大型铁路客运站柱锤冲扩桩软基加固施工技术

卢庆练

（中铁十八局集团有限公司 天津 300222）

大型铁路客运站柱锤冲扩桩软基加固施工技术

卢庆练

（中铁十八局集团有限公司 天津 300222）

柱锤冲扩桩法是在土桩挤密法和强夯技术的基础上演化而来的一种新型的地基处理方法，在高速铁路客运站建设中得到广泛应用，结合工程实例，介绍柱锤冲扩桩法进行软土地基处理施工技术，以期为今后类似施工提供借鉴。

铁路客运站 柱锤冲扩桩 地基处理 工艺技术

1 前言

软基加固处理技术在铁路路基施工中非常普遍、且方法多样，根据地质，选取经济合理、满足承载力要求、快速高效的处理方法是关键。柱锤冲扩法是综合吸取土桩挤密、强夯置换等工法优点，利用冲击成孔、分层夯实原理发展起来的一种新型地基加固技术，兼有挤密、置换和振动的作用，其成孔、成桩方法可根据地质、施工机具不同多样选择。本文通过某铁路客运站柱锤冲扩桩软基加固施工实践，进行施工验证和经验总结，供今后同类工程参照借鉴。

2 工艺特点

2.1 施工工艺简单、操作安全可靠

通过柱锤冲击成孔、分层填料成桩，工序简单、操作方便、人员设备投入少，施工快速安全。

2.2 适用范围广、加固效果显著

可适用于杂填土、粉土、粉质黏性土、黏土、黄土、液化砂土等多种土质，地基处理深度达6～30m，成孔直径0.6～2.5 m。柱锤对土体的冲击速度可达3～25 m/s，单位面积夯击能是一般强夯的8～20倍，处理后的地基压缩模量显著提高，极大降低压缩变形量，地基承载力可提高4～8倍。

2.3 施工速度快、节能环保

无需土方外运，不需钢材、水泥，无污水、泥浆，仅需碎石作主要填料，且孔内冲击成桩，振动小、噪声低，施工速度快，节能环保。

3 工艺原理

柱锤冲扩桩法是通过提升设备将柱锤（一般直径30～50cm、长2～6m、重1～8t柱状锤，长径比L/d=7～12）提升到距地基5～10m高度后下落，反复冲击成孔到设计深度，在孔内分层填料、分层夯实形成桩体，通过对原状土的侧向挤密、强力夯实、动力固结、充填置换、物理化学反应等综合作用，以实现软基加固效果和目的。

4 施工工艺流程及工序要点

4.1 施工工艺流程

根据不同地质可采用冲击、跟管和螺旋钻进等3种成孔方法，然后选取不同施工机具，采取孔内分层填料夯扩、逐步拔管填料夯扩、扩底填料夯扩、边冲孔边填料与柱锤强力夯实置换等4种成桩施工方法。尽管成孔、成桩方法不同，但施工工艺流程基本一致。柱锤冲扩碎石桩施工工艺流程详见图1。

图1 柱锤冲扩碎石桩施工流程图

4.2 主要工序要点

4.2.1 测放桩位

按照桩顶以上0.6～1.0m标高，采用推土机对施工场地进行平整压实，然后根据桩位设计布置图进行测量放样，每个桩位采取插杆定位、编号，标注明显、准确，并报监理验收合格。

4.2.2 桩机就位

按照桩位布置放样点位，牵引打桩机就位，调整机身水平度和垂直度，使护管及柱锤中心与桩位对齐，垂直度偏差不大于桩长1.5%，采用线锤或经纬仪校核。

4.2.3 锤击成孔

（1）成孔施工顺序：由外向里间隔分排施工，成孔布置详见图2。

（2）根据不同地质可采用冲击、跟管和螺旋钻进等3种成孔方法，其中：

图2 成孔布置图

A、冲击成孔：一般适用地下水位以上不塌孔土层，若成孔过程中出现缩径或坍孔时，可分次填入粗骨料，冲击挤密孔壁。

B、跟管成孔：一般适用于杂填土、素填土、粉土、松软土、黄土、液化砂土等松散、易塌孔地层。护管直径稍大于柱锤直径，长度一般5～10m一节，用柱锤边成孔边将套管压入土中，直至桩底设计标高。

