振動沉管CFG樁加固處理施工工法

振動沉管CFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固處理深層軟軟土地基施工工工法1前言在全國首批批建設(shè)的高速速鐵路—東南沿海新新建速度為200kmm/h的客貨共線線鐵路中，由由于新建客貨貨共線鐵路荷荷載大、運(yùn)行行速度高，故故對路基的平平順性、工后后沉降提出了了很高要求，在在溫福鐵路10～25m深層軟土地地基處理中，依依據(jù)現(xiàn)行的處處理方法已無無法滿足地基基承載力和工工后沉降的要要求，鐵道部部和鐵道第四四勘察設(shè)計院院決定在溫福福鐵路首次采采用CFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固處處理10～25m深層軟土地地基。中鐵二十四四局集團(tuán)福建建鐵路建設(shè)有有限公司根據(jù)據(jù)設(shè)計要求在在施工中借鑒鑒和總結(jié)現(xiàn)有有的軟土地基基處理方法，總總結(jié)出一套CFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固處處理10～25m深層軟土地地基工法。本工法在22005年溫福鐵路路試驗(yàn)段加固固深層軟土地地基中首次應(yīng)應(yīng)用，隨后2006年分別在溫溫福Ⅱ標(biāo)霞浦車站站和甬臺溫鐵鐵路工程建設(shè)設(shè)中得到進(jìn)一一步推廣和完完善。處理后后地基的承載載力及最大沉沉降量均滿足足設(shè)計要求。2工法特點(diǎn)點(diǎn)本工法對2200km//h客貨共線鐵鐵路路基下臥臥深層軟土地地基提供了一一種有效的處處理方法。本工法通過過實(shí)施形成“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，使路路基荷載通過過“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)傳至下下臥土層，其其中褥墊層為為柔性墊層，有有利于調(diào)整樁樁間相對變形形，滿足地基基承載力和工工后沉降控制制要求。工藝流程清清楚，設(shè)備簡簡單，操作方方便，工期能能夠得到保證證。2.0.4施施工造價低，施施工安全、質(zhì)質(zhì)量易于控制制。3適用范圍圍本工法適用于公公路、鐵路路路基持力層深深度為10～25m的深層軟土土地基深的處處理。4工藝原理理CFG樁是水泥泥粉煤灰碎石石樁的簡稱(即cemenntflying--ashggravellpilee)。用CFG樁處理深層層軟土地的原原理是：由水水泥、粉煤灰灰、碎石、石石屑或砂加水水拌和形成的的高粘結(jié)強(qiáng)度度樁，并與樁樁頂上鋪設(shè)一一定厚度的褥褥墊層（碎石石、砂和雙向向土工格柵）形形成“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，使上上部荷載均勻勻地傳遞到下下臥層形成復(fù)復(fù)合地基，以以滿足地基承承載力要求，有有效控制工后后沉降?！皹丁W(wǎng)”結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4CFG樁樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)原理示示意圖1CFG樁樁2褥墊層3土工格柵4碎石墊層層5中粗砂墊層層6土工格柵柵7中粗砂墊墊層8碎石墊層層5施工工藝藝流程及操作作要點(diǎn)5.1施工工工藝流程CFG樁“樁——網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固軟軟土地基施工工工藝流程見見圖5.1。