路基填筑施工工艺研究——同济学习讲义.doc

铁道部科技发展计划项目合同编号99G28项目分类B 路基与桥桩沉降控制措施的试验研究报告之二路基填筑施工工艺研究中铁二局集团有限公司同 济 大 学 2002年9月1. 工程概况1.1 地理位置本项目试验场地位于同济大学沪西校区，场地原为仓库，已拆除，余一些建筑垃圾，中央有一高1.5m ,直径3m的碉堡，一个化粪池和一些仓库条形基础。场地东侧3m处紧邻一幢平房，稍远处有两幢二层楼房，南侧10m处左右有二栋新建的6层教师公寓楼，基础为预制小方桩复合地基，西侧为开阔地，上有一些临时建筑工棚，北侧紧邻一小河。平面位置见图1所示。图1 路基平面示意图1.2 地质概况试验场地自上而下：第一层，人工杂填土，主要为建筑垃圾，极不均匀，厚1.15m2.7m。第二层，粘土及砂粘土，褐黄色间褐灰色，软流塑，间夹极薄层或透镜状粘砂，土或粉砂层理发育，厚45m，第三层，淤泥质粘土，浅灰色、灰色、流塑，厚1112m。第四层，粉砂与粘土互层，青灰色，稍密，层理发育，一般16m厚粉砂夹23mm厚灰褐色粉砂土或粘土，粉砂为主，局部见腐植物和白色小贝壳。1.3 设计概况1.3.1 地基处理路基基底设计长度65m，宽29.84m，清除地基表层1.15m2.7m的人工杂填土后，回填原土，整平碾压，压实系数。回填土表层由中线向两侧做4%的横坡。地基采用塑料排水板加固，间距1.2m，呈梅花型布置，纵向间距1.04m，深15.2m，基底铺设0.6m厚中粗砂垫层，在0.3m和0.5m处各铺设一层土工格栅。砂垫层的铺设仍由路基中线向两侧做4%的横坡。路基的横断面如图2所示。图2 路基纵断面示意图1.3.2 路基填筑 路基填筑高度4.5m，基床以下填筑15m（其中砂垫层0.6m），基床底层2.3m，基床表层级配碎石0.7m，全段路堤边坡坡率1:1.5，坡脚设高1.0m，宽1.0m的护道。沿线在路堤坡脚2.0m处设一排观测桩，纵向间距15m。 试验场地的西端，即DK0+010DK0+045的基床以下和基床底层用下蜀粘土（C类土）加35%的生石灰改良土填筑，长35m。东端即DK0+045DK0+075的基床以下部分和基床底层用夯填土（B类土）填筑。路堤的基床表层用级配碎石填筑。每层填筑时，均由路基中线向两侧做4%的横坡，级配碎石底面和顶面的平整度15mm。参见图2、图3路基纵横断面图。路堤填筑各部位填筑要求如下表：表1 路堤各部位填筑要求部 位填料类别压实标准K30（Mpa/m）孔隙率n（）压实系数K备 注基床以下改良土900.90粗粒土11025夯填土基床底层改良土1100.95粗粒土13020夯填土基床表层级配碎石19085g/m2厚度4mm条带拉伸150N/5cm(干)宽度100mm80N/5cm（湿）抗拉强度1.3KN/10cm渗透系数510-3cm/s伸长率10%有效孔径D951290每延米抗拉强度（KN/m）50断裂伸长率（%）550.5取1000 g2-510810.51-234234.20.5-126526.50074707B袋(1-2cm碎石)10-2085842.9取2000 g5-10107053.52-5673.350-2201C袋(2-4 cm碎石)20-40150260.08取2500 g10-2090536.25-10903.65200.8表14 混合料筛分表序号粒径(mm)百分比(%)备 注10.0743.2A袋取土占总重量的45%,B袋35%,C袋20%。20.074-0.511.330.5-11241-215.452-5665-1019.7710-2022820-4012 进场的石粉和碎石，在码头都按每车过磅，根据配合比计算各材料的进场车数，以30m3左右的数量为一拌和单位堆集，然后使用装载机拌和，拌和均匀后用装载机运入路堤摊铺，人工整平；为保证每层的厚度及最终高度、平整度，在填筑的两侧间距10m打两根长桩，将每层的松铺高度刻画在桩上。