振动沉管挤密碎石桩施工技术在铁路路基处理施

时间:2024-02-12 人气:

摘要:本文以呼和浩特至准格尔铁路软土路基加固处理工程为例,详细介绍了振动沉管碎石桩原理以及施工技术、质量检测、安全措施等施工方面的注意事项。

关键词:振动沉管碎石桩;填料量;提管速度;留振时间

呼和浩特至准格尔铁路站前5标正线起讫里程为 DK72+041.9-DK104+000,路基长度25.334m,软土地基采用碎石桩加固处理。碎石桩数量38606m.采用正三角形布置,桩径采用0.5m。桩长及桩间距可根据工程地质条件和工程要求确定,一般应穿透软塑土层,当软塑层厚度很大时通过计算确定。现就振动沉管挤密碎石桩施工关键工序的技术控制进行阐述。

1 碎石挤密桩技术原理

碎石挤密桩是通过成桩过程中对周围砂土、粉土层的挤密、振密作用和靠碎石的压入获得加固效果,使砂土、粉土层的密实度增加;同时设置的碎石挤密桩增强体,本身又是一个良好的排水通道,它的存在不仅有利于砂土、粉土层中超孔隙水压力的消散,有效地增强土体的抗液化能力,而且在荷载的作用下,碎石挤密桩增强体又与砂土、粉土层共同承担荷载作用,即形成碎石挤密桩复合土层。碎石挤密桩加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基土承载力,减少变形和增强抗液化性。加固原理如下:

1.1 挤密作用

在成桩过程中桩管对周围砂土、粉土层产生很大的横向挤压力,桩管体积的土挤向桩管周围的土层,使桩管周围的土层孔隙减小、密实度增大。

1.2 排水降压作用

碎石挤密桩加固砂土时,桩孔内充填反滤性好的粗颗粒料(碎石、砾石、卵石),在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道,可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高,防止砂土、粉土产生液化,加快地基的排水固结。

1.3 预振效应

碎石挤密桩在成孔及成桩时,振动锤的强烈振动使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振效果,对砂土、粉土增强抗液化能力是极为有利的。

2 振动沉管挤密碎石桩施工技术

2.1 施工准备

施工前首先平整场地,局部低洼处可填土或填碎石找平,再采用静压压路机碾压,确保桩机走行平稳,其次进行材料准备、测量放线,实地标出打桩范围与桩位,然后才开始碎石桩施工。

机械设备是以振动沉管桩机为核心,其他设备与桩机的生产能力相匹配,并满足质量控制和检测的需要。架设电压为380三相电线。现场采用1台ZB60型液压履式振动沉管打桩机进行施工,2台东风151型自卸汽车供料,1台ZL-50型装载机配合人工上料。碎石要求为自然级配,粒径20~50mm,含泥量控制在10%以下。

2.2 施工工艺

施工准备→测量放样→成桩实验→机具准备定位→振动沉管→拔管、振动、填料→反插留振→成桩→施工下一桩

沉管碎石桩的施工顺序为:整平原地面——振动沉管打桩机就位——振动沉管——成孔——边拔管、边振动、边加料、——反插留振——桩成形——打桩机移位。具体施工为:

(1)桩机就位。根据桩机走行钢轨上标出的桩位标记,移动桩机,使桩机对准打桩线;启动0.5t卷扬机,按照下横梁上标出的桩位标记移动导向架,使桩管对准打桩点,并将卷扬机离合器刹紧;松动1t卷扬机离合器,人工合龙活瓣式桩尖,对准地面上标定的桩位。

(2)启动桩锤电机使桩锤振动,桩管沿桩位下沉。

(3)灌碎石。根据桩深和试桩时确定的充盈系数(充盈系数=碎石填料体积/沉管体积,一般在1.3-1.5之间)制作进料斗,按规定的灌碎石量将碎石装入桩管内,如果桩管一次容纳不了应灌入的全部碎石,剩余的碎石待桩管提升下料振动挤密一段时间后,再补充装入。

