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1、預應力管樁“樁一網”結構加固處理深厚軟土地基施工工法VA/a 1刖B1.0. 1在全國首批建設的高速鐵路一東南沿海時速為200km/h的客貨共線鐵路中，遇 到路堤須填筑在典型的海積灘涂一溺谷相沉積淤泥層地基上，該淤泥層厚度深口具有含 水量高、孔隙率高、壓縮性高、強度低的特點，淤泥層多粘土、粗砂等夾層，下臥層橫 縱向起伏變化大。1.0.2由于新建速度為200km/h的客貨共線鐵路荷載大、運行速度高，故對路基的平 順性、工后沉降提出了很高要求。在溫福鐵路2548m深厚軟土地基處理屮，依據現行 的處理方法已無法滿足地基承載力和工后沉降的要求，鐵道部和鐵道第四勘察設計院決 定在溫福鐵路首次采用預應力管2、樁“樁一網”結構加固處理2548m深厚軟土地基。1. 0. 3中鐵二十四局集團福建鐵路建設有限公司根據設計要求在施工中借鑒和總結現 有的軟土地基處理方法，總結出一套預應力管樁“樁一網”結構加I古I處理2548ni深厚 軟土地基工法。1.0.4本工法在2005年溫福鐵路試驗段加固深厚軟土地基中首次應用，隨后2006年 分別在溫福II標霞浦車站和甬臺溫鐵路工程建設中得到進一步推廣和完善。木工法獲得 中國鐵道建筑總公司工法二等獎。2工法特點2. 0. 1本工法對路基的深厚軟土地基加固提出了一種有效的處理方法。2. 0.2本工法通過實施形成“樁一網”結構，使路基荷載通過“樁一網”結構傳至下 臥土層，滿3、足地基承載力和工后沉降控制要求。2. 0. 3施工速度較其他類型樁快，工期能夠得到保證。2. 0.4工藝流程清楚，操作方便，施工安全易于控制。2.0.5在目前沒有更有效的對路基的深厚軟土地基進行加固方法的情況下，本工法相對橋梁方案造價低廉。適用范本工法適用于公路、鐵路路基持力層深度為2548ni的深厚軟土地基的處理。4工藝原理預應力管樁處理深厚軟土地基的原理是：在預應力管樁進入持力層后，通過樁頂澆 筑的樁帽及樁帽上鋪設一定厚度的褥墊層形成“樁一網”結構的復合地基，使上部荷載 均勻傳遞到下臥土層，以滿足地基承載力要求，有效控制工后沉降。“樁一網”結構中 的“網”為砂、碎石及雙向土工格柵組成一定厚4、度的褥墊層，“樁”為預應力管樁。“樁 網”結構如圖4所示。圖4 “樁一網”結構原理示意圖1預應力管樁2褥墊層3 土工格柵4碎石墊層5中粗砂墊層6 土工格柵7中粗砂墊層8碎石墊層築龍網zhul on 5施工工藝流程及操作要點5. 1施工工藝流程“樁一網”結構加固軟土地基施工工藝流程見圖5. 1。圖5. 1 “樁一網”結構加固軟土地基施工工藝流程圖5. 2操作要點5. 2. 1 施工準備1管樁起吊、運輸、堆放1）根據施工樁長、運輸條件和工程地質情況對樁進行分節設計，初步擬定樁節 長度為1012m,首節為12m,其余節按施工樁長配樁。2）管樁樁身混凝土達到放張強度脫模后即可水平吊運，蒸汽養護完24天5、小時 后才能沉樁。3）裝卸時輕起輕放，嚴禁拋擲、碰撞、滾落，吊運過程保持平穩。4）運輸過程中，支點必須滿足兩點法的位置（支點距離樁端0. 207L）處，并墊 以楔形木，防止滾動，保證層與層間墊木與樁端的距離相等。運輸車輛底層 設置墊枕，并保持同一平面。5）堆放時，樁下墊木設置兩道，支撐點的位置就在兩點吊的吊點位置處，當重 疊堆放時，各層均設置墊木，堆放層數不超過三層。