黃土地質(zhì)靜壓擠密樁施工工法[古柏書(shū)苑]

1、黃土地質(zhì)靜壓擠密樁施工工法中鐵七局集團(tuán)有限公司薛寧鴻 謝 軍 趙有岐 李彩蓮工法編號(hào)：TGBJGF-07-08-0241.前言鄭西鐵路客運(yùn)專(zhuān)線ZXZQ01標(biāo)DK24+300DK25+119.92段擠密樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)1415m，地基土分布有粘質(zhì)黃土、粘質(zhì)黃土含有姜石地層，柴油錘擊成孔、沖擊成孔和振動(dòng)成孔等國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)擠密樁機(jī)在此地層無(wú)法成孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高，施工過(guò)程中如何采取有效方法保證擠密樁樁長(zhǎng)，同時(shí)避免塌孔、縮徑、夾管、拔管困難等情況是一項(xiàng)需要解決的重大技術(shù)難題。2007年3月中鐵七局三公司聯(lián)合華北水力水電學(xué)院開(kāi)展了科技創(chuàng)新，取得了“靜壓擠密樁施工技術(shù)應(yīng)用”這一國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的新成果，于2007年通過(guò)中國(guó)中鐵七

2、局集團(tuán)技術(shù)中心鑒定，獲中國(guó)中鐵七局集團(tuán)局級(jí)工法，該技術(shù)在路基擠密樁施工過(guò)程中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，在施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)等方面贏得了業(yè)主和社會(huì)各界的廣泛好評(píng)，我們將此施工技術(shù)不斷總結(jié)提高，逐步形成了本工法。2.工法特點(diǎn)相比于錘擊沉管成孔、振動(dòng)沉管成孔以及沖擊成孔等傳統(tǒng)擠密樁施工方法，靜壓擠密樁施工具有如下特點(diǎn)：2.0.1成孔深度大。靜壓擠密樁機(jī)是靜壓樁機(jī)經(jīng)改制而成，在堅(jiān)硬的粘質(zhì)黃土（局部含有姜石）地層中，成孔深度能達(dá)到15m（15m樁長(zhǎng)擠密樁為目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)之最）；而錘擊沉管、振動(dòng)沉管以及沖擊成孔擠密樁機(jī)在本地層無(wú)法成此深孔。2.0.2施工過(guò)程中垂直度易控制。液壓油缸驅(qū)動(dòng)夾樁器

3、夾緊樁管，壓樁油缸驅(qū)使夾樁器沿槽鋼導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，入土?xí)r校正好樁管垂直度，壓樁過(guò)程中能夠保證樁身垂直度偏差小于驗(yàn)標(biāo)1.5%的要求。2.0.3成孔速度快、質(zhì)量好。在硬塑性粘質(zhì)黃土（含姜石）地層中，每臺(tái)設(shè)備每天可成孔1400米，且施工時(shí)對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)較小，不易產(chǎn)生縮徑、塌孔現(xiàn)象。2.0.4施工時(shí)振動(dòng)輕、噪音低不擾民、不對(duì)環(huán)境造成污染，可晝夜連續(xù)作業(yè)。2.0.5樁機(jī)自身穩(wěn)定性好，不易發(fā)生傾覆現(xiàn)象，安全性能可靠。 2.0.6壓樁力能自動(dòng)記錄或自動(dòng)顯示，實(shí)現(xiàn)信息化施工。2.0.7相比于錘擊沉管成孔、振動(dòng)沉管成孔以及沖擊成孔等傳統(tǒng)擠密樁施工方法，靜壓成孔成本費(fèi)用偏高，但對(duì)比于相同地基處理效果的CFG樁及預(yù)制

4、方樁而言，采用靜壓擠密樁投入費(fèi)用大大減少。3.適用范圍適用于粘質(zhì)黃土以及硬塑性粘質(zhì)黃土、且含有姜石等堅(jiān)硬的土質(zhì)地層施工。4.工藝原理應(yīng)用液壓靜壓擠密樁機(jī)的工作原理，由液壓系統(tǒng)抱壓經(jīng)改造的樁管成孔，施工中消除了孔隙水真空負(fù)壓作用和管身側(cè)壁的豎向摩擦力，克服了縮徑、塌孔、夾管、拔困難等現(xiàn)象，提高了施工工效和成孔質(zhì)量。 5.施工工藝及操作要點(diǎn)5.1（一）施工工藝流程見(jiàn)圖5.1。5.2（二）工藝操作要點(diǎn)5.2. 1 靜壓擠密樁管改造原設(shè)計(jì)樁管是用3cm鋼板卷制而成樁徑為500mm的圓管，樁長(zhǎng)1415m，樁管底部設(shè)圓錐形固定樁尖。施工時(shí)由于孔隙水壓力和側(cè)壁的豎向摩擦力的作用，容易造成縮徑、塌孔、夾管、拔