(4)沉入过程中的振动挤密:第一次把桩管提升80-100CM,提升时桩尖自动打开,桩管内的碎石料流入孔内。

(5)降落桩管,振动挤压15-20s。

(6)其后,每次提升桩管50CM,挤压时间以桩管难以下沉时为宜。按上述方法往复升降压拔桩管,直至所灌的碎石将地基挤密。

(7)完成该桩灌碎石量,桩管提至地面,进行下一根桩的施工。

以上工序中,关键是施工中对水、电、料的控制,即上流程的下沉挤密过程和投料与提管过程。振动挤密过程是保证成桩质量的关键,必须通过实验确定振挤次数、电机的工作电流和留振时间等参数,每次投入碎石量及挤密后提升高度是保证成桩质量的前提,为保证质量,加料每次提升高度以套管桩尖不离开碎石面为宜,以防塌孔、缩径、断桩的发生。

2.3 施工要点

①施工前进行成桩试验,试验桩一般为7~9根;

②施工时,严格按照设计的桩长、桩径、桩间距、碎石灌入量以及试验确定的桩管提升高度和速度、振密挤压次数和留振时间、电机的工作电流等施工参数进行施工,确保碎石挤密桩桩身的均匀性和连续性;

③施工顺序从四周边开始向中心进行,相邻两桩必须跳跃间打;

④应保证起重设备平稳,导向架与地面垂直,垂直偏角不应大于1.5%,成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm,桩径偏差控制在±20mm以内,桩长偏差不大于100mm;

⑤边振动边下沉,通常每下沉0.5m留振30s;

⑥启动拔管,拔管前留振1min,以后边振动边拔管,拔管速度需均匀且每拔管1m留振1min;

⑦碎石灌入量不小于设计值的95%(碎石灌入量按每延米不少于0.09m3计算)。

⑧提升和反插速度必须均匀,反插深度由深到浅,每根桩在保证桩长和碎石灌入量的前提下,总反插次数一般不得少于12次。

⑨若地表水丰富或较软弱,可先铺一层碎石垫层,有利于排水,同时提高地基强度;

⑩振动成桩至地面时应向下复振1m,确保地表不产生缺碎石的凹桩。

3 质量检测

⑴石料的质量控制。一是所有碎石都采用质地坚硬、具有一定的强度、水稳定性好且级配良好的石料。二是碎石料含泥量≯10%,最大块径≯150mm。三是保证料场供应质量,每1000m3石料都要做一次上述各指标的抽样检测。

⑵成孔时的质量控制。桩管应沿导向架,并始终保持同导杆平行,,桩管发生偏斜须及时扶正,其垂直高度偏差不大于1.5%,成孔中心与设计桩位偏差不大于50mm,桩径偏差不大于-20mm,桩长偏差不大于100mm。

⑶成桩时的质量控制。桩底留振时间不少于20秒,留振电流不小于80安培。制桩加密段长度不大于50cm,提管速度不快于1.0-1.5米/分钟。反插次数每米不少于1次。反插留振从桩底开始,自下而上逐段进行,中间不得漏振。

4 效益分析

⑴与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比,因振动冲孔碎石桩是冲孔之后,直接向土孔内投碎石;而振动沉管法为向沉管中投碎石,减少了冲孔器的提升距离和频率,大大提高了施工进度,工序合理,提高工效30%。

⑵与传统的振动冲孔碎石桩施工方法相比,因振动沉管挤密法在沉管中完成碎石的投入,有效地防止了塌孔及断桩事故发生;且碎石在沉管中振实挤密,桩径得到了有效控制,垂直度有保障,施工过程更简便,施工质量也更加容易控制,节约材料费20%左右,劳动力10%左右,约降低成本25%。

5 结语

振动沉管挤密碎石桩作为一项处理砂土、粉土地基处理技术,在道路施工过程中经常使用。本文以呼和浩特至准格尔铁路5标段为背景,从施工原理、施工过程以及质量检测、效益分析等方面,详细介绍了该项技术的施工情况。

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