桩网结构加固地基工法.docx

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桩网结构加固地基工法

预应力管桩“桩—网”结构

加固处理深厚软土地基施工工法

工法编号：

RJGF（闽）—18—2008

完成单位：

中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司

主要完成人：

蔡履沐黄玉仁郑军锋钱寅星陶秉环

1前言

1.0.1在全国首批建设的高速铁路—东南沿海时速为200km/h的客货共线铁路中，遇到路堤须填筑在典型的海积滩涂—溺谷相沉积淤泥层地基上，该淤泥层厚度深且具有含水量高、孔隙率高、压缩性高、强度低的特点，淤泥层多粘土、粗砂等夹层，下卧层横纵向起伏变化大。

1.0.2由于新建速度为200km/h的客货共线铁路荷载大、运行速度高，故对路基的平顺性、工后沉降提出了很高要求。

在温福铁路25～48m深厚软土地基处理中，依据现行的处理方法已无法满足地基承载力和工后沉降的要求，铁道部和铁道第四勘察设计院决定在温福铁路首次采用预应力管桩“桩—网”结构加固处理25～48m深厚软土地基。

1.0.3中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司根据设计要求在施工中借鉴和总结现有的软土地基处理方法，总结出一套预应力管桩“桩—网”结构加固处理25～48m深厚软土地基工法。

1.0.4本工法在2005年温福铁路试验段加固深厚软土地基中首次应用，随后2006年分别在温福Ⅱ标霞浦车站和甬台温铁路工程建设中得到进一步推广和完善。

本工法获得中国铁道建筑总公司工法二等奖。

2工法特点

2.0.1本工法对路基的深厚软土地基加固提出了一种有效的处理方法。

2.0.2本工法通过实施形成“桩—网”结构，使路基荷载通过“桩—网”结构传至下卧土层，满足地基承载力和工后沉降控制要求。

2.0.3施工速度较其他类型桩快，工期能够得到保证。

2.0.4工艺流程清楚，操作方便，施工安全易于控制。

2.0.5在目前没有更有效的对路基的深厚软土地基进行加固方法的情况下，本工法相对桥梁方案造价低廉。

3适用范围

本工法适用于公路、铁路路基持力层深度为25～48m的深厚软土地基的处理。

4工艺原理

预应力管桩处理深厚软土地基的原理是：

在预应力管桩进入持力层后，通过桩顶浇筑的桩帽及桩帽上铺设一定厚度的褥垫层形成“桩—网”结构的复合地基，使上部荷载均匀传递到下卧土层，以满足地基承载力要求，有效控制工后沉降。

