水泥土挤密桩处理湿陷性黄土路基技术研究

范森+FAN+Sen

摘要： 本文主要对有砟轨道路基段水泥土挤密桩工艺特点和控制要点，地基处理质量检测项目、方法，地基处理效果等进行总结。

Abstract： This paper mainly sums up the process features and control points of cement soil compaction pile in the subgrade section of ballastless track， and quality testing items and methods of foundation treatment and the effect of foundation treatment.

关键词： 砂质新黄土；湿陷性；水泥土挤密桩

Key words： sandy loess；collapsibility；cement soil compaction pile

中图分类号：U416.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）12-0136-04

0 引言

通过湿陷性砂质新黄土路基采用水泥土挤密桩进行软基处理施工的技术总结，掌握了水泥土挤密桩工艺特点和控制要点，地基处理质量检测项目、方法。达到在高速铁路、客运专线、重载铁路等工程软基处理推广要求。

1 工程概述

新建蒙西至华中地区铁路煤运通道MHTJ-4标位于陕西省榆林市靖边县和延安市安塞县境内，起讫里程为DK236+018.05-DK266+938.00，全长30.92km。合同造价22.84亿元。合同工期2015年8月1日～2020年3月1日，工期55个月。路基共分21段，全长4095.16m。占线路总长的13.24%，路基土石方120.3 m3。路基最长段521m， 路基最短5m。线路中心最大挖深36.81m，最大填高16.95m。地基处理形式主要有：改良土换填171350m3、柱锤冲扩桩18078m、水泥土挤密桩172188m、鉆孔灌注桩3547m、强夯17996m2、冲击碾压51059m2、堆载预压11884m2。路基工程设置集料拌和站一处。

1.1 技术标准

①铁路等级：国铁Ⅰ级；

②正线数目：双线；

③最小曲线半径：1200m；

④限制坡度： 13‰；

⑤牵引种类：电力；

⑥牵引质量：10000吨；

⑦闭塞类型：自动闭塞；

⑧设计活载：桥涵设计列车竖向静活载采用1.2倍ZH活载（2005）。

1.2 工程地质

地形地貌：本标段路基通过毛乌素沙漠与黄土高原过渡区，地形起伏较大，冲沟发育。地层岩性及工程地质特征：砂质新黄土（Q■■）：浅黄色，稍密～密实，稍湿，砂感较强，土粒成份以粉粒为主，具垂直节理，具大孔隙，具湿陷性，具湿陷性，湿陷深度0～20m，湿陷系数δs=0.017～0.093属Ⅳ（很严重）自重湿陷性黄土，σ0=150～180kPa；细沙（Q■■）：浅黄色，密实，稍湿，厚度0～2m，σ0=350kPa。水纹地质条件：表无明水，地下水埋深13.8～59.1m，地下水具有侵蚀性，环境作用等级L1、H1、Y1；土壤具有侵蚀性，环境作用等级H2、Y3。土壤最大冻结深度1.56m。地震峰值加速度：0.05g。年降雨量288.7mm。月最大降雨，190.9 mm。

2 施工准备

①配足水泥土挤密桩施工所需要机械设备 （如表1）。

②水泥土集料拌合站建设及验收，根据整体施工组织设计，选取合适场地。

③挤密桩施工前查明场地范围内地下构造物、管线、电线及地上架空电线的位置及标高。及时进行迁改及保护。

④路堤地段清除处理范围内地表植物根系等腐殖质，平整现场土坎、沟槽、坑穴等，做好路基临时排水设施。

⑤室内配比试验：作为水泥土改良土原土土源点的土样，进行室内配比试验，测定不同水泥参入量水泥改良土的无侧限抗压强度、最优含水量及最大干密度。寻求满足设计要求的最佳水泥参入量。

⑥施工前应认真审核图纸，编制施工方案及作业指导书，做好现场作业人员的培训及交底。

3 工艺性试验

根据水泥土挤密桩工艺性试验方案选择在里程DK238+270～DK238+560段路堤进行工艺性试验。通过室内土工试验，砂质新黄土水泥土最佳含水量14.0%（施工现场误差控制±2%），最大干密度1.80g/cm3，普通硅酸盐水泥（PO42.5）参入量8%。水泥土回填分层夯实，每层厚度控制250～400mm，夯扩打桩机柱锤重3.5t，落锤高度控制在2m。每层锤击次数不小于4次。

试桩经试验检测：桩间土平均挤密系数为0.94，最小挤密系数为0.93，桩体内的平均挤密系数为0.96，桩间土湿陷性系数为δs=0.003，各项试验检测指标均满足设计及验标要求。

4 施工方案

按照工艺试验总结的资源配置、施工参数进行其余路基段落水泥土挤密桩的施工。在施工过程中根据检测数据，对相关参数进行适当调整，保证地基处理结果满足要求。下面以DK238+270～DK238+560水泥土挤密桩施工为例，对水泥土挤密桩施工工艺进行总结。

DK238+270～DK238+560段路堤软基处理采用水泥土挤密桩加固，桩长8m，桩径0.4m，桩间距1m，正方形布置，7991根，共计63928延米。采用柱锤冲扩成孔工艺进行施工，水泥土最佳含水量控制在14%（±2%），普通硅酸盐水泥P.O42.5参入量8%。成孔采用履带式柴油锤打桩基、柱锤冲扩机，回填采用柱锤冲扩机夯实。具体方案如下：

