营口沿海产业基地铁路水泥搅拌桩的成桩及检测

2013-09-04赵璧

铁道标准设计 2013年2期

赵璧

(沈阳铁道勘察设计院有限公司，沈阳 110013)

1 工程概况

营口沿海产业基地位于营口市西海岸低产盐田和滩涂区域内，产业基地铁路走行范围内分布着广泛的软土地基，为满足路基稳定性及工后沉降技术要求，设计采用水泥搅拌桩对基底进行加固处理。

产业基地铁路全长 24.45 km，路基工程总长23.37 km，地基需要加固区段总长为22.10 km，占路基工程总长的94.57%。施工前开展了对水泥搅拌桩的成桩试验及检测，目的是为水泥搅拌桩的设计及施工提供必要的参数，这对于铁路的正常施工及运营具有重要的意义。

1.1 工程地质概况

营口沿海产业基地铁路水泥搅拌桩成桩检测试验段位于线路DK17+300处，路堤填筑于一低产盐田内，路堤填方高度为2.0 m。试验段地质情况如下(从上至下):表层为淤泥，0.5 m厚，灰褐色、流塑，承载力60 kPa;粉质黏土，1.9 m厚，黄褐色、软塑;粉质黏土，2.1 m厚，灰色、软塑;粉质黏土，5.2 m厚，灰色、流塑;粉土，2.7 m 厚，灰色、中密、饱和;粉土，3.7 m 厚，灰色、密实、潮湿、见少量云母碎屑;细砂，8.4 m厚，黄褐色、中密、饱和、含少量黏性土，承载力210 kPa。地下水埋深为0.1 m。

粉质黏土的主要物理、力学指标: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，内摩擦角4.8°～22°。

粉土的主要物理、力学指标: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，内摩擦角6.1°～13.4°。

1.2 地基处理方案

试验段试算桩长为12.0 m，桩径d=0.5 m，正三角形布置，桩间距为1.1 m及1.3 m两种。清除表层淤泥后在桩顶设置0.5 m厚的碎石垫层，垫层内铺设1层50 kN/m高强度双向拉伸土工格栅。由于试验段毗邻渤海，地下水具有氯盐环境，作用等级为L3级，故在普通硅酸盐水泥中掺入3%的粉煤灰作为胶凝材料。

1.3 施工设备

水泥搅拌桩的施工设备采用SJB-Ⅰ和SJB-Ⅱ深搅钻机、NJ-600型搅拌机、80型注浆泵。

1.4 施工工艺参数及流程

1.4.1 施工工艺参数

钻进提升速度:0.6～1.2 m/min

转速:56 r/min

喷浆压力:0.4～0.9 MPa

1.4.2 工艺流程

(1)施工准备:水泥搅拌桩施工现场事先应予以平整，清淤;

(2)桩机就位;

(3)喷浆搅拌下沉至设计加固深度+0.2 m，停止提升继续搅拌30 s;

(4)提升搅拌，在搅拌头尖部距预定停浆面1.3～1.8 m时(即搅拌头的长度)停止提升，继续搅拌30 s后再提出钻头;

(5)重复喷浆搅拌下沉至设计加固深度+0.2 m，停止提升继续搅拌30 s;

(6)重复提升搅拌至预定的停浆面，在搅拌头尖部距预定停浆面1.3～1.8 m时(即搅拌头的长度)停止提升，继续搅拌30 s后再提出钻头。

试验段共计布桩24组，每组9根，布桩的具体形式见图1，参数见表1。

图1 水泥搅拌桩布置形式

表1 各组水泥搅拌桩参数

续表1

2 成桩试验及检测

2.1 复合地基静荷载试验

试验采用堆载法进行。

2.1.1 荷载板

复合地基荷载板为正方形厚钢板，边长分别为1.02 m和1.20 m，水泥搅拌桩为等边三角形布置，处理面积分别为1.04 m2(桩间距为1.1 m)和1.44 m2(桩间距为1.3 m)。压板底高程与基础地面设计高程相同，压板下中粗砂垫层厚10 cm，试坑长度与宽度均大于压板尺寸的3倍。

2.1.2 加荷系统

由1 000 kN级油压千斤顶、高压油管、联接头、0.4级精密压力表及高压电动油泵组成。千斤顶型号为QW-100型，行程200 mm，压力表量程为60 MPa，精度为0.4级。

