高速鐵路載體樁復合地基施工技術研究

鄭衛東

(北京鐵研建設監理有限責任公司，北京 102600)

0 引言

近年來，在建筑、公路等工程領域，載體樁技術的應用越來越廣泛。載體樁通過擴大頭設置，可有效加強淺層承載層，單樁承載力較高，減小加固深度，降低成本。因此，在軟弱地基處理中，復合載體夯擴樁具有顯著優勢。高速鐵路路基對工后沉降具有極為嚴格的要求，且標準在建筑地基之上。為此，必須重視高速鐵路軟基處理方法的合理選擇。本文提出了采用載體樁復合地基處理高速鐵路路基，以期全面提升工程質量，解決路基不均勻沉降問題。

1 載體樁優缺點分析

基于夯擴樁的基礎上，復合載體夯擴樁應運而生。一般來講，混凝土材料是夯擴樁擴大頭的主要材料，而建筑垃圾是復合載體夯擴樁擴大頭的主要材料。相比混凝土材料，其樁端持力層無論是擠密效果、亦或是壓實效果均遠遠高于混凝土材料；同時，具有更高承載力，并能大幅降低成本。其優缺點如表1所示。

表1 載體樁優缺點

2 載體樁復合地基的加固機理

載體樁是復合載體夯擴樁的簡稱，干硬性混凝土、填充料、擠密土體等為復合載體的主要構成成分，施工過程中，主要采用細長錘夯擊，護筒跟進成孔，待滿足設計要求后，將細長錘拔出護筒底相應深度，并將填充料、混凝土等材料依次放入孔內，通過細長錘進行多次夯實，最終滿足設計規定，構成一個復合載體，之后再進行混凝土樁身施工。

載體樁不僅屬于混凝土樁身，還屬于復合載體，可利用側摩阻力將樁身部分荷載向樁側土體傳遞，同時，向樁端以下深層土體傳遞上部荷載。若樁間土體具有較低承載力，可通過樁基礎受力，利用承臺或承臺梁把上部荷載向混凝土樁身傳遞，并由此向樁周土體和復合載體傳遞，最終向載體下土體傳遞大部分荷載。圖1為載體樁示意圖。

圖1 載體樁示意圖

3 工程概況

某高速鐵路工程經地質勘查結果顯示，自上而下土層情況如下。

1)填土，灰褐色，潮濕，中密，主要為磚灰渣，0～2 m深，110 MPa為本土層承載力標準值。

2)黏土，淺灰色，呈硬塑狀，2～6 m深，110 MPa為本土層承載力標準值。

3)細砂，褐黃色，呈飽和狀，密實，主要為石英、長石材料，6～9 m厚，210 MPa為本土層承載力標準值。

4)粉質黏土，黃褐色，呈硬塑狀，9～15 m厚，140 MPa為本土層承載力標準值。

5)黏土，褐黃色，呈硬塑狀，15～20 m厚，180 MPa為本土層承載力標準值。

6)粉質黏土，黃褐色，呈軟塑樁，厚20 m以上，200 MPa為本土層承載力標準值。

根據載體樁特點可知，在粉土、砂土、硬塑狀態的黏性土等土層中載體樁具有良好的適應性，由土層情況表明，粉質黏土和黏土層等松軟土多位于“樁頂—樁頂以下6 m”位置，其中還存有一層細砂層。經分析，決定在6～9 m深密實砂層布設載體樁擴大頭端，樁的具體情況如表2所示。

表2 載體樁的具體情況 單位：m

4 載體樁復合地基施工技術要點

在高速鐵路工程中，載體樁復合地基施工法應用時間較短，為保證施工質量，必須規范施工工序(見圖2)，掌握施工技術要點，提高施工水平。

圖2 載體樁施工流程

4.1 “跳打”施工

載體樁施工時很大可能會影響相近樁的質量，因此，可選擇“跳打”施工法。作為一種性能良好的擠密灌注樁，載體樁在打樁過程中，應嚴格按照“中間—兩側、深—淺”的順序進行施工。一般情況下，混凝土為流態狀時，當天打樁將被影響次數為2次左右(最多)；當混凝土為初凝狀態時，隔天打樁將被影響次數為1次左右(最多)。或在特殊條件下，填料壓實后，若未及時提出套管，在相鄰樁填料施工結束后，再將混凝土灌入處理。

