渣土桩处理铁路基底杂填土的应用研究

梁 兵

(中航勘察设计研究院有限公司，北京 100098)

1 概述

在铁路选线过程中，城市近郊的垃圾场往往成为障碍，如果绕行往往造成征地困难及费用骤增，所以常常将线路从垃圾场地上通过，但这些区域的地基承载力低，常常不能直接采用天然地基来使用，需要挖除换填或其他地基处理手段。而垃圾场往往由于厚度大，挖除换填造价较高;而常用的地基处理方法，由于在渣土中，不容易实施且成本较高。因此，提出一种兼强夯与挤密效果——渣土桩作为铁路路基基底。渣土桩在工民建或市政行业已有不少成功案例［1-8］，在铁路行业有少量工程案例［9-12］;它不仅节约了工程造价，且能实现低碳绿色，应用前景广阔。渣土桩地基处理的技术，已积累了一些经验，但只局限于渣土桩加固地基优缺点、加固机理、参数优化和施工工艺等方面，对于渣土桩的施工验收要求和沉降控制标准等方面还需要进一步现场测试研究。

2 杂填土的工程性质

杂填土场地往往由于堆积时间短、成分复杂、有机质含量高，导致该类型土的压缩性大、侵蚀性强、压实周期长等特点，对工程构筑物产生不利影响。这是由于施工期间的人为扰动、建筑物的自重、渣土固结等作用，对一些桩基础还将会产生负摩擦力，导致桩基的承载能力降低;且杂填土不均匀性，还将引起桩基础不均匀沉降，从而导致建筑物等脆性材料的开裂破坏;垃圾等酸性物质将对工程的混凝土、钢筋的腐蚀性产生不利影响。

3 渣土桩的工作机理

孔内重锤夯实挤密桩是一种介于强夯与挤密加固理论的新型地基加固技术，是先在地面成孔，再向孔内定量分层填料、夯实，使填料再次向孔底及孔周侧向挤压，完成对桩体及桩周土的挤密效果。当孔内填料采用如碎砖、混凝土块、瓦砾、灰块、砾石、砂土等不含有机物的建筑垃圾时，该桩即为渣土桩。渣土桩具备施工速度快、投资少、环保效益佳等优点，有广阔的推广应用价值。它可以较大程度地提高地基承载力，减少地基变形，增强基础的抗震性，并能消化大量废渣土。渣土桩是将重锤的动能转化为冲击能，产生很大的动应力和冲击波，致使地基土孔隙压缩，在夯击点周围一定深度(4 m～10 m)内产生裂隙，形成良好的排气通道，使土中孔隙中气体顺利逸出，土体随之固结;从而在有效影响深度范围内使土体达到了密实，从而提高了强度，降低了压缩性的目的。总的来说，渣土桩的作用机理可分宏观机理和微观机理。宏观机理就是从地基土所受冲击力、应力波的传播对加固效果的影响等方面;微观机理，则对冲击力作用下土的微观结构的变化，如土颗粒的微观特性、颗粒的排列分布。

4 工程实例分析

4．1 杂填土条件

场地位置有50多万平方米为新近倾倒垃圾，且分布无序。

4．2 地基处理方法的比选

根据国内外该类型地基的处理经验，结合场地周边环境和北京市政府的要求，且达到路基承载能力要求和处理后沉降不大于30 cm等要求，综合比较了强夯、渣土桩、注浆等方案的经济性及技术性。强夯因产生噪声大，环境干扰严重，遭到地方政府反对，而未实施;重点对注浆和渣土桩方案进行对比选取。注浆存在注浆不同步、串浆、跑浆严重等工程问题;而渣土桩施工过程简单、填料就地取材，极限承载力能达到300 kPa以上;从经济性分析注浆平均在700元/m(孔间距2．5 m)，渣土桩的平均成本在130元/m2～150元/m2(10 m、三角形布置、间距1．6 m)。因此，最终选定采用渣土桩进行加固，采用桩径0．6 m，桩长为10 m，桩间距1．6 m的等边三角形布置。

4．3 渣土桩的施工

4．3．1 施工工艺

采用专用的施工机械，采用重锤冲击成孔，能使桩身周围渣土得到第一次挤密;同时，向孔中分层填入渣土，再用重锤夯实，使周围土体得到第二次挤密，用单击灌入度作为收锤标准。

处理过程中，需要对现场填埋的垃圾筛分，除去生活垃圾及粒径15 cm以上渣土，且在其余的渣土中掺入15%的卵石或碎石的粗骨料，桩身填料量为0 m～0．4 m范围，补料0．15 m3;桩身4 m以下，每次0．3 m3，填料后的锤击数不小于3击，最后一击的灌入度不大于20 cm，如不满足要求时，则成孔深度需继续加大。

