渣土樁在高鐵路基雜填土地基處理中的運(yùn)用

王強(qiáng)

（中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 地下直徑線工程項(xiàng)目管理部，北京 100045）

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整，基礎(chǔ)設(shè)施投資加速在即，基建行業(yè)將獲得空前發(fā)展良機(jī)［1-3］。在快速發(fā)展的同時(shí)，也會有不少舊建筑物被拆除，由此帶來大量建筑垃圾，絕大部分未經(jīng)任何處理直接運(yùn)往郊外或簡易填埋，侵占大量土地，同時(shí)會對環(huán)境造成一定污染。渣土樁作為一種地基處理方式，可以消納大量建筑垃圾，在房建或市政行業(yè)已有不少成功案例，但在鐵路行業(yè)只有較少運(yùn)用［4-6］。北京朝陽動車運(yùn)用所項(xiàng)目借鑒以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，探索鐵路路基雜填土區(qū)域采用渣土樁加固的工作機(jī)理、參數(shù)選定和施工工藝，可為后續(xù)類似工程提供參考。

1 渣土樁概述

渣土樁是一種基于擠密和強(qiáng)夯加固理論的地基加固技術(shù)，先在地面采用重錘沖擊成孔，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，向孔內(nèi)定量填料、分層夯實(shí)，使填料再次向孔周及孔底側(cè)向擠壓，達(dá)到對樁周土和樁體的擠密壓實(shí)效果?？變?nèi)填料可選用碎磚、建筑垃圾、碎混凝土、碎石、山皮石及干硬性混凝土等多種無機(jī)材料。夯擊過程中重錘動能轉(zhuǎn)化為沖擊能，產(chǎn)生很大的沖擊波和動應(yīng)力，壓縮了地基土中的孔隙，同時(shí)造成夯擊點(diǎn)周圍一定深度范圍（4～10 m）產(chǎn)生裂隙，形成良好的排氣通道，土中孔隙內(nèi)的氣體得以順利排出，土體隨之固結(jié)，使有效影響深度內(nèi)的土體密實(shí)，從而提高了地基土承載力，降低了地基土的壓縮性。

渣土樁地基加固技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）渣土樁地基加固技術(shù)可選用碎磚、建筑垃圾、碎混凝土、碎石、山皮石及干硬性混凝土等多種無機(jī)材料作為施工原材料，適用范圍廣，可大范圍推廣使用。

（2）施工控制采用單擊貫入度控制，當(dāng)?shù)鼗淋洉r(shí)填料多，地基土硬時(shí)填料少，可通過填料和單擊貫入度控制，調(diào)整復(fù)合地基均勻性，減少地基不均勻沉降。

（3）渣土樁地基加固技術(shù)比常規(guī)散體樁身的復(fù)合地基或柔性樁復(fù)合地基節(jié)約10%～30%的造價(jià)。

（4）由于渣土樁地基加固技術(shù)施工中夯擊能量大，可有效擠密樁間土，改變土顆粒原來骨架結(jié)構(gòu)并使其重新密實(shí)排列。因此當(dāng)原來地基土存在液化、濕陷和欠固結(jié)等特性時(shí)，采用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)一種工藝多種功效，既可提高地基承載力，又可消除地基土濕陷性、欠固結(jié)和液化等。

2 應(yīng)用項(xiàng)目概況

北京朝陽動車運(yùn)用所及相關(guān)站前工程包括：（1）動車走行線（含動車運(yùn)用所） DCK5+100—DCK9+994.299，長4.894 km。（2）試車線工程：試車Ⅰ線（含試車線標(biāo)定庫）SIDK1+920.000—SIDK6+161.170，長4.150 km； 試 車Ⅱ線SIIDK1+140.000—SIIDK3+777.286，長2.637 km；試車聯(lián)絡(luò)線LDK6+835.131—LDK6+055.408，長0.555 km。