2.1.3 沉降观测系统

由基准梁、CZ-6型磁性表座及2块大量程百分表组成。基准梁由2根6.0 m的［16型钢组成，垂直于试验主梁布置在基准桩上。基准桩、试桩间中心距离不小于4d，百分表安装在压板上。百分表量程为50 mm，精度为0.01 mm。

2.1.4 堆载

(1)共分10级加荷，每级荷载分别为25 kN(桩间距为1.1 m)和35 kN(桩间距为1.3 m)。

(2)每加一级荷载前后各记录承压板沉降量一次，以后每隔30 min测读1次。当1 h内沉降量小于0.1 mm时，即可施加下一级荷载。沉降稳定标准为每级荷载作用下，沉降速度小于0.1 m/h。

(3)终止加荷条件

当满足如下条件之一时，即可终止加荷:

①达到最终荷载控制值且沉降已经稳定时;

②承压板的累计沉降量已经大于其宽度或直径的6%;

③当达不到极限荷载而最大加载压力已经大于设计要求压力值的2倍。

(4)卸载及卸载观测

卸载时，卸载值为每级加载值的2倍，每卸一级间隔0.5 h，读计回弹量，逐级卸荷至0。

(5)单桩复合地基承载力特征值的确定原则

当压力-沉降曲线上极限荷载能确定且其值不小于对应比例界限的2倍时，可取比例界限;当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的1/2。

当压力-沉降曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定;对水泥搅拌桩复合地基，可取s/b(s为沉降量、b为正方形荷载板宽度)等于0.006所对应的压力，按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的1/2。

2.2 抽芯试验及无侧限抗压强度试验

采用抽芯试验对水泥搅拌桩质量进行评价，试验依据《铁路路基工程施工质量验收标准》(TB10414—2003)中的有关规定执行［1］。

桩身抽芯检测采用XY-100型钻机，钻进前检查测量取芯钻具。钻机设备安装周正、稳固、底座水平;钻机立轴中心、天轮中心与孔口中心在同一铅垂线上，钻进过程中确保钻孔的垂直度，其误差不大于1%。

采用双管取芯器，钻孔位置在桩直径1/4处，钻进压力、转速、给水要适中，提钻、下钻慢速均匀，清水钻进。

钻孔直径不应小于108 mm，取芯直径不应小于95 mm，每个回次不大于1.0 m，总取芯率保证在80%以上。全桩长抽芯，在桩顶1.0 m以下截取设计规定龄期的试件做无侧限抗压强度试验，取3个不同深度的芯样试件做无侧限抗压强度试验。

对抽取的芯样进行描述，包括钻进回次进尺、芯样的颜色、含灰量、搅拌均匀程度、软硬程度、取样编号及位置等。

取出的芯样应有效密封，防治水分散失，及时送达试验室进行抗压强度试验。

通过芯样含灰量的情况、搅拌的均匀程度坚硬程度、完整性，桩身强度等判断桩身质量。如果试验结果达不到设计要求时，应另行选桩加倍抽检，如仍有试验结果达不到设计要求，应进行单桩及复合地基荷载试验，并以此结果作为质量评定的最终依据。

3 试验成果分析

3.1 单桩复合地基静荷载试验

(1)在水泥搅拌桩龄期达到14 d后，进行了4组桩的复合地基试验，分别为 A1-5、B2-5、C2-5和 E2-5号桩。其中A1-5、B2-5号桩复合地基静荷载Q-S曲线均呈缓变型，复合地基承载力按相对变形值确定。可取s/b=0.006(b为正方形载荷板宽度)作为承载力特征值的截取标准，按相对变形值确定的承载力特征值不大于最大加载力的1/2。由于本线铁路等级为Ⅱ级，天然地基承载力不应小于 0.12 MPa，所以取120 kPa为A1-5、B2-5号水泥搅拌桩承载力的特征值，满足设计要求。而C2-5和E2-5号水泥搅拌桩当加荷载至240 kPa时，沉降急剧增大，承压板周围土出现明显的裂纹，此时终止试验，其极限荷载为出现陡降时的前一级，即为216 kPa，可取极限荷载的一半108 kPa为复合地基承载力的特征值。

(2)在水泥搅拌桩龄期达到28 d后，对其他各桩进行了单桩复合地基承载力试验，除了4组桩(水泥掺入量为15%)未能达到设计要求外，其他各组桩均满足了设计要求。详见表2。