摘要：文章以新建京张铁路JZSG-8标段路基施工为例，介绍对于穿越含砂层地层采用的水泥土挤密地基加固处理进行试验后，得出结果水泥土挤密桩不能成孔之后，对原设计方案进行变更，采用变截面挤密螺纹桩或素混凝土+泥浆护坡的方式进行地基加固处理，并证明满足施工要求。
关键词：穿越含砂层地层；地基加固处理；素混凝土桩
1工程概况
新建京张铁路JZSG-8标DK172+327.37～DK172+972段路基全长644.67m，前接陈家庄大桥，后接草帽山隧道，地形平坦，交通条件良好，线路两侧多为农作物，农作物主要为枣树、葡萄园、海棠等，植被发育良好。本标段路基工程路堑段地层为新黄土、细角砾土、粉土、粉质粘土、粉细砂层等。特殊性岩土主要为新黄土、分布于上部，其中DK172+327～DK172+415为非自重湿陷性黄土，湿陷性等级为Ⅰ级轻微，湿陷性深度为9m；DK172+415～DK172+972为非自重湿陷性黄土，湿陷性等级为Ⅱ级中等，湿陷性深度为8m。
2路基水泥土挤密桩试桩
2.1试验目的
DK172+327.37～DK172+378段路基基底采用CFG桩间打水泥土挤密桩加固，CFG桩桩径0.5m，桩间距2.0m，正方形布置，加固深度22m～27.5m，CFG桩加固范围内，水泥土挤密桩桩径0.4m，桩间距1.0m，正方形布置，桩长9m；DK172+378～DK172+815段路基基底采用水泥土挤密桩加固，桩径0.4m，桩间距1.0m，正三角形布置，加固深度4m～10m。通过水泥土挤密桩成桩工艺性试验，复核地质资料情况，确认水泥土挤密桩成孔工艺是否满足现场施工要求。
2.2试验过程
（1）场地清理、整平。施工场地清表，采用人工配合挖掘机或推土机作业，处理后的基底要求平整，无草皮、树根等杂物，且无积水。
（2）放样定位。原地面处理完毕后首先进行地面复测，记录地面高程，复核场地边界、中线，然后根据施工图进行桩位放样，采用全站仪现场布置控制网并复核。放样完成后打入标桩，中心线的放样误差控制在2cm范围内，并设置十字形控制桩，便于校核。
（3）桩机就位。水泥土挤密桩采用沉管成桩法施工，桩机就位后使桩管保持垂直，用线锤吊线检查桩管垂直度，确保垂直度偏差不大于1.5%，桩位偏差控制在5cm以内。每根桩施工前由现场技术人员进行桩位对中及垂直度检查，确定满足要求后，方可施工。
（4）沉管成桩。采用沉桩机将与桩孔同直径钢管打入土中拔管成孔，桩管顶设桩帽，下端作成60°角度锥形活动桩尖，施工前在桩架或钢管上标出控制深度标记，以便施工中进行钢管深度观测。控制拔管速度，在拔管前停顿10秒左右。
（5）验孔检查。通过在DK172+600、DK172+625、DK172+635、DK172+650处进行试桩试验，尺量孔深，收集到以下数据：
①DK172+600处设计桩长10m，实际钻孔深度10m，尺量孔深5.8m，塌孔深度为4.2m。在距钻头4.2m之内，管壁上带有细砂。
②DK172+625处设计桩长10m，实际钻孔深度10m，尺量孔深5.2m，塌孔深度为4.8m。在距钻头4.8m之内，管壁上带有细砂。
③DK172+635处设计桩长10m，实际钻孔深度9.5m，尺量孔深5.0m，塌孔深度为4.5m。在距钻头4.5m之内，管壁上带有细砂。
④DK172+650处设计桩长10m，实际钻孔深度9.6m，尺量孔深5.0m，塌孔深度为4.6m。在距钻头4.6m之内，管壁上带有细砂。
2.3试验结果分析
通过本次工艺性试桩试验数据分析成孔拔管后，距钻头约4.2～4.8m之内的管壁上发现有细砂，与原设计地质新黄土不相否，成孔9.5～10m，拔管后尺量孔深为5.0～5.8m，水泥土挤密桩不能成孔，即水泥土挤密桩施工工艺不能满足现场施工要求，以此类推柱锤冲扩桩、CFG桩等均不能成孔。
3变截面挤密螺纹桩试桩
3.1试验的目的