4.2 錘擊跟管施工

保持一定距離通過細長錘夯擊地面，次數為3～5次，保證護筒與樁位對應，隨后增加錘距進行夯擊成孔。按照“錘前、筒后”原則，護筒緊跟細長錘后進行施工，一般來講，可在0.3～0.8 m控制錘出護筒的長度，若軟土含水率較大，那么兩者之間應取0.3 m。施工過程中，可同時進行錘擊、反壓護筒施工，在即將到達樁底標高時，應合理確定錘距，保證護筒和設計標高相符。

成孔時，若遇到障礙物，如硬夾層、大塊石等，須及時清理，若無法清理，須及時上報相關單位，變更樁位。

4.3 重錘填料

成孔達到設計要求后，需提升重錘，高度在投料口以上，將適量填充料投入投料口內即可。須根據施工土體的含水量情況，合理確定填充料的使用量及具體材料類型。一般情況下，多采用較強吸水性的材料，如碎磚等用于高含水量土體，其目的是為了快速將土體水分吸收掉，達到土體固結的效果。填充過程中，應按照“前多后少”原則控制填充量。在此階段，落距要盡可能小一些，避免影響或破壞土體結構。

根據本工程實際情況，錘的落距可控制在6 m左右，采用碎石填充料(粒徑為2～5 cm)，填充量為0.15～0.20 m3/次，錘出護筒底的深度可控制在0.3 m左右。在施工過程中，發現有地下水從樁底滲出，針對這種情況，須向樁底處投擲水泥等材料用于防護，待滲水問題處理后，再繼續填充碎石，并夯實。

4.4 三擊貫入度測定

待完成上述工序，可采用柱錘進行三擊貫入度測定，錘擊次數為3次。在載體樁質量檢測中三擊貫入度是最重要的測定方法，檢測時，可按照遞減的原則進行錘擊，若復合載體不符合要求，須繼續夯擊，直至滿足設計規定。檢測結果為8～9 cm，可滿足小于等于10 cm的設計規定。

4.5 填干硬性混凝土

在施工過程中往往會出現斷樁或縮頸等問題，為進一步增強樁身承載力，提高成樁質量，須將適量干硬性混凝土填筑其內，此類干硬性混凝土坍落度較低，兩者體積比為干硬性混凝土：填充料=3:10，保證與樁身混凝土配合比相同。夯擊到護筒底部，錘出護筒長度應大于5 m，保證所有干硬性混凝土從護筒內擊出。施工中，單樁干硬性混凝土填筑量為0.2 m3/次，隨后錘擊，填入次數為3次，0.6 m3為單樁干硬性混凝土總體填入量。

4.6 樁身灌注

在樁身灌注中，若混凝土具有較差和易性，在拔管過程中勢必會增大摩擦力，即便是拔出混凝土后，仍無法及時擴散，一旦出現這種問題，很容易產生斷樁、縮頸現象，基于此，應加大混凝土質量控制。

經試樁試驗，可確定載體樁混凝土坍落度等參數，如表3所示，保證各項參數滿足設計要求。

表3 載體樁主要參數

在整個施工過程中，很可能會出現拔管速度太快、管內混凝土不足等現象，這種情況下，很難保證混凝土完全落至底部，為避免因填充不足而發生縮頸等問題，須合理控制拔管速度。根據現行標準規范要求，樁身灌注充盈系數須控制在1.0以上，當樁頂超灌超過0.5 m時，需在每分鐘0.8～1.0 m控制拔管速度。若已發生縮頸問題，則應及時采取措施補救，如復打法等，保證灌注施工質量。

5 結語

高速鐵路基礎被破壞或產生變形現象，維修難度較大，且需投入大量財力、人力，針對高速鐵路沿線松軟土區域，必須根據規范要求合理選擇地基處理方式。常見軟基處理方式包括：預應力管樁、CFG樁復合地基等。基于載體樁復合地基的應用優勢，本文結合工程現狀，提出了采用載體復合地基處理高速鐵路路基的施工方案，希望能夠有效控制路基沉降，延長工程使用壽命。