5、管困難等現(xiàn)象。后對(duì)樁管進(jìn)行改進(jìn)，管身采用400mm的定型鋼管，在鋼管底端部焊接一個(gè)圓臺(tái)形的擴(kuò)大樁帽，樁帽的水平面投影直徑為500mm。樁帽端頭設(shè)60錐形活動(dòng)樁尖以消除真空負(fù)壓。改造后的樁管見(jiàn)圖5.2. 1所示。圖5.1 靜壓擠密樁施工工藝流程圖5.2. 1 改造后樁管圖5.2. 2施工技術(shù)參數(shù)確定通過(guò)工藝性試驗(yàn)，確定擠密樁施工最優(yōu)工藝參數(shù)為：偏心輪夾桿式夯實(shí)機(jī)錘重不小于170kg，錘徑為0.375m，錘底面積為1104.5cm2，落距0.5m，回填土每填7.5cm厚夯擊5次；卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)錘重不小于300kg，錘徑為0.375m，錘底面積為1104.5cm2，落距2.5m，回填土每填15c

6、m厚夯擊6次。由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得知，水泥土拌合料回填時(shí)的施工含水量略低于最優(yōu)含水量時(shí)夯實(shí)效果最佳。根據(jù)施工時(shí)氣溫的不同可控制在14.5-15.5%之間，由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試調(diào)整確定。5.2. 3施工作業(yè)準(zhǔn)備（1）調(diào)查管線分布情況；核查工程水文地質(zhì)；編制施工組織設(shè)計(jì)，制定相應(yīng)的施工方法及工藝措施。（2）施工現(xiàn)場(chǎng)做到“三通一平”保證運(yùn)輸暢通、水電通；做好現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)排水設(shè)施；機(jī)械設(shè)備、材料準(zhǔn)備到位；施工人員技術(shù)培訓(xùn)、安全質(zhì)量教育工作已完成；技術(shù)交底至作業(yè)班組。（3）樁位測(cè)量放線準(zhǔn)確，并嚴(yán)格標(biāo)識(shí)、編號(hào)。（4）在樁管上每0.5m設(shè)置醒目牢固的尺度標(biāo)志。5.2. 4 樁機(jī)就位，樁身對(duì)中調(diào)直。樁機(jī)就位要求準(zhǔn)確平穩(wěn)。靜壓樁機(jī)安

7、裝調(diào)試后，行至樁位處，使樁管中心（即樁機(jī)夾樁器鉗口中心）與地面上標(biāo)識(shí)的樁位基本對(duì)準(zhǔn)，調(diào)平靜壓樁機(jī)，再次校核樁管中心無(wú)誤后，將長(zhǎng)步履（長(zhǎng)船）落地受力。用靜壓樁機(jī)配置的16T吊車(chē)將樁管吊入夾樁器鉗口，指揮員指揮司機(jī)緩慢將樁尖降到離地面10cm左右，液壓油缸驅(qū)動(dòng)夾樁器夾緊樁身，微調(diào)壓樁機(jī)使樁尖對(duì)準(zhǔn)樁位，將樁管壓入土中0.51.0m，暫停下壓，再次從樁的兩個(gè)正交側(cè)面校正樁身垂直度，當(dāng)偏差小于1.5%時(shí)才可正式壓樁。5.2. 5 壓樁壓樁采用由內(nèi)向外、隔排隔行（縱橫向間隔1孔）施工。施工時(shí)壓樁油缸伸程、下壓樁管至一行程（2.2米）松開(kāi)夾樁器、油缸回程、夾樁器上升再次夾緊樁管、壓下一個(gè)行程。如此反復(fù)進(jìn)行，