2作業條件1）施工場地達到“三通一平”，打樁范圍內按設計鋪設0.61.0m厚粒徑不大T* 30cm的碎石土工作墊層。2）做好場地清理和場地排水工作。3技術準備1）通過試樁校驗靜壓樁或打入樁設備的技術性能、工藝參數及其技術措施的適 6、宜性，試樁不少于2根。2）在樁身上畫出以米為單位的長度標記，用于靜壓或打入樁時觀察樁的入土深 度。5. 2.2預應力管樁施工1定位放樣1）根據設計圖紙編制樁位編號及測量定位圖。2）沉樁前先放出定位軸線和控制點，并用約3040cm長的小竹片樁定位每根 樁的中心位置。3）樁機移位后，應進行第二次核樣，保證工程樁位放樣偏差值小于lOmmo2喂樁1）為確保管樁進入持力層深度犬于樁徑的1.5倍，有效預防浮樁，喂樁前應按 設計要求把鋼樁尖焊在第一節管樁的下端板上。2）將管樁吊起，喂入樁機內，然后對準樁位，將樁插入土中約1.0米至1. 5米, 校正樁身垂直度后，開始沉樁。如果樁在剛入土過程中碰到地下障礙物，7、發 生樁位偏差超出允許偏差范圉時，必須及時將樁拔出進行重新插樁施工；如 果樁入土較深而碰到地下障礙物，應及吋通知有關單位，協商處理發生情況, 以便施工順利進行。3沉樁沉樁時，用兩臺經緯儀交叉檢查樁身垂直度。待第一節樁入土一定深度且樁身穩定 后，再按正常沉樁速度進行。第一節樁端距地面1.0米左右時停止沉樁進行接樁，如此 循環沉樁到持力層經監理工程師檢查合格后才移至下根樁施工。4接樁1）當管樁需要接長時，接頭個數不宜超過3個且盡量避免樁尖落在厚黏性土層 中接樁。2）采用焊接接樁，其入土部分段的樁頭宜高出0.5ml.Oni,吊上第二節樁，加 上定位板，然后把第二節樁吊放在下段樁端板上，將上、下樁段接8、直。上、 下樁段的中心線偏差不大于5mm,節點彎曲矢高不得大于樁段的0. 1%。3）管樁對接前，上下端板表面應用鋼絲刷清理干凈，坡口處露出金展光澤。對 接后，若上下樁接觸面不密實，可用不超過5価的鋼片嵌填，達到飽滿為止, 并點焊牢固。4）三個電焊工在成120角的方向同時施焊。先在坡口圓周上對稱點焊46 點，待上下樁固定后再拆除導向箍再分層施焊。每層焊接厚度應均勻，焊接 層數不得少于三層，焊縫連續飽滿。采用普通交流焊機的手工焊接時，必須 用電焊條打底，確保根部焊透，第二層方可用粗電焊條4価5伽施焊；采 用自動及半自動保護焊機的，應按相應規程分層連續完成。5）焊接時，必須將內層焊渣清理干凈后再焊外9、一層。坡口槽的電焊必須滿焊， 電焊厚度宜高出坡口 1mm,焊縫必須飽滿連續且應每層檢查，不得有夾渣， 氣孔等缺陷。焊接完成后，需自然冷卻不少于3分鐘并經監理工程師檢查合 格后才可進行打樁施工。夏天施工溫度較高，可采用鼓風機送風，加速冷卻, 嚴禁用水冷卻或焊好即打。6）當設計對樁接頭有防腐要求時，對焊接好冷卻后的接頭進行防腐處理。5送、截樁1）送樁：根據設計配樁施工完后如未達到持力層，而鄰樁持力層又不深時采用 送樁。送樁前在送樁器上以米為單位，并按從下至上的順序標明長度，由打 樁機主卷揚吊鉤采用單點吊法將送樁器喂入樁帽。送樁吋在管樁頂部放置樁 墊，厚薄均勻，將送樁器下套在樁頂上。2）截樁：管樁施10、打在滿足停錘條件或終壓標準后仍有一大截管樁外露時，應對 該節實施截樁。截樁采用專用切割機，邊切割邊澆水。嚴禁在管樁沒有完全 切斷時采用大錘敲斷或樁機別斷。