施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備CFG樁施工CFG樁施工褥墊層施工CFG樁工后處理褥墊層施工CFG樁工后處理圖5.1CCFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固軟軟土地基施工工工藝流程圖圖5.2操作作要點(diǎn)施工準(zhǔn)備1作業(yè)條件件1）施工場地達(dá)達(dá)到“三通一平”，在路基打打樁區(qū)域及兩兩側(cè)3米范圍內(nèi)鋪鋪設(shè)0.6～1.0m厚粒徑不大于30cm的碎石工作墊墊層。2）打樁作業(yè)場場地周圍應(yīng)設(shè)設(shè)置排水溝。施施工范圍內(nèi)的的地上、地下下障礙物、管管線等應(yīng)清理理或改移完畢畢。2技術(shù)準(zhǔn)備備1）根據(jù)設(shè)計樁樁長，確定樁樁機(jī)的機(jī)架高高度和沉管的的有效長度，樁樁機(jī)的機(jī)架高高度和沉管的的有效長度在在配置時應(yīng)比比設(shè)計樁長高高出6～8米。2）在試樁前應(yīng)應(yīng)對已配重樁樁機(jī)沉管處的的抬架支撐反反力進(jìn)行計算算和標(biāo)定，要要求不小于單單樁設(shè)計承載載力的2倍。3）在樁機(jī)機(jī)架架上畫出以米米為單位的長長度標(biāo)記，用用于沉管時觀觀察、記錄入入土深度。4）編制CFGG樁施工方案案（包括區(qū)域域劃分、對每每一根樁進(jìn)行行編號、確定定樁頂標(biāo)高和和打樁順序），經(jīng)經(jīng)審批后對操操作人員進(jìn)行行技術(shù)交底。5）通過試樁確確定樁機(jī)配重重、提管速度度、保護(hù)樁長長、混合料坍坍落度等施工工參數(shù)和終孔孔條件。試樁樁不少于3根。6）測放樁位并并做好標(biāo)識。7）對CFG樁樁的材料進(jìn)行行復(fù)試、試配配。CFG樁施施工1樁機(jī)組裝裝：根據(jù)設(shè)計計樁長、沉管管入土深度確確定機(jī)架高度度、沉管長度度，根據(jù)試樁樁確定的配重重進(jìn)行設(shè)備組組裝。2樁尖的預(yù)制制與埋設(shè)：由由于樁尖外形形特殊，一般般采用鋼模結(jié)結(jié)合地模進(jìn)行行預(yù)制。樁尖尖的錐體部分分采用地模，柱柱體部分外露露采用鋼模，以以便樁尖脫膜膜時地模免受受破壞。為提提高樁尖預(yù)制制進(jìn)度，一般般要在樁尖混混凝土內(nèi)摻入入早強(qiáng)劑。當(dāng)當(dāng)樁尖達(dá)到設(shè)設(shè)計強(qiáng)度后，方方可采取小型型挖掘機(jī)配合合人工按技術(shù)術(shù)放樣位置進(jìn)進(jìn)行埋設(shè)。樁樁尖應(yīng)埋入地地表下300mm左右，平面面位置偏差控控制在50mm之內(nèi)。3樁機(jī)就位位：樁機(jī)就位位必須平整、穩(wěn)穩(wěn)固。待樁機(jī)機(jī)就位后，調(diào)調(diào)整沉管與地地面垂直，確確保垂直度偏偏差不大于1％。4沉管：樁樁機(jī)就位后，扣扣準(zhǔn)埋設(shè)好的的預(yù)制樁尖開開始沉管，沉沉管過程中注注意調(diào)整樁機(jī)機(jī)的穩(wěn)定，嚴(yán)嚴(yán)禁傾斜和錯錯位。待沉管管至設(shè)計標(biāo)高高并抬架時應(yīng)應(yīng)開動馬達(dá)，原原地留振不小小于10s，以確保樁樁尖進(jìn)入持力力層不小于樁樁徑的1.5倍。沉管過程程中做好記錄錄。5混合料攪攪拌：為控制成樁樁后樁頂浮漿漿厚度不超過過200mm，混合料的的坍落度應(yīng)控控制在30～50mm之內(nèi)?；旌虾狭蠎?yīng)嚴(yán)格計計量，強(qiáng)制攪攪拌，每盤混混合料的攪拌拌時間不得小小于1分鐘。