“桩—网”结构中的“网”为砂、碎石及双向土工格栅组成一定厚度的褥垫层，“桩”为预应力管桩。

“桩—网”结构如图4所示。

图4　“桩—网”结构原理示意图

1预应力管桩2褥垫层3土工格栅　4　碎石垫层

5　中粗砂垫层　6　土工格栅　7　中粗砂垫层　8　碎石垫层

5施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

“桩—网”结构加固软土地基施工工艺流程见图5.1。

图5.1“桩—网”结构加固软土地基施工工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1施工准备

1管桩起吊、运输、堆放

1）根据施工桩长、运输条件和工程地质情况对桩进行分节设计，初步拟定桩节长度为10～12m，首节为12m，其余节按施工桩长配桩。

2）管桩桩身混凝土达到放张强度脱模后即可水平吊运，蒸汽养护完24天小时后才能沉桩。

3）装卸时轻起轻放，严禁抛掷、碰撞、滚落，吊运过程保持平稳。

4）运输过程中，支点必须满足两点法的位置（支点距离桩端0.207L）处，并垫以楔形木，防止滚动，保证层与层间垫木与桩端的距离相等。

运输车辆底层设置垫枕，并保持同一平面。

5）堆放时，桩下垫木设置两道，支撑点的位置就在两点吊的吊点位置处，当重叠堆放时，各层均设置垫木，堆放层数不超过三层。

2作业条件

1）施工场地达到“三通一平”，打桩范围内按设计铺设0.6～1.0m厚粒径不大于30cm的碎石土工作垫层。

2）做好场地清理和场地排水工作。

3技术准备

1）通过试桩校验静压桩或打入桩设备的技术性能、工艺参数及其技术措施的适宜性，试桩不少于2根。

2）在桩身上画出以米为单位的长度标记，用于静压或打入桩时观察桩的入土深度。

5.2.2　预应力管桩施工　

　　1　定位放样

1）根据设计图纸编制桩位编号及测量定位图。

2）沉桩前先放出定位轴线和控制点，并用约30～40cm长的小竹片桩定位每根桩的中心位置。

3）桩机移位后，应进行第二次核样，保证工程桩位放样偏差值小于10mm。

2喂桩

1）为确保管桩进入持力层深度大于桩径的1.5倍，有效预防浮桩，喂桩前应按设计要求把钢桩尖焊在第一节管桩的下端板上。

2）将管桩吊起，喂入桩机内，然后对准桩位，将桩插入土中约1.0米至1.5米，校正桩身垂直度后，开始沉桩。

如果桩在刚入土过程中碰到地下障碍物，发生桩位偏差超出允许偏差范围时，必须及时将桩拔出进行重新插桩施工；如果桩入土较深而碰到地下障碍物，应及时通知有关单位，协商处理发生情况，以便施工顺利进行。

3沉桩

沉桩时，用两台经纬仪交叉检查桩身垂直度。

待第一节桩入土一定深度且桩身稳定后，再按正常沉桩速度进行。

第一节桩端距地面1.0米左右时停止沉桩进行接桩，如此循环沉桩到持力层经监理工程师检查合格后才移至下根桩施工。

4接桩

1）当管桩需要接长时，接头个数不宜超过3个且尽量避免桩尖落在厚黏性土层中接桩。

2）采用焊接接桩，其入土部分段的桩头宜高出0.5m～1.0m，吊上第二节桩，加上定位板，然后把第二节桩吊放在下段桩端板上，将上、下桩段接直。

上、下桩段的中心线偏差不大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。

3）管桩对接前，上下端板表面应用钢丝刷清理干净，坡口处露出金属光泽。

对接后，若上下桩接触面不密实，可用不超过5mm的钢片嵌填，达到饱满为止，并点焊牢固。

4）三个电焊工在成120°角的方向同时施焊。

先在坡口圆周上对称点焊4～6点，待上下桩固定后再拆除导向箍再分层施焊。

每层焊接厚度应均匀，焊接层数不得少于三层，焊缝连续饱满。

采用普通交流焊机的手工焊接时，必须用电焊条打底，确保根部焊透，第二层方可用粗电焊条4mm～5mm施焊；采用自动及半自动保护焊机的，应按相应规程分层连续完成。

5）焊接时，必须将内层焊渣清理干净后再焊外一层。

坡口槽的电焊必须满焊，电焊厚度宜高出坡口1mm，焊缝必须饱满连续且应每层检查，不得有夹渣，气孔等缺陷。

焊接完成后，需自然冷却不少于3分钟并经监理工程师检查合格后才可进行打桩施工。

夏天施工温度较高，可采用鼓风机送风，加速冷却，严禁用水冷却或焊好即打。

6）当设计对桩接头有防腐要求时，对焊接好冷却后的接头进行防腐处理。

5送、截桩

1）送桩：

根据设计配桩施工完后如未达到持力层，而邻桩持力层又不深时采用送桩。

送桩前在送桩器上以米为单位，并按从下至上的顺序标明长度，由打桩机主卷扬吊钩采用单点吊法将送桩器喂入桩帽。

送桩时在管桩顶部放置桩垫，厚薄均匀，将送桩器下套在桩顶上。

2）截桩：

管桩施打在满足停锤条件或终压标准后仍有一大截管桩外露时，应对该节实施截桩。

截桩采用专用切割机，边切割边浇水。

严禁在管桩没有完全切断时采用大锤敲断或桩机别断。

5.2.3　桩帽施工

　　桩帽是将褥垫层中的土压力传至桩身的重要构件，桩顶位于桩帽正中心并插入桩帽一定厚度。

桩帽施工时先按设计要求的桩帽尺寸及标高开挖到位后立桩帽四周侧模，绑扎钢筋，检验合格后进行混凝土浇筑和养护。

5.2.4　褥垫层施工

1褥垫层施工工艺流程：

铺设碎石—铺设中粗砂—铺设双向土工格栅—铺设中粗砂—铺设碎石—夯实。

2铺设褥垫层应在桩帽混凝土强度达到设计强度，经检验符合设计要求后进行，褥垫层厚度应符合设计要求，采用的级配碎石，粒径不得大于规范要求，填土前碾压采用小型打夯机进行压实，褥垫层的摊铺厚度应确保压实厚度不小于设计厚度。

