铁路软土地基碎石桩加固技术

赵 德 超

(中铁二局第五工程有限公司，四川 成都 621009)

1 工程概况

本项目地处埃塞俄比亚境内，是埃塞俄比亚中部与东西部地区经济、交通走廊的中轴，连接埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴和第三大城市阿达玛。沿线城镇发展较好，所处地域经济地理优势明显。线路位于埃塞俄比亚中部高原，西起亚的斯亚贝巴西南方向的SEBETA，向东经AKAKI，BISHOFTU，MOJO，ADAMA，METEHARA，AWASH至MIESO，线路长度327.254 km。

2 碎石桩加固处理方案

2.1 本段软土路基加固处理范围

D1K28+414.78～D1K28+720,共计305.22 m。

2.2 本段软土路基概况

本段为埃塞高原台地地貌，地势平坦开阔，地貌起伏不大，植被不发育。路堤中心最大填高11.03 m，软土层位于膨胀土之下2 m～10 m，呈软塑状。具有天然含水量高、透水性差、孔隙比大等典型的软土特征。土层间夹杂大量塑料、建筑生活垃圾等杂物，如处理效果不佳，必将对路基整体稳定及列车行车造成巨大安全隐患。

2.3 工程措施

本段软土路基采用50 cm碎石桩加固三角形布置，桩间距1.1 m，加固宽度为路堤坡角外2 m，加固深度为打穿软土层。在碎石桩顶部铺设两层80 kN/m2土工格栅及0.6 m砂砾石垫层。

2.4 单桩复合地基承载力设计值

该段软土地基采用碎石桩加固后，填土施工前应按JGJ 79—2002建筑地基处理技术规范进行单桩复合地基荷载试验，复合地基承载力要求达到180 kPa以上。

3 现场施工方法

1)本工程采用了浙江八达公司生产的ZJB-60型碎石桩机，具有生产效率高、安装方便、行走快捷、安全性可靠等优点。每台碎石桩机配一台装载量1 m3的小型装载机卸料，配碎石喂料人员两名。

2)施工过程控制。

a.施工前对场地进行平整，清除了路基表面的杂物。因本段路基加固施工时正值埃塞小雨季，为防止水淹，形成内涝，提前做好了防排水措施。对土质过软地段的表层土进行了换填或加铺碎石垫层的措施，以利于碎石桩机具顺利进场及防止施工过程中碎石桩机倾覆，确保施工安全。

b.施工前由测量部门对桩位进行准确定位，并在桩的中心位置撒上石灰，以示醒目，便于桩石桩机准确就位。

c.对桩身填充材料的要求：桩身采用不易风化的碎石和20%的中粗砂混合料，含泥量不大于5%。

d.在软土地基内成孔，将碎石桩机移至已放线确定好的位置，并将碎石机振冲器的中心与桩位中心重合，对准桩位。开机并检查电压和振冲器的空载电流值是否正常。开动机器，使振冲器以1 m/min～2 m/min的速度在土层中缓缓下沉。应注意整个下沉过程中振冲器的电流值不得超过电机的额定值，如超过必须减速下沉，或暂停下沉或者向上提升一段距离。振冲器及下料导管在自身重力及向下击振力的共同作用下，竖直向下成孔。当达到设计加固深度30 cm～50 cm或已穿透软弱层达到基岩时，开始将振冲器上提，直至孔口，提升速度可增加至5 m/min～6 m/min。

e.重复上述成孔步骤1次～2次，如果孔口有淤泥堵塞应挖去，最后将振冲器及下料导管提出孔口准备加填料。

f.通过小型装载机向料斗内添加碎石并提升至下料导管内，每次宜倒料0.2 m3～0.5 m3，并将振冲器沉至填料中进行振实。振冲器不仅使填料振密，同时使填料挤入孔壁中，从而使桩径扩大。

g.重复上一步骤，自下而上制作桩体，直至孔口，完成成桩工艺。成桩过程中应经常观测碎石桩机振冲器电机电流，防止电机损坏。同时还应对碎石桩的实际填料量与设计计算填料量进行对比，误差较大时应暂停施工并分析原因后再进行施工。