在混混合料中摻入入早強(qiáng)劑使混混合料達(dá)到設(shè)設(shè)計強(qiáng)度的時時間小于7天。6投料：終終孔后須盡快快用料斗進(jìn)行行連續(xù)投料，直直到管內(nèi)混合合料面與鋼管管料口平齊，如如上料量不夠夠，須在拔管管過程中盡早早補(bǔ)充投料，以以保證成樁樁樁頂標(biāo)高滿足足設(shè)計要求。7拔管：第第一次投料完完后即可進(jìn)行行拔管，拔管管時速度一般般控制在0.8～1.0mm/min，邊振動邊邊拔管，拔管管速度保持均均勻一致，在在拔管過程中中不允許反插插。8封頂：當(dāng)當(dāng)樁管拔出地地面，確認(rèn)該該CFG樁符合設(shè)計計要求后，其其上部可用粒粒狀材料或粘粘土進(jìn)行封頂頂并做好標(biāo)記記。此時應(yīng)注注意，封頂?shù)牡捻斆鏄?biāo)高應(yīng)應(yīng)加上30～50cm保護(hù)樁長的的高度。CFG樁工工后處理1砍樁頭：：樁身達(dá)到齡齡期后，在確確定樁頂標(biāo)高高施工擴(kuò)大樁樁頭前，應(yīng)先先鑿除樁體保保護(hù)樁長至擴(kuò)擴(kuò)大樁頭底部部標(biāo)高。砍樁樁頭前樁周工工作墊層碎石石土為避免機(jī)機(jī)械擾動造成成斷樁宜采用用人工進(jìn)行開開挖?？硺额^頭可采用風(fēng)鎬鎬自上而下鑿鑿除混凝土至至指定標(biāo)高，也也可用鏨子對對稱截樁至指指定標(biāo)高。2接樁：當(dāng)當(dāng)CFG樁在鑿除浮浮漿后或由于于1.5m以內(nèi)的淺部部斷樁造成樁樁體頂面標(biāo)高高低于設(shè)計樁樁頭底面標(biāo)高高時，應(yīng)采用用強(qiáng)度高出樁樁身一級的混混合料進(jìn)行接接樁。接樁部部分的樁徑應(yīng)應(yīng)比設(shè)計樁徑徑大20cm，與既有樁樁體的咬結(jié)長長度不小于20cm，如圖。3樁頂標(biāo)高即即CFG樁擴(kuò)大樁頭頭頂面標(biāo)高應(yīng)應(yīng)在一個區(qū)段段或若干個區(qū)區(qū)段的CFG樁全部施工工完畢后，根根據(jù)現(xiàn)有工作作墊層的平均均標(biāo)高、橋涵涵等構(gòu)筑物重重新分批確定定，同一批CFG樁的樁頂標(biāo)標(biāo)高應(yīng)一致，不不宜形成橫坡坡或縱坡。圖CFGG樁接長示意意圖1接樁混凝凝土2CFG樁身3設(shè)計樁頂標(biāo)標(biāo)高褥墊層施工工1褥墊層施施工工藝流程程：鋪設(shè)碎石石—鋪設(shè)中粗砂—鋪設(shè)雙向土土工格柵—鋪設(shè)中粗砂—鋪設(shè)碎石—夯實(shí)。2鋪設(shè)褥墊墊層應(yīng)在樁帽帽混凝土強(qiáng)度度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)強(qiáng)度，經(jīng)檢驗(yàn)驗(yàn)符合設(shè)計要要求后進(jìn)行，褥褥墊層厚度應(yīng)應(yīng)符合設(shè)計要要求，采用的的級配碎石，粒粒徑不得大于于規(guī)范要求，填填土前碾壓采采用小型打夯夯機(jī)進(jìn)行壓實(shí)實(shí)，褥墊層的的攤鋪厚度應(yīng)應(yīng)確保壓實(shí)厚厚度不小于設(shè)設(shè)計厚度。3土工格柵采采用16#小鐵絲綁扎扎搭接，橫幅幅之間搭接寬寬度0.2m，縱向搭接接寬度2.0m。4鋪土工格格柵前先人工工整平，鋪設(shè)設(shè)時理順、拉拉直、繃緊，不不得有褶皺和和破損。