8、當(dāng)樁管被壓入標(biāo)注的尺寸深度（即設(shè)計(jì)深度）時(shí)，便可終止下壓。5.2. 6 拔樁為避免真空負(fù)壓造成縮徑、坍孔現(xiàn)象，在拔管前應(yīng)停頓10秒鐘左右，但不宜在土中擱置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以免摩阻力增大后拔出困難。拔管速度不宜過(guò)快，油缸每伸程（2.2m）控制在20-23s，每回程控制在38-42s。5.2. 7 拔管成孔后，由專(zhuān)人檢查樁孔的質(zhì)量，樁孔質(zhì)量應(yīng)符合下列要求：（1）縱橫向樁位偏差不應(yīng)大于50mm。（2）樁孔垂直度偏差不應(yīng)大于1.5 。（3）樁孔的直徑和深度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值。5.2. 8 水泥土夯填填料選配、拌和從取土場(chǎng)選取黃土作為拌和用土，要求土顆粒粒徑不大于10mm，有機(jī)質(zhì)含量小于5%。土料使用過(guò)程中，根據(jù)

9、檢驗(yàn)頻率進(jìn)行檢驗(yàn)，確保土料符合設(shè)計(jì)要求。為保證水泥和黃土拌和均勻，提前將黃土用破碎機(jī)破碎，移動(dòng)式過(guò)篩機(jī)過(guò)篩處理。水泥采用P.O.32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。水泥土配合比：水泥摻量為12%（水泥質(zhì)量與干土的質(zhì)量比），最優(yōu)含水量為16.5%,最大干密度為1.76kg/cm3。 水泥土選用WBC-500型拌合機(jī)集中廠拌。要求拌合料色澤一致，無(wú)灰團(tuán)、灰條、花面現(xiàn)象和大于10mm的土塊，含水量達(dá)到規(guī)定的要求。當(dāng)取土場(chǎng)內(nèi)黃土天然含水量檢測(cè)不小于14.5%、且不大于18.5%時(shí)，拌和時(shí)采取噴水方法微量調(diào)整混合料的含水量?？刂频霓k法是根據(jù)每盤(pán)攪拌料的體積計(jì)算加水量，用攪拌機(jī)自動(dòng)上水系統(tǒng)計(jì)量噴水；當(dāng)取土場(chǎng)黃土的天

10、然含水量檢測(cè)明顯低于最佳含水量時(shí)，必須先進(jìn)行燜土。燜土提前710d進(jìn)行，在存土場(chǎng)內(nèi)分區(qū)存放黃土，根據(jù)土量及天然含水量，計(jì)算加水量。燜土后黃土的含水量宜較混合料最佳含水量高1%2%。（2）機(jī)械夯實(shí)每臺(tái)壓樁機(jī)配備2臺(tái)偏心輪夾桿式夯實(shí)機(jī)和3臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)。深度在8m以?xún)?nèi)采用偏心輪夾桿式夯實(shí)機(jī)夯擊。當(dāng)回填深度大于8m時(shí)，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)分層夯填。填夯施工 成孔檢查合格后進(jìn)行孔底夯實(shí)、夯平，夯實(shí)次數(shù)不小于8擊，當(dāng)孔壁土坍落孔底時(shí)，可增加夯擊數(shù)，直至聽(tīng)到渾厚擊實(shí)響聲為止。水泥土分層回填夯實(shí)，逐層用鐵鍬定量向樁孔內(nèi)下料。卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯錘每層虛鋪厚度控制在15cm以?xún)?nèi)，落距不小于2.5m，夯擊次數(shù)

11、不低于6擊；夾桿式夯錘每層虛鋪厚度控制在7.5cm以?xún)?nèi)，落距不小于0.5m，夯擊次數(shù)不低于5擊。距孔口4m范圍，為確保填料夯實(shí)密度，夾桿式夯錘的夯擊次數(shù)不低于8擊；卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯錘夯實(shí)不得少于6擊。5.2.9 質(zhì)量檢查施工質(zhì)量檢查的內(nèi)容包括：樁位、樁孔、擠密效果和夯填質(zhì)量等項(xiàng)，其中又以夯填質(zhì)量的檢查為重點(diǎn)。質(zhì)量檢查應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求在施工過(guò)程中進(jìn)行分層控制檢查和施工結(jié)束后質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)定檢查，檢查數(shù)據(jù)應(yīng)作好記錄以備查閱。 （1）樁位檢查主要檢查樁孔的位置、間距及樁頂標(biāo)高等是否與設(shè)計(jì)相符；同時(shí)檢查有無(wú)漏樁情況并作出記錄。（2）樁孔檢查成孔結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)檢查樁孔的直徑、垂直度和深度是否在規(guī)定的容許偏差以?xún)?nèi)