h.碎石桩的施工顺序一般采用“由里向外”或“一边向另一边”的方式，禁止采用“由外向内”的方式进行。

i.碎石桩大规模施工前应进行工艺性的成桩试验，确定最佳施工参数和最佳施工工艺用以指导施工生产。

4 施工监测及质量检测方案

4.1 碎石桩施工质量控制措施

桩孔必须准确定位，专人复核。振冲器及下料导管应有明显的刻度标志。填料粒径、强度、含泥量应符合设计要求。施工过程中的主要技术参数不能达到控制值时应及时分析原因并提出处理方案。振冲器的提升和下降速度应均匀，并不得过快。施工过程中出现串桩时应分析原因并采取补救措施。施工记录应真实完整。

4.2 成桩后的质量检测

成桩7 d后应进行质量检测，主要内容：

1)开挖检查；

2)采用轻便触探或标准贯入检查桩身强度；

3)进行单桩复合地基承载力试验。经检测符合设计要求后才能进行路堤上部填筑。碎石桩地段的路堤填筑应水平分层填筑并按相关要求做好路堤变形和沉降观测，如有异常应停止或暂缓填筑。

4.3 碎石桩单桩复合地基承载力检测方法

该段软土路基处理后的单桩复合承载力要求应大于180 kPa，下面就碎石桩的复合地基承载力检测方法作如下介绍：

1)检测内容。

单桩复合地基承载力是检测单根碎石桩所处理的面积范围内含桩间土及桩体的承载能力，对单桩进行竖向荷载试验。

2)检测的频率。

据TB 10414—2003铁路路基工程施工质量验收标准检测碎石桩总数的2%，且不得少于2根。

3)检测方法。

平板荷载试验。

4)承压板的选择。

根据单根桩所承担的实际处理的面积，制作直径为1.10 m的圆形钢板，厚度为4 cm。

5)通过计算确定堆载的重量=π×0.58×0.58×18 t/m2=38.05 t。

6)所需仪器及机具。

百分表，量程大于50 mm；液压式千斤顶，500 kN以上；刚性承载板，直径1.16 m的圆形钢板；精密压力表，60 MPa；堆载体，采用预制混凝土块和钢筋。

7)加载标准。

加载的等级为8级，最大加载量为设计值的2倍(第1级45 kPa，第2级90 kPa，第3级135 kPa，第4级180 kPa，第5级225 kPa，第6级270 kPa，第7级315 kPa，第8级360 kPa)。施工前对压力表和千斤顶进行标定，根据标定结果计算出压力表和千斤顶之间的对应关系。

8)结果计算。

测试完毕后作荷载—沉降曲线图。当荷载—沉降曲线图为平缓的光滑曲线时，按相对变形值确定承载力值。粘性土地基，取承载板沉降量与承载板直径比值为0.015时对应的荷载值作为承载力的值。粉土和砂土地基取承载板沉降量与承载板直径比值为0.010时对应的荷载值作为承载力的值。本工程碎石桩所处理的软土地段全为粘性土，故取下沉量为16.50 mm所对应的承载力作为测定值。

9)现场操作方法。

a.将检测的碎石桩表面清理直至露出桩头；

b.桩头及所处理的面积范围内铺设一层中砂垫层，厚度取10 cm；

c.将承载板置于砂垫层上，将荷载作用的重心、承载板的形心与桩头的中心三心合一，并将基准梁的支点设在影响区域外；

d.正式检测前应预压一次，所施加的荷载为第1级荷载即45 kPa；

e.分级进行加载试验。注意：每级加载前后均应测读一次承压板的沉降量，加载后每30 min测读一次，直至稳定后再加载下一级荷载。当1 h内沉降量小于0.1 mm时，可视为稳定。出现下列情况之一时可终止试验：沉降急剧增大，土被挤出或承载板周围出现明显的隆起或裂缝；承压板的累计沉降量已大于其直径的10%。在某级荷载下，24 h的沉降速率未达到稳定；加载量已达到预计最大试验荷载。在本段碎石桩的检测中均未出现上述前三种状况，故均以加载量达第8级后再终止试验。

检测结果：该段软土地基经碎石桩加固处理后，其单桩的复合地基承载力均满足设计要求。

5 结语

通过以上介绍，但愿对今后工作中遇到类似问题的工程技术人员有所帮助。