6材料與設(shè)設(shè)備6.1材料料要求本工法所需材料料如表6.1所示：表6.1材材料表序號名稱規(guī)格技術(shù)指標(biāo)1普通硅酸鹽水泥泥2粉煤灰Ⅱ級或Ⅱ級以上上3碎石20～40mmm級配含泥量不大于33%4石屑粒徑2.5～220mm含泥量不大于55%5褥墊層碎石粒徑不大于3ccm6土工格柵抗擊拉大于800KN/m；延伸率不不大于15%6.2設(shè)備備要求表6.2-1機(jī)具設(shè)備表表序號設(shè)備名稱設(shè)備型號單位數(shù)量用途1靜壓夯擴(kuò)樁機(jī)DZK-50YY臺1CFG樁施工2攪拌機(jī)J350臺1混合料攪拌3電焊機(jī)BK1400FF-2臺1接樁4挖掘機(jī)WY60臺1CFG樁施工5沖擊夯機(jī)CV800R臺3褥墊層施工ZJK系列列靜壓夯擴(kuò)樁樁機(jī)配備D40型和BDH-115型樁錘，錘錘頭重量分別別為9.25t和10t。施工時應(yīng)應(yīng)按設(shè)計要求求選擇適用的的樁錘。DZK動錘和穿心心錘的主要技技術(shù)參數(shù)見表表6.2-2。表6.2-2DZK動錘和穿心心錘的主要技技術(shù)參數(shù)表型號DZK-40YYDZK-50YYDZK-60YY技術(shù)參數(shù)振動錘落錘振動錘落錘振動錘落錘靜偏心力距NMM206.6239.6343偏心塊軸轉(zhuǎn)速rpm960960960靜振力KN212.8246.9343空載振幅mm5.56.06.0重量kg500020005300250053003000落錘高壓m444沖擊能量KN..m78.4117.6117.6允許拔柱力KNN(tf)490(50))800(80))800(80))電機(jī)功率KWW18.5×222×230×2電源100m內(nèi)KVA125150200200m內(nèi)KVA1502002507質(zhì)量控制制7.0.1施施工時應(yīng)認(rèn)真真執(zhí)行以下規(guī)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)：：1《客運(yùn)運(yùn)專線鐵路路路基工程施工工質(zhì)量驗(yàn)收暫暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵鐵建設(shè)[20055]160號）2《鐵路路混凝土工程程施工質(zhì)量驗(yàn)驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)設(shè)[20055]160號）3《客運(yùn)運(yùn)專線鐵路路路基工程施工工技術(shù)指南》（TZ212）4《鐵路路混凝土工程程施工技術(shù)指指南》（TZ210）5《普通通混凝土用碎碎石或卵石質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)驗(yàn)方法》（JGJ53）嚴(yán)格按確定定的樁機(jī)配重重、混凝土、塌塌落度、保護(hù)護(hù)樁長、終孔孔條件、拔管管速度等工藝藝參數(shù)組織施施工。褥墊層中的碎石石和砂墊層中中不得含有尖尖石、樹根等等雜物。做好檢測和和測試工作：：1振動沉沉管施工過程程中每臺班或或每100m3混合料要每每至少一組試試件。2樁身強(qiáng)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計計要求砍完樁樁頭后進(jìn)行小小應(yīng)變和靜載載檢測，小應(yīng)應(yīng)變的抽樣率率為10%，靜載試驗(yàn)驗(yàn)的頻率為1‰。3由于CCFG樁中可能存存在Ⅲ類樁和斷樁樁，在砍樁后后可適當(dāng)選取取一定比例的的樁進(jìn)行取芯芯檢測，以進(jìn)進(jìn)一步檢查樁樁身完整性。由于采用滿堂布布樁且間距較較小，一般采采取隔排連打打的施打工序序，隔排跳打打的時間不小小于7天，從路基基中間向路兩兩側(cè)推進(jìn)施工工。