5.2.3樁帽施工樁帽是將褥墊層中的土壓力傳至樁身的重要構件，樁頂位于樁帽正中心并插入樁帽 一定厚度。樁帽施工時先按設計要求的樁帽尺寸及標高開挖到位后立樁帽四周側模，綁 扎鋼筋，檢驗合格后進行混凝土澆筑和養護。5. 2.4褥墊層施工1褥墊層施工工藝流程：鋪設碎石一鋪設中粗砂一鋪設雙向土工格柵一鋪設中粗砂一鋪設碎石一夯實。2鋪設褥梨層應在樁帽混凝土強度達到設計強度，經檢驗符合設計要求后進行,褥墊層厚度應符合設計要求，采用的級配碎石，粒徑不得大于11、規范要求，填土前碾壓采用小型打夯機進行壓實，褥墊層的攤鋪厚度應確保壓實厚度不小于設計厚度。3 土工格柵采用16#小鐵絲綁扎搭接，橫幅之間搭接寬度0.2m,縱幅搭接寬度2. 0mo4鋪土工格柵前先人工整平，鋪設時理順、拉直、繃緊土工格柵，不得有褶皺和 破損。6材料與設備6.1材料要求本工法所需材料如表6. 1所示：表6.1材料表序號名稱規格技術指標1預應力管樁500mm單樁承載力900KN2鋼質送樁器配套1)500mm管樁3焊條J53. 2mm 型及 E4303 型4褥墊層碎石粒徑不大于3cm5土工格柵抗擊拉大于80KN/m；延仲率不大于15%6.2設備要求表6. 2-1機具設備表序號設備名稱設12、備型號單位數量用途1靜力壓樁機YZY-500臺1預應力管樁施工2步履式打樁機JZL50厶1預應力管樁施工3電焊機BK1400F-2臺1接樁4吊機QUY35臺1吊樁5挖掘機WY60臺1樁帽施工施工時按設計單樁承載力的要求選擇適用的樁機及柴油錘。YZY系列靜力壓樁機主要技術參數見表6. 2-2,筒式柴油錘參數見表6.2-3。表6. 2-2 YZY系列靜力壓樁機主要技術參數表單位YZY-300YZY-500壓入力千牛30005000邊樁距離米3.23. 75接地比壓人船噸/米2& 3114.2小船噸/米29. 1517壓樁截面方樁最大米0.5X0.50.5X0. 5最小米0.2X0. 20.2X0.13、 2圓樁最大米0.60.6最小米0.20.2大身橫向行程一次米33縱向行程次米0. 60.6最大回轉角度1914油泵系統壓力兆帕31.531. 5最大流量升/分130200表6. 2-3筒式柴油打樁錘技術參數表柴油錘型號40號50號6062號沖擊總質量（t）5 4 4 4 O 6 5 O6.06.2錘體總質量（t）9. 211.012. 515常用沖程（m）1.83. 21.93. 6適用管樁規格04000500050005500600單樁豎向承載力設計值適 用范圍（Kn）1300240018003300樁尖可進入的巖土層強風化巖強風化巖常用控制貫入度（mm/1020 5020 50擊)7質量14、控制7.0. 1施工時應認真執行以下規范、標準：1客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準(鐵建設20051160號)2鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準(鐵建設2005160號)3客運專線鐵路路基工程施工技術指南(TZ212)4鐵路混凝土工程施工技術指南(TZ210)5普通混凝土用碎石或卵石質量標準檢驗方法(JGJ53)7. 0. 2現場應收時預應力管樁的外觀質量驗收標準見表7. 0. 2-1。預應力管樁的尺寸允許偏差及檢查方法應符合表7. 