3　土工格栅采用16#小铁丝绑扎搭接，横幅之间搭接宽度0.2m，纵幅搭接宽度2.0m。

4铺土工格栅前先人工整平，铺设时理顺、拉直、绷紧土工格栅，不得有褶皱和破损。

6材料与设备

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

序号

名称

规格

技术指标

1

预应力管桩

φ500mm

单桩承载力900KN

2

钢质送桩器

配套φ500mm管桩

3

焊条

J53.2mm型及E4303型

4

褥垫层碎石

粒径不大于3cm

5

土工格栅

抗击拉大于80KN/m；延伸率不大于15%

6.2设备要求

表6.2-1机具设备表

序号

设备名称

设备型号

单位

数量

用途

1

静力压桩机

YZY-500

台

1

预应力管桩施工

2

步履式打桩机

JZL50

台

1

预应力管桩施工

3

电焊机

BK1400F-2

台

1

接桩

4

吊机

QUY35

台

1

吊桩

5

挖掘机

WY60

台

1

桩帽施工

6

冲击夯机

CV800R

台

3

褥垫层施工

施工时按设计单桩承载力的要求选择适用的桩机及柴油锤。

YZY系列静力压桩机主要技术参数见表6.2-2，筒式柴油锤参数见表6.2-3。

表6.2-2YZY系列静力压桩机主要技术参数表

单位

YZY-300

YZY-500

压入力

千牛

3000

5000

边桩距离

米

3.2

3.75

接地比压

大船

吨/米2

8.31

14.2

小船

吨/米2

9.15

17

压桩截面

方桩

最大

米

0.5×0.5

0.5×0.5

最小

米

0.2×0.2

0.2×0.2

圆桩

最大

米

Ф0.6

Ф0.6

最小

米

Ф0.2

Ф0.2

大身

横向行程一次

米

3

3

纵向行程一次

米

0.6

0.6

最大回转角

度

19

14

油泵

系统压力

兆帕

31.5

31.5

最大流量

升/分

130

200

表6.2-3筒式柴油打桩锤技术参数表

柴油锤型号

40号～50号

60～62号

冲击总质量（t）

4.0

4.5

4.6

5.0

6.0

6.2

锤体总质量（t）

9.2～11.0

12.5～15

常用冲程（m）

1.8～3.2

1.9～3.6

适用管桩规格

Ø400

Ø500

Ø500

Ø550

Ø600

单桩竖向承载力设计值适用范围（Kn）

1300～2400

1800～3300

桩尖可进入的岩土层

强风化岩

强风化岩

常用控制贯入度（mm/10击）

20～50

20～50

7质量控制

7.0.1　施工时应认真执行以下规范、标准：

　　1　《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》（铁建设[2005]160号）

　　2　《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建设[2005]160号）

　　3　《客运专线铁路路基工程施工技术指南》（TZ212）

　　4　《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210）

　　5　《普通混凝土用碎石或卵石质量标准检验方法》（JGJ53）

7.0.2　现场应收时预应力管桩的外观质量验收标准见表7.0.2-1。

预应力管桩的尺寸允许偏差及检查方法应符合表7.0.2-2的规定。

表7.0.2-1预应力管桩的外观质量表

项目

产品质量等级

优等品

一等品

合格品

粘皮和麻面

不

允

许

局部粘皮和麻面累计面积不大于桩身总计面积的0.2%；每处粘皮和麻面的深度不得大于5mm，且应修补。

局部粘皮和麻面累计面积不大于桩身总外表面积的0.5%；每处粘皮和麻面的深度不得大于10mm，且应修补。

桩身合缝

漏浆

不

允

许

漏浆深度不大于5mm。

每处漏浆长度不大于100mm，累计长度不大于管桩