn)收

4．4．1 雜填土原始條件調(diào)查

雜填土的重型動(dòng)力觸探修正后擊數(shù)平均值為6．8，波速平均值為143 m/s，說(shuō)明雜填土結(jié)構(gòu)性差，處于松散～稍密狀態(tài)。

4．4．2 檢測(cè)方案

委托獨(dú)立的第三方進(jìn)一步驗(yàn)證地基的加固效果:1)渣土樁樁身密實(shí)度檢測(cè);2)對(duì)樁間土的擠密加固效果進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)檢測(cè)進(jìn)一步驗(yàn)證渣土樁加固地基方式可以滿足工程需要。

渣土樁樁身密實(shí)度檢測(cè)。在施工結(jié)束后7 d～14 d內(nèi)，利用63．5 kg穿心重錘完成動(dòng)力觸探，每10 cm記錄錘擊次數(shù)，再進(jìn)行桿長(zhǎng)修正，并按照0 m～2 m，2 m～4 m，4 m以下取算術(shù)平均值作為評(píng)定數(shù)據(jù)。復(fù)合地基承載力。施工結(jié)束14 d后，根據(jù)試驗(yàn)點(diǎn)的面積置換率大小選取不同的靜載試驗(yàn)承壓板。分別選取1．6 m×1．6 m和1．8 m×1．8 m的承壓板，分八個(gè)等級(jí)進(jìn)行逐級(jí)加載，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)的最大加載值確定為300 kPa。

4．4．3 檢測(cè)結(jié)果分析

1)重型動(dòng)力觸探檢測(cè)。

雜填土處理前，重型動(dòng)力觸探最小值為4擊，動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 樁間土重型動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果表

根據(jù)重型動(dòng)力觸探結(jié)果分析，2根渣土樁中，樁身2 m～4 m修正后動(dòng)力觸探的平均值N63．515擊/10 cm～20擊/10 cm，不小于設(shè)計(jì)要求的9擊/10 cm;樁身4 m以下修正后動(dòng)力觸探的平均值N63．513擊/10 cm～19擊/10 cm，不小于設(shè)計(jì)要求的12擊/10 cm。樁頂以下0 m～2 m修正后動(dòng)力觸探的平均值N63．515擊/10 cm～21擊/10 cm。通過(guò)對(duì)渣土樁的試驗(yàn)檢測(cè)，可以看出設(shè)計(jì)采用的渣土樁及其施工采用的指標(biāo)滿足工程需要。

對(duì)10個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的渣土樁體進(jìn)行重型動(dòng)力觸探，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 渣土樁重型動(dòng)力觸探檢測(cè)結(jié)果

2)復(fù)合地基承載力檢測(cè)。

檢測(cè)選取了2個(gè)點(diǎn)作為試驗(yàn)點(diǎn)，試驗(yàn)最大加載為設(shè)計(jì)承載力的2倍，即300 kPa作為終止荷載。圖1為樁號(hào)9400的Q—s曲線、s—lg t曲線。

圖1 復(fù)合地基承載力檢測(cè)

根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果，載荷沉降關(guān)系曲線為正常的弧形，無(wú)明顯拐點(diǎn)，按相對(duì)沉降S/b確定復(fù)合地基承載力。S/b=0．001 9～0．003 8＜0．01，在最大加載時(shí)未出現(xiàn)破壞狀態(tài)，說(shuō)明復(fù)合地基承載力基本滿足設(shè)計(jì)要求的150 kPa。

4．4．4 竣工驗(yàn)收

渣土樁處理鐵路路基施工質(zhì)量的驗(yàn)收，鐵路暫無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，擬提出以下的竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):1)渣土樁檢驗(yàn)批按照不大于1 000根為一檢驗(yàn)批。2)渣土樁驗(yàn)收的主控項(xiàng)目為粗骨料含量、粒徑、布置形式和數(shù)量、渣土灌入量、樁長(zhǎng)、樁身密實(shí)度、渣土樁的間距、樁徑、垂直度、復(fù)合地基承載力等指標(biāo)。3)原材料的檢驗(yàn)，正確記錄進(jìn)場(chǎng)的批次和按抽樣檢測(cè)方案執(zhí)行。4)檢驗(yàn)批、分項(xiàng)工程須由監(jiān)理工程師組織驗(yàn)收且填寫相關(guān)表格。

5 結(jié)語(yǔ)

1)系統(tǒng)的研究了渣土樁工作機(jī)理，認(rèn)為渣土樁作用機(jī)理分宏觀機(jī)理和微觀機(jī)理，宏觀機(jī)理是微觀機(jī)理的外部表現(xiàn)，而微觀機(jī)理是宏觀機(jī)理的內(nèi)部依據(jù)。2)渣土樁處理后，場(chǎng)地的地基承載力從原來(lái)60 kPa～120 kPa提高至150 kPa及以上，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足路基工程的需要。3)系統(tǒng)地提出了渣土樁的施工工藝和質(zhì)量控制措施，為后續(xù)工程提供施工依據(jù)。

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