北京朝陽動車運(yùn)用所標(biāo)段部分路基采用渣土樁加固雜填土地基，渣土樁樁徑為0.6 m，樁間距1.4～2.0 m，正三角形布置，加固深度4.5～9.5 m，樁頂面設(shè)置0.5 m 厚碎石墊層。渣土樁采用重錘沖擊工藝施工，樁身材料為建筑渣土。渣土樁總量為307 929 m3。渣土樁標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1。

圖1 渣土樁標(biāo)準(zhǔn)斷面

3 渣土樁施工

渣土樁施工所需材料及設(shè)備配備見表1。對每根樁的施工過程需進(jìn)行詳細(xì)記錄，包括時(shí)間、樁編號、是否設(shè)置護(hù)筒、樁頂高程及樁長、填料次數(shù)及放量、錘擊次數(shù)、最后一擊貫入度等內(nèi)容。

3.1 試樁

渣土樁施工前應(yīng)在各區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)性施工，經(jīng)質(zhì)量檢測合格后，選定適合技術(shù)參數(shù)再展開大范圍施工。每個(gè)區(qū)域試樁數(shù)不宜少于3根，施工前應(yīng)平整場地，開挖至樁頂設(shè)計(jì)高程，采用重錘沖擊成孔，達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度后，在孔內(nèi)加入一定量的填料，然后進(jìn)行夯擊擠密，在滿足設(shè)計(jì)要求的單擊貫入度后，重復(fù)填料夯擊，直至樁頂。渣土樁施工工藝流程見圖2。

表1 渣土樁施工所需材料及設(shè)備配備

3.2 樁位布設(shè)

按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樁位布設(shè)，樁位測量誤差≤20 mm。樁位應(yīng)設(shè)置不易破壞的標(biāo)志，先用鋼釬在樁位點(diǎn)錘擊至20 cm 深度，然后拔出鋼釬，形成1 個(gè)小孔，在孔內(nèi)灌入白灰，插入1根刷紅漆的竹簽，錘擊幾下使竹簽不易拔出。樁位布設(shè)完成后，統(tǒng)一對樁孔進(jìn)行編號。

3.3 樁機(jī)對位

成孔設(shè)備對位時(shí)，調(diào)整設(shè)備水平支穩(wěn)后，將細(xì)長錘緩慢放至離地面5 cm 處，使重錘中心與放好的樁位處竹簽對齊，對位誤差不超過20 mm。

3.4 沖擊成孔

錘的質(zhì)量為3.5～4.0 t、長5 m、直徑不小于355 mm，成孔不采用護(hù)筒施工時(shí)，應(yīng)采用質(zhì)量4.0 t、直徑377 mm的錘。

成孔深度不小于設(shè)計(jì)深度。成孔采用自一側(cè)向單一方向采用隔樁或隔排跳打的方法進(jìn)行施工，或采用橫移退打方式自中間向兩端對稱施工。

成孔施工中如坍塌或嚴(yán)重縮頸而無法成孔時(shí)，可采用護(hù)筒施工。護(hù)筒壁應(yīng)設(shè)置觀察口（間距2.0 m），頂部設(shè)進(jìn)料口。成孔在遇到地下大塊障礙物無法穿越時(shí)，應(yīng)先用渣土將原樁孔夯實(shí)擠密至地表，然后在其周圍不超過1倍樁間距范圍內(nèi)補(bǔ)樁，重新成孔填土夯擊。當(dāng)成孔接近孔底設(shè)計(jì)標(biāo)高、單擊貫入度大于1.0 m 時(shí)，可對孔底回填磚瓦或碎石塊，并進(jìn)行反復(fù)夯擊，再填土夯實(shí)。

3.5 填料夯實(shí)

填料采用不含有機(jī)質(zhì)的建筑垃圾、碎石和砂等（以現(xiàn)場挖出的建筑垃圾為主，摻15%粗骨料），填料最大直徑小于15 cm，填料量每延米一般不小于0.37 m3。填料分層填入夯實(shí)，樁長0～4.0 m 時(shí)每次填料不超過0.15 m3，樁長4.0 m 以上時(shí)每次填料不超過0.30 m3。樁上部0～4.0 m 填充料應(yīng)盡可能使用相對較粗的填料。