C、螺旋钻进成孔：一般适用于地下水位以上黏性土土层。

（3）柱锤冲扩桩法夯击能量较大，易发生地面隆起，造成表层桩和桩间土出现松动，因此成孔及填料夯实的施工顺序必须间隔进行（详见图2），且开孔时采用柱锤低落距（2～4m）轻夯成孔，然后增大落距成孔。

（4）当成孔过程中，遇到坍孔或缩颈时，可采取分次填碎石或碎砖和生石灰，边冲击边将填料挤入孔壁及孔底时，适当降低柱锤落距、放慢冲孔速度，使骨料与孔内松软土层强行拌合。若仍不能成孔时，采用跟进套管法成孔方法。

（5）成孔过程中随时检测桩机垂直度，不满足要求时，及时调整到位，直至达到设计桩底。（6）接近设计成孔深度时，在孔内填少量粗骨料继续冲击，直至孔底被夯密实。

（7）当设计有打入持力层要求时，除桩长符合设计要求外，还需检查打入持力层深度满足要求。4.2.4 成孔检测

锤击至设计成孔标高后，检查成孔直径、深度、垂直度、孔内虚土和积水情况，并填写验收记录报监理工程师。

4.2.5 分层夯填成桩

（1）成桩顺序必须按成孔顺序间隔进行，成孔一个夯填一个，严禁成孔后统一成桩，防止塌孔或填埋。

（2）成桩可采用孔内分层填料夯扩、逐步拔管填料夯扩、扩底填料夯扩、边冲孔边填料、柱锤强力夯实置换等多种方法，填料采用级配良好的碎石或碎石夹砾砂，运料车运送，其中：

A、孔内分层填料夯扩：即在孔内自下而上分层填入填料夯扩，适用于冲击成孔、螺旋钻进成孔。

B、逐步拔管填料夯扩：适用跟管成孔，当达到设计深度后，边填料、边拔管、边柱锤夯扩成桩。

C、扩底填料夯扩：当孔底土层较软时，可在孔底进行反复填料夯扩形成扩大端，待孔底夯击贯入度满足要求时，再自下而上分层填料夯扩成桩。

D、边冲孔边填料、柱锤强力夯实置换法：适用于厚度≥3m松软土层。

（3）成桩过程中，要随时检测和调整桩机垂直度满足要求，桩顶标高控制在设计标高以上至少0.5m，其上部用粘土夯封。

（4）成桩过程中，用单击贯入度来控制填料填量和夯击次数，单击贯入度不大于20cm（距地面1～2 m时，柱锤落锤距宜适当减小，采用低能量夯击填充料成桩），填料量按不小于0.4m3/m控制，以形成直径不小于φ0.6m的碎石或碎石夹砾砂冲扩桩（成孔直径为0.5m时）。

（5）成桩过程中，应随时观察地面隆起，当地面有明显隆起时，立即减小柱锤落距，采用低落距多次夯击，夯击直至设计标高。

（6）成桩过程中，要随时尺量或挖深检查桩径不得小于设计值，否则，应加大重锤质量、落距、填料量和夯击次数等参数。

4.2.6 施工机具移位

根据预先设定的成孔、成桩顺序，将柱锤冲扩机移到下一桩位，继续施工。（见图3）

4.2.7 桩基检测

成桩后，根据设计要求，主要进行桩身质量、桩间土处理效果、复合地基承载力等质量检测。其中：桩身质量主要检测：挖深检查桩的直径是否不小于设计值。桩间土处理效果检测：桩施工结束7～14天后，在桩间中心点、成孔挤密深度范围内采用动力触探对桩间土的挤密效果进行检测。复合地基承载力检测：成桩14～28天后进行，采用静载荷试验。（见图4）

图3 护管式柱锤冲扩桩机

图4 现场复合地基承载力试验

5 材料与设备

根据施工图纸，准备所需填料，可为碎石或碎石夹砾砂。主要施工机械设备详见表1。

表1 主要施工机械设备配置表

6 质量控制

6.1 正式施工前，先进行工艺性试验，选择锤量、锤长，确定满足设计承载力要求的落距、分层填料量、分层夯击次数、总填料量等工艺参数后，报监理单位确认、审批后大面积施工。