終孔的判定定根據(jù)設(shè)計要要求，可采用用抬架留振和和設(shè)計標(biāo)高兩兩種方法：1抬架留留振法：即不不管樁是否沉沉到設(shè)計標(biāo)高高只要樁機(jī)抬抬架并留振10s不再下沉就就可終孔，當(dāng)當(dāng)沉至設(shè)計標(biāo)標(biāo)高還未抬架架時須繼續(xù)往往下沉管直至至抬架。2當(dāng)設(shè)計計明確樁的孔孔樁標(biāo)準(zhǔn)為沉沉至設(shè)計標(biāo)高高不管持力層層情況時可采采用此法，此此時要準(zhǔn)備測測定地面標(biāo)高高以便控制。在施工中應(yīng)應(yīng)按以下要求求控制有效樁樁徑：1嚴(yán)格控控制拔管速度度；2嚴(yán)格控控制混合料坍坍落度；3合理安安排施工順序序。7.0.8對對于出現(xiàn)的斷斷樁可按部位位不同，采用用以下處理方方法：1對于11.5m以內(nèi)的淺層層斷樁可采用用砍除后接樁樁的辦法，大大于1.5m深度開挖會會造成鄰樁剪剪斷；2對于大大于1.5m深的斷樁可可采用“跑樁”的辦法進(jìn)行行處理。跑樁樁即為將樁機(jī)機(jī)配至2倍設(shè)計單樁樁承載力后依依次對深層斷斷樁進(jìn)行一遍遍壓樁。8安全措施施在施工過程程中要嚴(yán)格遵遵循《鐵路工工程施工安全全技術(shù)規(guī)程》（TB10401.1、TB10401.2）。8.0.2施施工過程應(yīng)特特別注意以下下安全事項(xiàng)：：1高空作業(yè)業(yè)必須佩帶安安全帶。2施工現(xiàn)場場的所有電源源、電路、電電器的設(shè)置、安安裝必須遵守守《施工現(xiàn)場場臨時用電安安全技術(shù)規(guī)范范》（JGJ46）的規(guī)定。3打樁機(jī)操操作人員、專專業(yè)電工、電電焊工必須持持證上崗，并并嚴(yán)格遵守安安全技術(shù)操作作規(guī)程。4移機(jī)過程中中要保持樁機(jī)機(jī)垂直，預(yù)防防倒塌。5遇到臺風(fēng)天天氣時要對樁樁機(jī)進(jìn)行加固固。9環(huán)保措施施噪聲控制1嚴(yán)格執(zhí)行行《建筑施工工場界噪聲限限值》（GB125523），控制和降降低施工機(jī)械械和運(yùn)輸車輛輛造成的噪聲聲污染。2合理安排排作業(yè)時間，盡盡可能將打樁樁作業(yè)安排在在白天施工，避避免夜間施工工，使施工噪噪聲對周圍環(huán)環(huán)境影響減少少到最低程度度。振動控制采用振動較小的的靜壓力樁機(jī)機(jī)進(jìn)行打樁施施工，可以有有效的減少施施工中的振動動，避免振動動對周圍建筑筑物的影響和和破壞。粉塵控制在施工工過程中，對對易產(chǎn)生粉塵塵、揚(yáng)塵的作作業(yè)面制定操操作規(guī)程并適適當(dāng)進(jìn)行灑水水降塵，保持持濕度，控制制揚(yáng)塵；對容容易引起粉塵塵的細(xì)料或松松散料用帆布布、蓋套等覆覆蓋。廢水排放控控制廢水排放嚴(yán)格按按照各項(xiàng)排放放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，保保證工地排水水和廢水處理理設(shè)施在整個個施工過程的的有效性，做做到現(xiàn)場無積積水、排水不不外溢、不堵堵塞，施工廢廢水不直接排排放。10效益分分析經(jīng)濟(jì)效益1CFG樁樁對10～25m深層軟土地地基進(jìn)行處理理相對橋梁方方案，施工安安全可靠，操操作簡便易行行，施工造價價低廉，能夠夠滿足地基沉沉降的設(shè)計要要求，具有很很好的經(jīng)濟(jì)效效益和推廣價價值。