0. 2-2的規定。表7. 0. 2-1預應力管樁的外觀質量表目 項級 等 量 質 品 產T品 等一品 格 合不允許:-%甕 粘大2殺修 訊個O的應 貯15、積的面且積的深修 面積符畫 計面仙且 禰助娜10mm助不0.5度很不允許每于于修 nmo大杖瞼 環不財,J 燈度長5% 不長甜的 彌漏omm臓。 滅處10管補損 磕 部 局不 允 許磕如#俵筋許 允 -八縫 裂 面 表龜 03-艮 匚-RP 此価度頭 脫 斷許 允 不允.+ 不許內表面混凝 土坍落不允許頭樁箍樁結面 接及套與身合漏漿不允 許漏漿深度不大于5mm,漏 漿長度不大于周長的 1/8,且應修補。漏漿深度不大于5mm,漏漿 長度不大于周長的1/4,且 應修補。空洞 和蜂窩不允許表7. 2-2預應力管樁的尺寸允許偏差及檢査方法項目允許偏差值質檢工具及量度方法優等品一等品合格品長度L0.3%16、L+0. 5%L/-0. 4%L+0. 7%L/-0. 5%L采用鋼卷尺端部傾斜WO. 3%DWO. 4%DWO. 5%D用鋼尺量頂面平整度10將直角靠尺的一邊緊靠樁身， 另一邊端板緊靠，測其最大間 隙。外 徑DW600+2/-2+4/-2+5/-4用卡尺或鋼尺在同一斷面測定 相互垂直的兩直徑，取其平均 值600+3/-2+3/-2+7/-4壁厚t+10/0+15/0正偏差不 計/O用鋼卷尺在同一斷面相互垂直 的兩直徑測定四處壁厚，取其 平均值保護層厚度+5/0+7/+3+10/+5用鋼尺，在管樁斷面處測量樁身彎曲度WL/500WL/1200WL/1000將拉線緊靠樁的兩端部，用鋼 卷尺測其彎17、曲處最大距離斷頭板外側平面 度0/2用鋼卷尺或鋼直尺外徑0-1內徑-2厚度正偏差值不限/07. 0. 3打入樁質量控制1在樁帽側壁用筆標示尺寸，以厘米為單位，以便記錄打樁貫入度。2當采用送樁時，測試的貫入度應參考同一條件的樁不送樁時的貫入度予以修正。3根據設計及試樁確定的停錘控制標準如樁端持力層、最后三陣貫入度和最后lm 沉樁錘擊數為主要指標來確定可否成樁，滿足要求后，做好記錄，會同有關部門做好中 間驗收工作。4實際控制成樁標準中的標高和最后三陣貫入度與設計及試樁標準出入較大時， 應會同有關部門采取相應措施，研究解決后移至下一樁位。5打樁過程屮，遇下列問題Z應暫停打樁，及時會同有關部門解決：118、）貫入度突變；2）樁頭混凝土剝落、破碎、樁身出現裂縫；3）樁身突然傾斜，跑位；4）地面明顯隆起，鄰樁上浮或位移過大；5）管樁總錘擊數超過2000；6）樁身冋彈曲線不規則。7. 0.4靜壓樁質量控制1樁機進場時壓力表應作檢定，壓樁過程中注意壓力表變化并記錄。2壓樁前，應調好樁身垂直度，使其垂直度軸線與頂平面垂直度的軸線一致。同 時靜壓樁機應水平、穩定，樁尖與樁身保持在同一軸線上。3終壓標準：根據試樁確定的終壓噸位，在樁位達到設計標高后應進行復壓，復 壓次數不宜小于3次，持荷時間視試樁結果而定。7.0.5褥墊層質量控制1碎石粒徑不大于3cm,含泥量不大于5%o2砂應采用天然級配的屮、粗砂，其含泥量19、不得大于5%。3褥墊層中的碎石和砂墊層中不得含有尖石、樹根等雜物。4雙向土工格柵的規格和抗拉強度應符合設計要求。5壓實系數應小于0. 9。7.0.6嚴格控制樁身垂直度，確保樁身傾斜率小于0.5%。7. 0. 7每根樁總錘擊數不宜超過管樁產品說明書或設計要求。