6.2 对已成桩高出设计标高部分，在铺设砂垫层前，采用推土机铲除超高部分，并人工清理至设计桩顶标高，再使用压路机碾压平整，不得使用挖掘机挖除，以避免破坏桩体。

6.3 柱锤扩冲桩桩身采用碎石或碎石夹砾砂材料，粒径满足设计要求，最大粒径不大于50mm，含泥量不大于5%。

检验数量：同一产地、品种、规格且连续进场的碎石，每3000m3为一批，不足3000m3时也按一批。施工单位每批抽样检验1次。

检验方法：在料场抽样检验含泥量试验和筛分试验。

6.4 桩间土处理效果检验、承载力检测时间、检测手段、检测频率应严格按照验标进行 。其中：

成桩后7～14天在桩间形心点、成孔挤密深度范围内采用动力触探对桩间土的挤密效果进行检测，沿线路纵向连续每50m抽样检验不少于3处；成桩14～28d后进行复合地基载荷试验，检验桩数不小于总桩数的2‰，并不少于3根。

6.5 柱锤冲扩桩桩位、垂直度、有效直径的允许偏差见表2

表2 允许偏差表

7 安全措施

7.1 施工临时用电由专职电工设计，并建立档案，定期检查、量测。

7.2 严格遵守施工机械操作规程，及时向操作人员进行施工任务和安全技术交底，严禁超载作业或任意扩大使用范围

7.3 加强对施工机械工况检查和维修保养，操作人员不得擅自离岗，严禁无关人员进入工作区域或操作室内。

7.4 实行多班作业的机械操作人员应严格执行交接班制度。

7.5 操作人员和配合作业人员必须正确佩戴和使用劳动防护用品。

7.6 机械移位时应专人指挥、协调行动，防止机械倾覆，移位后应再次对机械各部位进行检查。

8 环保措施

8.1 施工期间，对施工物料堆放严格管理，防止在雨季或暴雨将物料随雨水径流排入地表及附近水域造成污染。

8.2 在工程施工过程中，加强施工机械的管理，减少污染源（如掺柴油添加剂，配备催化剂附属箱等）。

8.3 为防止施工废水和工区生活污水污染周围土地，作业场地周边设置排水沟，汇集进入污水处理池进行处理，达标准后排放。

9 效益分析

柱锤冲扩桩与强夯、换填等施工方法相比，首先，从自身构造来讲，柱锤自重大、底面积小，对土体的冲击速度可达1～25m/s，柱锤底静接地压力值100～500 kPa，而强夯锤底静接地压力值仅为25～40 kPa，柱锤单位面积夯击能可达600～5000 kN.m/m2，是一般强夯的10～20倍，强大的冲击速度、冲击力，使地基处理效果和效率明显提升，既可以解决强夯影响深度不够的问题，又可以避免橡皮土的出现，还可以解决承载力低以及地基刚度不均的难题；其次，柱锤冲扩桩较强夯受地层限制小，成孔、成桩方法多样，可用于多种土层施工，受季节、气候因素影响小，应用范围广，推广前景广阔；第三，柱锤冲扩桩可改变填料种类和成孔、成桩方法，以达到对原状土的侧向挤密、强力夯实、动力固结、充填置换、物理化学反应等综合作用，以实现软基加固效果和目的；第四，柱锤冲扩桩采用碎石作填料，可大量节约钢材、水泥、石灰等，较换填可节约投资50～70%，同时又减少土方外运，施工速度快（桩长13m平均2小时1根），采用孔内强夯，振动小、噪声低（70dB以下），无污水、泥浆污染，节能环保效果显著。第五，柱锤冲扩桩采用散体桩形式，对局部有孤石处可免除开挖、回填、再打桩程序，大大缩短工期。

[1]陈明金.柱锤冲扩桩（DDC法）加固湿陷性黄土地基[J],科学之友.2008

[2]王庭博、宋德朝、顿志元.高原机场冰泽土地基强夯处理及试验检测,岩土工程技术.2012

[3]袁维红.新型柱锤冲扩桩法地基处理技术应用探讨[J],工程与建设.2010

Construction technology of Soft Foundation Reinforcement for Pile Hammer of Large Railway Stations

LU Qing-lian
（China Railway Eighteen Bureau Group Co., Ltd. Tianjin 300222 China）

Thruster expanded pile is a new ground treatment method evolving from the soil compaction pile and compaction technology, which is widely used in the construction of high-speed railway stations. Based on the engineering example, this thesis introduces the construction the technology of thruster expanded pile in soft soil foundation treatment, which hopefully will provide reference for similar constructions in future.

railway station thruster expanded pile foundation treatment technology

A

1673-1816(2016)04-0028-06

2016-04-19

卢庆练（1970-），男，汉，河北乐亭人，高级工程师，学士，研究方向土木工程技术。