2由于速度度為200kmm/h的客貨共線線鐵路對地基基提出了高要要求，而東南南沿海軟土地地基的特點(diǎn)，對10～25m深層軟土地基只能采用CFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固或橋梁方案，下面就這兩種方案以軟基深20m、路基寬30m、線路長100m為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，如表-1、表10.0.1-2所示：表-1CFGG“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固造造價分析表序號項(xiàng)目數(shù)量單價造價1CFG樁（含樁樁帽）20120米23.1元/米米464772元元2砂墊層300立方米41元/立方米米12300元3碎石墊層900立方米66.3元/立立方米59670元4土工格柵3400平方米米26.33元//平方米89522元5夯填土5570立方米米4.08元/立立方米22726元6級配碎石3370立方米米66.41元//立方米223802元元7合計872792元元平均每線路延長長米8728元表-2橋梁方方案造價分析析表序號項(xiàng)目數(shù)量單價造價1φ1250mmm鉆孔樁1280米1104.377元/米14135944元2承臺850立方米338.51元元/立方米287734元元3墩（臺）身1205立方米米547.31元元/立方米659509元元4梁片3孔750000元元/孔22500000元5橋面系200延長米1246.422元/延長米249284元元6合計48601211元平均每線路延長長米48601元由上兩表可見采采用CFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固處處理深層軟土土地基每延長長米路基可節(jié)節(jié)約投資39873元。環(huán)保、節(jié)能能效益CFG樁采用振振動沉管樁機(jī)機(jī)進(jìn)行打樁施施工，施工設(shè)設(shè)備投入少，進(jìn)進(jìn)出場運(yùn)輸方方便，淤泥等等建筑垃圾產(chǎn)產(chǎn)生量少。社會效益應(yīng)用CFG樁對對深層軟土地地基進(jìn)行處理理，在高速鐵鐵路路基施工工中尚屬首次次，它的成功功實(shí)施為在我我國沿海海積積灘涂—溺谷相沉積積的軟土地段段修筑200kmm/h客貨共線鐵鐵路提供了可可行經(jīng)驗(yàn)，為為溫福鐵路全全線對10～25m深層軟軟土地基中進(jìn)進(jìn)行CFG樁的施工提提供借鑒。11應(yīng)用實(shí)實(shí)例本工法綜合總結(jié)結(jié)了東南沿海海200kmm/h客貨共線鐵鐵路軟基處理理經(jīng)驗(yàn)，已成成功應(yīng)用于溫溫福鐵路福建建段軟土地基基試驗(yàn)段工程程（連江段）、溫福Ⅱ標(biāo)霞浦車站、甬臺溫Ⅱ標(biāo)等工程中，工程質(zhì)量滿足預(yù)定要求?，F(xiàn)以溫福鐵路福建段軟土地基試驗(yàn)段工程（連江段）為實(shí)例。工程概況溫福鐵路福建段段軟土地基試試驗(yàn)段工程（連連江段）位于于福建省福州州市連江縣境境內(nèi)，施工里里程為DK2755+000～DK2755+400。該試驗(yàn)段段中DK2755+000～DK2755+090地基厚度為10～25米的軟土地地基，設(shè)計采采用CFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固，設(shè)設(shè)計樁徑為φ500mm，路肩范圍圍內(nèi)樁間距為為1.6m，路肩外為1.8m，樁頂設(shè)0.4m厚的褥墊層層，CFG樁共1013根，計244132延長長米，CFG樁“樁—網(wǎng)”結(jié)構(gòu)加固軟軟土地基施工工時間為2005年3月20日至2005年8月10日。施工過程按設(shè)計要求采采用兩臺振動動沉管樁機(jī)。施施工勞力按一一班