变截面挤密螺纹桩桩径0.4m，桩间距1.8m，正方形布置。变截面挤密螺纹桩上下部分均为螺纹形式，螺牙内桩径400mm，宽截面螺牙宽度30mm，螺牙端部厚度约30mm，根部厚度约60mm；窄截面螺牙内桩径300mm，螺牙宽20mm，螺牙端部厚度约20mm，根部厚度约40mm。通过变截面挤密螺纹桩成桩工艺性试验，确认变截面挤密螺纹桩施工工艺是否满足现场施工要求。
3.2试桩过程
（1）施工准备。平整场地，清除障碍物，地面高程高于设计标高0.5m，形成工作平台，避免人为原因造成桩顶高程难以控制，做好场地内的防排水措施。
（2）测量放样。原地面进行地面复测，记录地面高程，复核场地边界、中线，然后根据施工图进行桩位放样。
（4）钻进成孔。钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进。下钻过程中，桩机自控系统严格控制钻杆下降速度和旋转速度，使二者匹配，要求钻杆旋转两周以上，下降一个螺距，钻至螺纹段设计深度，在土体中形成螺纹桩段。
（5）验孔检查。通过在DK172+520、DK172+600、DK172+650、DK172+700处进行试桩试验，尺量孔深，收集到以下数据：
①DK172+520断面：钻机钻进时电流值为70 A～80 A，当机械钻进至17.4m时，机械下钻速度缓慢，表示钻机进入持力层，此时电流值为110A。
②DK172+600断面：钻机钻进时电流值为70 A～80 A，当机械钻进至13.2m时，机械下钻速度缓慢，表示钻机进入持力层，此时电流值为102A。
③DK172+650断面：钻机钻进时电流值为70 A～80 A，当机械钻进至13.4m时，机械下钻速度缓慢，表示钻机进入持力层，此时电流值为105A。
④DK172+700断面：钻机钻进时电流值为70 A～80 A，当机械钻进至14.1m时，机械下钻速度缓慢，表示钻机进入持力层，此时电流值为107A。
3.3试验结果分析
通过钻出的土样及成孔钻进过程综合分析，钻机在钻进至13.2～17.4m时进入持力层（硬层），该持力层为一层2.5～4.5厚的细角砾土，承载力满足要求，变截面挤密螺纹桩成桩施工工艺能满足本段路基地基加固处理施工。
4素混凝土桩试桩
4.1试验的原因和目的
DK172+327.37～DK172+500上方两条500KV高压线（万顺一、万顺二线），迁改完成后线下净空高32.0m，30.6m，根据《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005，500KV电压导线在最大偏斜情况下，起重机的任何部位距架空线的最小安全距离为8.5m。满足施工要求的长螺旋钻钻机最小高度为26m，因此变截面挤密螺纹桩不能满足施工环境要求。通过素混凝土桩+泥浆护壁的方式进行试验，确定素混凝土桩+泥浆护壁的施工工艺是否满足现场施工要求。
4.2试桩过程
（1）施工准备。钻孔灌注桩桩顶4m范围内设置钢护筒，护筒采用10mm钢板卷制，旋挖钻孔钢护筒直径比桩径大20cm，冲击钻孔钢护筒直径比桩径大10cm。混凝土由标段2#混凝土拌合站集中生产，罐车运至现场，导管法灌注。
（2）钻孔。开钻时先在孔内灌注泥浆，不进尺只空载转动，使泥浆充分进入孔壁。将钻头提高距离孔底20cm～30cm，真空泵加足清水（不得使用脏水），关闭控制阀使管路封闭，打开真空管路使气水畅通，然后启动真空泵产生负压，待泥浆泵充满水时关闭真空泵，立即启动泥浆泵。当泥浆泵出口真空压力达到0.2Mpa以上时，打开出水控制阀，把管路中的泥水混合物排到沉淀室，形成反循环，启动钻机慢速开始钻进。开孔时钻机轻压慢转，随着深度增加而适当增加压力和速度，在土质松散层时采用比较浓的泥浆护壁，且放慢钻进速度和转速，轻钻慢进以控制塌孔。待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进。