7.0.8錘擊打樁是樁帽與樁頭之間應設置彈性襯墊。襯墊厚度應均勻且經錘擊壓實后的厚度不宜小于120mm,打樁期間要經常檢查、及時更換或補充。8安全措施&0.1在施工過程中應嚴格遵循鐵路工程施工安全技術規程(TB10401.1、TB10401.2)o8. 0.2施工過程應特別注意以下安全事項：1打好的管樁孔口及時回蓋袋裝中砂或袋裝碎石。2移機20、時樁機垂直度不能偏差太大，以防樁機倒塌。3吊裝作業要有專人指揮，定期檢查鋼絲繩。4施工現場的所有電源、電路、電器的設置、安裝必須遵守施工現場臨時用電 安全技術規范(JGJ46)的規定。5打樁機操作人員、專業電工、電焊工必須持證上崗，并嚴格遵守安全技術操作 規程。9環保措施9. 0. 1噪聲控制1嚴格執行建筑施工場界噪聲限值(TB12523),控制和降低施工機械和運輸 車輛造成的噪聲污染。2合理安排作業時間，盡可能將打樁作業安排在白天施工，并將噪聲控制避免夜 間施工，使施工噪聲對周圍環境影響減少到最低程度。9. 0.2振動控制采用振動較小的靜壓力樁機進行打樁施工，可以有效的減少施工中的振動，避免21、 振動對周圉建筑物的影響和破壞。9. 0. 3地基擠壓控制在打樁過程中，應嚴格按照操作規程，密切控制管樁的打進速度，避免管樁對軟 土地基的擠壓效應，引起地表隆起，使旁邊建筑物受到影響。9. 0.4做好地表排水，在工作梨層四周做好排水溝，防止雨水沖刷。9. 0.5打樁施工前先調查清地下電纜和構筑物，并改移至路基外側。10效益分析10. 0. 1經濟效益1預應力管樁對2548m深厚軟土地基進行處理相對橋梁方案，施工安全可靠， 操作簡便易行，施工造價低廉，能夠滿足地基沉降的設計要求，具有很好的經濟效益和 推廣價值。2由于速度為200km/h的客貨共線鐵路對地基提出了高要求，而東南沿海軟土地 基的特點22、，對2548m深厚軟土地基只能采用預應力管樁“樁一網”結構加I古I和橋梁方 案，下面就這兩種方案以軟基深40叭 路基寬30叭 線路長100m為例進行經濟比較，如 表 10. 0. 1-1.表 10. 0. 1-2 所示：項目數量單價造價1預應力管樁（含樁帽）16920 米216. 23 元/米3658612 元2砂墊層300立方米41元/立方米12300 元3碎石墊層900立方米66. 3元/立方 米59670 元4土工格柵3400平方米26. 33元/平方 米89522 元5夯填土5570立方米4. 08元/立方 米22726 元6級配碎石3370立方米66. 41元/立方 米223802 23、元7合計4066632 元平均每線路延長米40666元表 10. 0. 1-1預應力管樁“樁一網”結構加固造價分析表表10.0.1-2橋梁方案造價分析表序號項目數量單價造價1少1250mm鉆孔樁2560 米1104. 37 元/米2827187 元2承臺850立方米338.51元/立方 米287734 元3墩（臺）身1205立方米547.31元/立方 米659509 元4梁片3孔750000 元/孔2250000 元5橋面系200延長米1246. 42元/延長米249284 元6合計6273714 元平均每線路延長米62737元由上兩表可見采用預應力管樁“樁一網”結構加固處理深厚軟上地基每延長24、米路基可節約投資22071元。10. 