4.1 成孔工艺

清除地表0.3m厚种植土，回填合格土至原地面并碾压密实平整，平整标高=设计桩顶标高+0.5m。采用柱锤冲扩成孔，施工前在桩架或钢丝绳上标出控制深度标记，以便施工中进行柱锤深度观测。水泥土挤密桩施工时应加强控制成孔深度、成孔桩径，成孔后桩底夯实、夯平，每层填料夯实次数不小于4击，成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查，合格后进行下道工序施工或用盖板盖住孔口防止杂物落入。见图1、图2。

4.2 水泥土拌制与运输

桩身材料采用水泥土混合料，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。水泥土在集料拌和站集中搅拌，汽车运输。根据室内土工试验严格控制水泥土含水量，若含水量大采用分摊晾干，若含水量小采用洒水润湿。水泥土拌制根据回填要求随拌随用，被雨水淋湿、浸泡的水泥土严禁使用按作废处理。下雨期间不进行水泥土拌制。

4.3 水泥土回填夯实

桩孔分层夯实，每次回填厚度为250～400mm，采用提升式柱锤夯实。落锤高度不小于2m，每层夯实不小于4锤（具体参数由试验确定）。施工时，逐层以量斗定量向孔内下料，逐层夯实，见图3。

4.4 质量检测

水泥土挤密桩质量检验主要内容包括桩身及桩间土密实度和复合地基承载力等，对湿陷性黄土地基还应监测桩间土湿陷性系数。

①桩孔和桩位检验：检查数量不得少于总孔数的3%，桩孔中心点的偏差不大于桩间距设计值的5%，且小于50mm，桩孔的垂直度偏差不大于1.5%，桩孔直径、桩孔深度不小于设计值。如表2。

②桩身质量检验：桩身质量采用在桩基施工过程中，对成桩质量进行抽样检验，数量不少于总孔数的2‰，且不少于3根。成桩后采用轻型动力触探锤击数N10与压实系数的关系，判断桩身质量，要求混合料的壓实系数不得小于0.95。见表3。

③桩间土处理效果检验：在桩间形心点、成桩挤密深度范围内采用钻机取样，每2m取样测定干密度并进行湿陷性试验，计算最小挤密系数、平均挤密系数和湿陷系数并满足设计要求。检验数量沿线路纵向每50m检验不少于3处。见表4、表5。

④成桩28天后，采用平板荷载试验方法检验单桩或者复合地基承载力，检验数量不少于桩基总数的2‰，且每检验批不少于3根。见图4、表6。

4.5 质量控制措施

①土料控制：水泥土挤密桩用土料中有机质含量不得超过5%，土块粒径不应大于20mm，不得含有杂土、冻土或膨胀土及砖、瓦和石块等。

②混合料的含水量应满足最优含水量，允许偏差不得大于±2%，土料与水泥要拌和均匀，水泥用量不得小于设计及试验确定的用量。混合料不得暴晒、淋雨、受冻，以免影响成桩质量。

③柱锤扩孔机就位后要保持平稳，锤体垂直。

④保证施工场地排水畅通，下雨积水造成地基土层含水量增大，增加缩孔可能性。

⑤成孔后及时回填，回填过程不得间隔停顿或隔日回填，以免缩孔和雨水及异物等进入孔内。

⑥人工填料时按交底要求均匀投料，必须采用量斗，计量准确，不得随意直接用铁锹回填。

⑦严格按照操作工艺，确保水泥土在初凝时间内完成拌和及回填。

5 实例分析

本标段路基DK238+270～DK238+560段通过采用履带式柴油锤打桩基、柱锤冲扩机进行水泥土挤密桩施工，取得如下效果：

①工期：平均每天完成180根共计1440m，总共期45天。满足设计工期要求。②根据《铁路工程地基处理技术规程》检测频次要求进行了16次试验检测，复合地基承载力达到150kPa。满足设计要求。③桩身土：实测干密度值介于1.71～1.77g/cm3之间，平均值1.73g/cm3，压实系数范围在0.96～0.99之间，其平均值为0.96，符合设计及验标要求。④桩间土：实测干密度值介于1.60～1.66g/cm3之间，平均值1.62g/cm3，压实系数范围在0.93～0.96之间，其平均值为0.94，符合设计及验标要求。⑤湿陷性试验：自重湿陷性系数介于0.000～0.013，表明处理深度范围内桩间土湿陷性经已基本消除。

通过此方案进行水泥土挤密桩施工，工期及经济效益得到提升，各项试验检测指标均满足设计及验标要求。

6 结束语

本项目通过此方案在天然含水率不大于24%，饱和度Sr≤65%s湿陷性黄土路基，进行水泥土挤密桩施工，提高了施工效率，保障了水泥土挤密桩桩体质量、桩间土挤密系数，消除了桩间土湿陷性。可以做为处理湿陷性黄土路基工艺推广。但还需要研究在不同地层岩性、特殊地质条件下采用水泥土挤密桩施工的效果。

参考文献：

[1]水泥土挤密桩施工工艺及质量控制研究[J].安德文.甘肃科技纵横，2009（03）.

[2]谢锐.水泥土挤密桩加固公路地基施工工艺[J].安徽建筑，2010（02）.

[3]王海波.水泥土挤密桩单桩复合地基承载特性的有限元分析[J].交通建设与管理，2015.