12、；檢查樁孔有無(wú)縮徑、塌孔及滲水等情況，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)作出記錄并應(yīng)將處理結(jié)果寫(xiě)入記錄中。（3）夯填質(zhì)量檢查樁孔夯填的質(zhì)量是保證地基處理技術(shù)效果的重要因素，因此它被列為施工質(zhì)量檢查的重點(diǎn)。一般采用帶有長(zhǎng)柄的專(zhuān)用小環(huán)刀在夯填過(guò)程中每隔2.0m取一個(gè)樣進(jìn)行檢查，取樣頻率為總樁數(shù)的3。（4）擠密效果檢查平均擠密系數(shù)、最小擠密系數(shù)是檢測(cè)樁間土擠密效果的兩個(gè)重要指標(biāo)。平均擠密系數(shù)是在成孔擠密深度內(nèi)，通過(guò)取樣測(cè)定樁間土的平均干密度與其最大干密度的比值而獲得。取樣自樁頂向下2.0m起，每2.0m不少于2點(diǎn)（一組），即在樁孔外100mm處1點(diǎn)，樁孔之間的中心距（1/2處）1點(diǎn)；最小擠密系數(shù)是在成孔擠密深度內(nèi)，通過(guò)A

13、、B、C三個(gè)孔之間形心點(diǎn)部位取土樣測(cè)定樁間土的最小干密度與其最大干密度的比值而獲得。樁間土擠密效果檢驗(yàn)取樣點(diǎn)見(jiàn)圖5.2. 9。對(duì)樁間土的擠密效果檢驗(yàn)，還應(yīng)通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)測(cè)試土的濕陷系數(shù)及壓縮系數(shù)等力學(xué)指標(biāo)，并據(jù)此判定樁間土的擠密效果。圖5.2.9 樁間土擠密效果檢驗(yàn)取樣點(diǎn)（5）復(fù)合地基承載力檢測(cè)采用現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)檢測(cè)復(fù)合地基承載力，載荷試驗(yàn)堆載量依據(jù)預(yù)估極限荷載及置換率、承壓板面積綜合計(jì)算，分8級(jí)加載和4級(jí)卸載。承壓板采用1.02m*1.02m方板，板底鋪設(shè)50150mm 中粗砂找平層，試驗(yàn)坑底開(kāi)挖至檢測(cè)樁頂標(biāo)高。采用手動(dòng)油壓千斤頂加載，工字鋼搭設(shè)堆載平臺(tái)，砂袋堆積提供反力。荷載值通過(guò)油壓表測(cè)

14、量，再由千斤頂?shù)臉?biāo)定曲線換算給出。沉降則通過(guò)承壓板兩邊對(duì)稱(chēng)架設(shè)的機(jī)械式百分表測(cè)量，所有百分表均用磁性表座固定于由腳手架鋼管構(gòu)成的基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁在獨(dú)立的基準(zhǔn)樁上安裝。5.3勞動(dòng)力組織每套樁機(jī)兩班24小時(shí)連續(xù)作業(yè)需配備人員如表5.3.1。勞動(dòng)力組織表 表5.3.1序號(hào)工作項(xiàng)目作業(yè)內(nèi)容人數(shù)備注1管理現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)1現(xiàn)場(chǎng)全面指揮及協(xié)調(diào)工作技術(shù)負(fù)責(zé)1現(xiàn)場(chǎng)主要技術(shù)負(fù)責(zé)工班長(zhǎng)2負(fù)責(zé)工班日常事務(wù)質(zhì)量檢查2質(zhì)量監(jiān)督技術(shù)指導(dǎo)2技術(shù)指導(dǎo)、監(jiān)督安全監(jiān)督2負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全工作2測(cè)量施工測(cè)量2負(fù)責(zé)樁孔定位等測(cè)量工作3記錄資料紀(jì)錄2負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)記錄4機(jī)械維護(hù)機(jī)修修理1負(fù)責(zé)機(jī)械日常維修及保養(yǎng)工作5電力線路維護(hù)電工2負(fù)責(zé)用電管理及維修6成