（3）清孔。清孔采用换浆法清孔清孔的目的是清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉渣而降低桩的承载力。清孔分两次进行，第一次清孔在钻孔深度达到设计深度后进行，第一次清孔就应满足规范要求。待导管下放后再进行第二次清孔，灌注混凝土前清孔必须达到以下标准。
（5）验孔检查。通过在DK172+350、DK172+400、DK172+450处进行试桩试验，尺量孔深，收集到以下数据：
①DK172+350断面：旋挖桩基桩孔20m，清孔后尺量孔深20.00m，10min后孔深19.98m，20min后孔深19.92m，30min后孔深19.82m，60min后孔深19.5m；
③DK172+400断面：旋挖桩基桩孔19.31m，清孔后尺量孔深19.31m，10min后孔深19.28m，20min后孔深19.23m，30min后孔深19.11m，60min后孔深18.78m；
③DK172+450断面：旋挖桩基桩孔16.65m，清孔后尺量孔深16.65m，10min后孔深16.61m，20min后孔深16.55m，30min后孔深16.46m，60min后孔深16.16m。
4.3试验结果分析
通过上述数据绘出时间与踏孔量之间的涵关系，水下灌注桩设计要求沉渣厚度不大于10cm，代入下式得出时间为19min，即钻孔完成后19min内必须进行混凝土灌注施工，才能满足设计要求，如4.3塌孔量与时间相关性函数：
4.3塌孔量与时间相关性函数
5设计变更
5.1第一次变更
变截面挤密螺纹桩试桩成功后，经设计变更将DK172+500～DK172+835段路基开挖至基床底层地面标高附近，基床底层采用冲击碾压加固消除表层黄土的湿陷性，经检测湿陷系数小于0.015后，再采用变截面挤密螺纹桩加固，桩径0.4m，桩间距1.8m，正方形布置，加固深度8.0～10.8m，桩顶设直径1.0m、厚0.4m厚圆柱形C30钢筋混凝土桩帽，基底设厚0.5m的碎石垫层内夹一层抗拉强度不小于260KN/m的高强土工格栅。
5.2第二次变更
素混凝土桩试桩成功后，经设计变更将DK172+327.37～DK172+500段路基开挖至基床底层地面标高附近，基床底层采用冲击碾压加固消除表层黄土的湿陷性，再采用素混凝土桩加固，桩径0.6m，桩间距2.8m，正方形布置，加固深度10.8～14.6m，桩顶设直径1.4m、厚0.5m厚圆柱形C30钢筋混凝土桩帽，基底设厚0.8m的三七灰土垫层内夹一层抗拉强度不小于260KN/m的高强土工格栅。
5.3成桩检测
变截面挤密螺纹桩及素混凝土桩施工过程详见上述试桩方案。成桩7天后进行低应变检测，桩基完整性满足设计要求，成桩28天后取总桩数的2‰，且不少于3根，进行复合地基承载力试验，复合地基承载力均大于180Kpa，复合设计要求。
6结语
在本工程项目中，针对含砂层地层进行水泥土挤密螺纹桩试桩试验之后证明无法成孔，满足不了施工要求，以此类推柱锤冲扩桩、CFG桩均不能成孔。然后采用变截面挤密螺纹桩可以满足要求，但是存在高压线时变截面挤密螺纹桩机械太长，满足不了最小安全距离，最后采用素混凝土+泥浆护坡的方法满足施工要求。通过本次试验，为以后类似地层、同类外界环境因素的地基加固处理方式提供了有力的依据。
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作者简介：刘小弟（1989-），男，甘肃陇南市人，学士，助理工程师，就职于中国水利水电第七工程局有限公司二分局，从事铁路工程施工技术及管理工作。
论文作者:刘小弟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：截面论文; 螺纹论文; 深度论文; 钻机论文; 混凝土论文; 钻孔论文; 钻头论文; 《基层建设》2018年第36期论文;