0.2環保、節能效益預應力管樁采用靜力壓樁進行打樁施工，具有無振動、無噪聲等特點，不會對周圍 環境產生破壞及影響，是一種十分環保的施工方法。相對于其它施工方案，采用本工法 施工機械設備投入少，節能效果明顯。10. 0.3社會效益應用預應力管樁對深厚軟土地基進行處理，在鐵路路基施工中尚屬首次，它的成功 實施為在我國沿海海積灘涂地段修筑時速200公里客貨共線鐵路提供了可行經驗，為溫 福鐵路全線對2548m深厚軟土地基屮進行預應力管樁的施工提供借鑒。11應用實例本工法綜合總結了東南沿海速度為200km/h的客貨共線鐵路軟基處理經驗，已成功 應用于溫福鐵路福建段軟25、土地棊試驗段工程（連江段）、溫福II標霞浦車站、甬臺溫II 標等工程屮，工程質量滿足預定要求。其屮溫福鐵路福建段軟土地基試驗段工程（連江 段）的施工情況如下：11.0. 1工程概況溫福鐵路福建段軟土地基試驗段工程（連江段）位于福建省福州市連江縣境內，施 工里程為DK275+000DK275+400。該試驗段中DK275+090DK275+400地基為2542m 厚的軟土地基，設計采用預應力管樁加固，管樁設計樁徑為1）500mm,路肩范圍內樁間 距為2.5m,路肩外為3. 0m,樁頂設0. 4m厚的褥墊層，預應力管樁共計1411根，48262 延長米，預應力管樁“樁一網”結構加固軟土地基施工時間26、為2005年3月20日至2005 年7月10 Ro11.0.2施工過程按設計要求采用三臺靜壓樁機和一臺錘擊樁機進行同時施工，每臺樁機均配備吊裝 設備。錘擊樁機施工里程為DK275+090+150,靜壓樁機施工里程為DK275+150+400, 施工勞力按三班倒組織。施工吋先吊起一根樁用兩臺水準儀檢查垂直度后打入地面至l.Oni左右停止沉樁，吊上第二根樁進行接樁，接樁完后須經監理工程師檢查完后才能沉樁，如此往復直到最后一根樁，沉配樁的最后一根樁時根據是否到持力層是否要采用送 樁或截樁，每沉完一根樁均須專職質檢員檢查并作詳細記錄后報監理工程師檢查合格， 才能進行移機至下根樁施工。整區段預應力管樁施27、工完后，根據設計樁頂標高進行樁頂 開挖并進行小應變和靜載檢測，兩項檢測均合格后才能進行樁帽施工。待樁帽混凝土強 度達到設計強度時進行褥墊層施工。褥墊層施工時，鋪設完底層碎石和砂層后鋪設雙向 土工格柵，路基兩側土工格柵各回折2. Om,完成后再鋪設上層碎石和砂層，然后用內燃 沖擊夯機進行打夯。11.0.3工程監測及應用效果1預應力管樁小應變檢測結果：小應變檢測156根，其中I類樁140根，II類樁 16根。2靜載試驗17根全部合格。3本段軟土地基設四個斷面觀沒斷面，每個斷面在樁頂和樁間土各設2個觀測點, 路基填筑完成后12個月觀測結果如表11. 0. 3-1所示：表11.0.3-1各觀測點的沉降值斷面1#點2#點（樁間 土）3#點4#點（樁間 土）第一斷面24mni50mm20mm51mm第二斷面22mm45mm17 mm55mm第三斷面21mm50mm26mm46mm第四斷面15mm40mni24mm58mm樁頂與樁間土的沉降值見表110. 3-2：表11.0. 3-2樁頂與樁間土的沉降值最小沉降值最大沉降值沉降差樁頂、15mm26mm11mm樁間土40mm58mm18mm築龍網由以上小應變、靜載檢測結果和觀測結果可知預應力管樁“樁一網”結構加I古I 2548m深厚軟土地基取得了圓滿成功。