15、孔機(jī)械操作司機(jī)6成孔操作司機(jī)4人裝載機(jī)司機(jī)2人7夯填夯實(shí)機(jī)操作、喂料20負(fù)責(zé)擠密樁填料夯填施工6.材料與設(shè)備靜壓擠密樁機(jī)及其配套設(shè)備見(jiàn)表6.0.1。 機(jī)械設(shè)備表 表6.0.1 序號(hào)作業(yè)項(xiàng)目機(jī)械名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)單位數(shù)量備注1成孔步履式全液壓靜壓樁機(jī)YZY800T臺(tái)1額定功率160KW，整體重量180T，配重620T，最大壓樁力800T2夯填偏心輪夾桿式夯實(shí)機(jī)JHG-100臺(tái)2電機(jī)功率5.5kw，夯擊頻率為40次/min卷?yè)P(yáng)機(jī)提升式夯實(shí)機(jī)THG-100臺(tái)3電機(jī)功率5.5kw，夯擊頻率為10次/min3拌合穩(wěn)定土拌和站W(wǎng)BC-500座1生產(chǎn)能力500T/h4運(yùn)輸裝載機(jī)ZL18型臺(tái)1手推車(chē)輛5自卸汽車(chē)斯太

16、爾輛8最大載重能力為20.1T7.質(zhì)量控制7.0.1施工前應(yīng)先進(jìn)行成樁試驗(yàn)，確定施工控制參數(shù)，并且每完成1000m3樁體施工或土質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)重新做成樁試驗(yàn)。7.0.2 對(duì)已成的樁孔應(yīng)覆蓋以防止土塊、雜物落入，并應(yīng)防止孔內(nèi)灌水。7.0.3 所有的樁孔應(yīng)及時(shí)回填夯實(shí)，如發(fā)現(xiàn)縮徑、塌孔等情況，現(xiàn)場(chǎng)做好記錄并及時(shí)處理。7.0.4 應(yīng)提前對(duì)對(duì)拌合機(jī)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，并進(jìn)行試拌施工。調(diào)整好出料口單位時(shí)間出料量，使進(jìn)入拌設(shè)備內(nèi)的各種材料符合質(zhì)量要求，按施工配比投料，并且做到出料口單位時(shí)間出料量與標(biāo)定時(shí)基本一致，無(wú)出料口堵塞等不正常情況。7.0.5 在拌和填料前，對(duì)土料含水量進(jìn)行測(cè)定，雨季施工時(shí)，素土含水

17、量偏高，應(yīng)進(jìn)行晾曬處理。7.0.6水泥摻量控制。在素土料斗上設(shè)專(zhuān)人進(jìn)行觀察，采用人工或振動(dòng)器振動(dòng)等辦法防止下料口堵塞。定時(shí)對(duì)水泥下料速度進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)查找原因并處理。7.0.7 拌合好的混合料宜采用大噸位自卸車(chē)運(yùn)輸，運(yùn)送途中及卸料現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加以覆蓋以減少水分損失；卸料地點(diǎn)距孔口控制在0.5m左右為宜，卸料后盡量減少土料翻倒次數(shù)；超過(guò)3.5小時(shí)的水泥土則嚴(yán)禁使用。7.0.8 設(shè)專(zhuān)人監(jiān)督回填夯實(shí)的質(zhì)量。控制厚度并詳細(xì)記錄壓樁時(shí)間、壓樁力、出現(xiàn)的問(wèn)題和處理方法。8.安全措施8.0.1 壓樁前應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的土層、地質(zhì)情況了解清楚，同時(shí)進(jìn)行地上地下管線、古墓、文物等的詳細(xì)調(diào)查，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)，施工中設(shè)專(zhuān)職安

18、全員進(jìn)行監(jiān)督保護(hù)。8.0.2 現(xiàn)場(chǎng)施工、操作人員必須經(jīng)技術(shù)安全培訓(xùn)后持證上崗，嚴(yán)禁無(wú)證操作。8.0.3 施工中加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備定期檢查、養(yǎng)護(hù)、維修工作，杜絕機(jī)械帶病作業(yè)。8.0.4 工作前機(jī)械操作人員檢查電動(dòng)機(jī)及其他電器絕緣情況、施工過(guò)程中經(jīng)常檢查機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)情況、鋼絲繩磨損情況、卡扣的緊固程度以及轉(zhuǎn)向裝置的靈活性，以防止發(fā)生安全事故。8.0.5 壓樁機(jī)行駛的地基應(yīng)有足夠的承載能力，并保持平正。壓入送樁器時(shí)應(yīng)保持壓樁機(jī)垂直壓入。壓樁機(jī)應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況配足額定重量。8.0.6 成孔后做好孔口防護(hù)，防止人或異物墜入。9環(huán)境保護(hù)措施9.0.1 與水泥接觸的工作人員，需穿戴防護(hù)工作服。9.0.2 施工便道、施工現(xiàn)場(chǎng)要經(jīng)常灑水避免揚(yáng)塵。9.0.3 夜