單次填料錘擊數(shù)應(yīng)不少于3擊。前2擊或2擊以上落距（錘底至填土面距離）：樁身4.0 m以下不小于12 m，樁身4.0 m以上錘底距孔口不小于6 m。最后1擊（提錘高度6 m）貫入度應(yīng)小于15 cm，否則繼續(xù)夯擊直到滿足要求。成樁至地面時(shí)采用低落距錘夯擊，以地面隆起高度不大于15 cm為宜。渣土樁施工完成后，及時(shí)對樁位進(jìn)行標(biāo)識，為下一步質(zhì)量檢驗(yàn)創(chuàng)造便利條件。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

4.1 重型動力觸探檢測

根據(jù)地層條件，渣土樁施工結(jié)束7～14 d 后，對樁身及樁間土進(jìn)行重型動力觸探抽樣檢測，檢驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)小于總樁數(shù)的3‰，且不少于3 處，樁身合格標(biāo)準(zhǔn)為：樁頂以下0～2 m 重型動力觸探（N63.5）擊數(shù)不小于7 擊/10 cm；2～4 m 不小于9 擊/10 cm；4 m 以上不小于12擊/10 cm。樁間土一般高于加工前原土標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)局部樁身動探擊數(shù)不滿足以上標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)結(jié)合載荷試驗(yàn)進(jìn)行分析研究，并應(yīng)在附近成倍增加檢測樁數(shù)，或進(jìn)行載荷試驗(yàn)檢測判定，必要時(shí)采取補(bǔ)強(qiáng)措施。對樁身動探未達(dá)到樁底的樁，不能作為評定樁身合格的依據(jù)，應(yīng)結(jié)合成孔記錄、成樁填料情況等查明原因，并另行在附近樁補(bǔ)打觸探檢測，必要時(shí)采用取鉆探查等措施。

4.2 復(fù)合地基承載力檢測

渣土樁施工結(jié)束28 d 后，采用載荷試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)合地基承載力檢測，檢測數(shù)量不得少于總樁數(shù)的2.0‰，且每項(xiàng)單體工程或每區(qū)域不得少于3處，復(fù)合地基承載力達(dá)到120 kPa以上。

5 效益分析

渣土樁具有施工效率高、環(huán)保效益佳、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，采用重錘沖擊成孔，速度高、成孔快、夯擊能大、擠密范圍大、成樁直徑大，處理后的地基均勻性好，離散性小，承載力高。無泥漿排放，較好解決了建筑垃圾的運(yùn)輸、堆放、處理及環(huán)境污染問題。由于渣土樁采用磚渣、混凝土塊等作為填料，在城市地區(qū)取材較為方便，且造價(jià)低，有效節(jié)約了施工成本，與采用CFG 樁（見表2）、管樁相比價(jià)格更為低廉。渣土樁在北京朝陽動車運(yùn)用所工程的應(yīng)用，既確保了施工質(zhì)量和進(jìn)度，又節(jié)省了工程投資，具有在同類工程中推廣應(yīng)用的價(jià)值。

表2 渣土樁與CFG樁施工效益分析比較（以單根9 m、100根樁計(jì)）

6 結(jié)束語

渣土樁在軌道交通基礎(chǔ)建設(shè)中應(yīng)用較少，通過渣土樁在北京朝陽動車運(yùn)用所的應(yīng)用，從渣土樁施工、質(zhì)量檢驗(yàn)及綜合效益等方面進(jìn)行分析，提出渣土樁施工的工藝流程及相關(guān)參數(shù)，以及質(zhì)量檢驗(yàn)的檢驗(yàn)方法。經(jīng)過驗(yàn)證，經(jīng)渣土樁加固處理后，地基承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。渣土樁的施工不僅節(jié)省投資、確保施工進(jìn)度，而且綠色環(huán)保，可為后續(xù)軌道交通基礎(chǔ)建設(shè)提供參考和借鑒。