4．3．2 工程问题及处理办法

1)塌孔。孔口塌孔是施工的一大难点，由于北京的地下水位较低，填土的含水量小且结构松散，在受到重锤反复振动下，孔口渣土将不断坍塌到孔内，严重影响成孔速度;通过将孔口土层含水率调整到14%～18%，或者加装护筒的方法可以有效的确保孔壁稳定。

2)生活垃圾。由于生活垃圾对地基稳定性影响较大，必须将生活垃圾筛除，而筛分或粉碎后的建筑垃圾回填后，将形成具有一定防渗性的覆盖层。

4．3．3 施工中质量控制

1)夯击成孔:夯击控制落锤锤距6 m，每次填料的锤击数量不小于3击。

2)桩体填料:要按照要求对垃圾土进行筛分，严格按添加粗骨料量加入并搅拌均匀。

3)桩体位移:桩体位置应准确测量并在施工中确保桩体位移不大于0．5倍的桩径。

4)过程检查:施工要严格按照工艺实施，过程中要对骨料含量、粒径、桩的布置形式和数量、桩长、渣土灌入量、桩身密实度和桩基承载力进行检查评定和验收。

4．4 加固效果的检测及验收

4．4．1 杂填土原始条件调查

杂填土的重型动力触探修正后击数平均值为6．8，波速平均值为143 m/s，说明杂填土结构性差，处于松散～稍密状态。

4．4．2 检测方案

委托独立的第三方进一步验证地基的加固效果:1)渣土桩桩身密实度检测;2)对桩间土的挤密加固效果进行验证，通过检测进一步验证渣土桩加固地基方式可以满足工程需要。

渣土桩桩身密实度检测。在施工结束后7 d～14 d内，利用63．5 kg穿心重锤完成动力触探，每10 cm记录锤击次数，再进行杆长修正，并按照0 m～2 m，2 m～4 m，4 m以下取算术平均值作为评定数据。复合地基承载力。施工结束14 d后，根据试验点的面积置换率大小选取不同的静载试验承压板。分别选取1．6 m×1．6 m和1．8 m×1．8 m的承压板，分八个等级进行逐级加载，根据设计要求，试验的最大加载值确定为300 kPa。

4．4．3 检测结果分析

1)重型动力触探检测。

杂填土处理前，重型动力触探最小值为4击，动力触探试验结果见表1。

表1 桩间土重型动力触探检测结果表

根据重型动力触探结果分析，2根渣土桩中，桩身2 m～4 m修正后动力触探的平均值N63．515击/10 cm～20击/10 cm，不小于设计要求的9击/10 cm;桩身4 m以下修正后动力触探的平均值N63．513击/10 cm～19击/10 cm，不小于设计要求的12击/10 cm。桩顶以下0 m～2 m修正后动力触探的平均值N63．515击/10 cm～21击/10 cm。通过对渣土桩的试验检测，可以看出设计采用的渣土桩及其施工采用的指标满足工程需要。

对10个试验点的渣土桩体进行重型动力触探，试验结果见表2。

表2 渣土桩重型动力触探检测结果

2)复合地基承载力检测。

检测选取了2个点作为试验点，试验最大加载为设计承载力的2倍，即300 kPa作为终止荷载。图1为桩号9400的Q—s曲线、s—lg t曲线。

图1 复合地基承载力检测

根据静载试验结果，载荷沉降关系曲线为正常的弧形，无明显拐点，按相对沉降S/b确定复合地基承载力。S/b=0．001 9～0．003 8＜0．01，在最大加载时未出现破坏状态，说明复合地基承载力基本满足设计要求的150 kPa。

4．4．4 竣工验收

渣土桩处理铁路路基施工质量的验收，铁路暂无标准，拟提出以下的竣工验收标准:1)渣土桩检验批按照不大于1 000根为一检验批。2)渣土桩验收的主控项目为粗骨料含量、粒径、布置形式和数量、渣土灌入量、桩长、桩身密实度、渣土桩的间距、桩径、垂直度、复合地基承载力等指标。3)原材料的检验，正确记录进场的批次和按抽样检测方案执行。4)检验批、分项工程须由监理工程师组织验收且填写相关表格。

5 结语

1)系统的研究了渣土桩工作机理，认为渣土桩作用机理分宏观机理和微观机理，宏观机理是微观机理的外部表现，而微观机理是宏观机理的内部依据。2)渣土桩处理后，场地的地基承载力从原来60 kPa～120 kPa提高至150 kPa及以上，达到设计要求，满足路基工程的需要。3)系统地提出了渣土桩的施工工艺和质量控制措施，为后续工程提供施工依据。

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