以此控制松铺高度和整平。第一层按松铺系数1.33铺设，经测量计算实际平均值为1.27。第二层按1.27铺设，测得实际平均值为1.29。第三层按1.28铺设，测得平均值为1.28。级配碎石的碾压使用18T压路机碾压，先静压1遍再动压4遍，检测K30值有的点达不到设计要求，后增加12遍能够达到要求。具体检测结果如表15所示。表15 级配碎石检测成果表层序层厚cm碾压遍数湿密度g/cm3孔隙率nK30值MPa/m备注10.235静1动42.310.176213平均值静1动5219平均值20.23静1动4173平均值静1动62.380.151243平均值30.245静1动3188平均值静1动52.410.125240平均值4.4.3 施工中遇到的问题及解决办法 级配碎石的平整度要求（允许值15mm以内）是较难达到的。在松铺时，使用长桩刻点控制，然后牵线分块整平，同时铺筑过程中注意使密度均匀，碾压时使速度保持均衡，可以基本满足要求。 在级配碎石碾压时，路基边缘有50cm以上无法碾压，设计加宽20cm难以保证路肩的K30值要求，施工中以5070cm为预留宽度，待完工后再刷至设计宽度。由于级配碎石的特殊性，边坡难以稳定，如何解决此问题有待研究。 级配碎石的K30检测，因级配碎石要求的K30值很高，应尽量避免检测误差，使承载板受力面积充分，受力均匀。否则会引起检测结果的较大离散。4.4.4 基床表层的施工流程图 基床表层采用级配碎石的施工流程如图15所示。图15 级配碎石施工流程4.5 桩基施工4.5.1 概况桩基的位置原以DK0+005右侧为中心，因该地点有一大废弃水池，无法处理，而适当外移至DK0-002位置为中心，见后图16（平面布置示意图），本试验段桩基为试桩2根，锚桩6根，桩径均为600mm，桩长28m。用CPS-10钻机钻孔，采用商品混凝土。图16 桩基位置平面示意图 桩基施工配备CPS-10钻机一台，电焊机（交流）2台，空压机（0.9m3/wv）一台，3PN泥浆泵1台，清水泵1台，操作及辅助工人10人，现场管理人员2名。4.5.2 施工方法 桩基施工准备阶段，使用反挖斗将人工杂填土挖除，并将侵入桩基范围内的水池基础用人工凿除，对桩位使用2m长钢筋探测，确定清除干净之后，用下蜀粘土回填，并用压路机压实。 对所有的材料，进行先送检，合格后再进场，进场后再抽检的方法控制材料质量。抽查时发现16的钢不合格，全部退回，重新进料。为按设计要求（见表16）控制桩的位置、倾斜度及扩缩孔，在桩位上先埋设70cm护筒，护筒埋深1.5m以上，并校正护筒使之位置准确，然后钻机就位，钻心调整在同一垂线上，允许偏差小于2cm，桩孔垂直度1%的偏差，钻机平面固定牢实，确保施工中不发生移位，倾斜现象，开机钻孔前，将钻机进行空负荷运转，检查机械性能，确保正常后，进行钻孔施工。钻头的直径严格控制，在规定值1cm误差范围之内，误差超过时立即加焊。成孔钻孔时先低参数慢转，确保钻机和导向准确，穿越护筒后，方可正常进钻，进入含砂土层适当调整钻速，避免扩孔。表16 钻孔桩钻孔允许误差表序号项目允许偏差1孔径设计孔径+100mm2孔深设计孔深100mm3孔位中心50mm4倾斜度1.0%5沉渣厚度清孔后100mm6混凝土浇筑前200mm 根据本试验段地层的特点，施工地层以粘土、淤泥质粘土为主，造浆性能好，施工中用自然造浆，同时随时检测泥浆性能，泥浆在注入口比重控制在1.051.15，粘度1822秒，排出孔口比重1.3，粘度2026秒，多余的泥浆防入沉浆池，待沉淀，风干后清除。每孔孔深钻到设计深度后，通知监理人员验收孔深，并放检孔器（60cm6m）进行检孔，检查合格后，开始第一次清孔，清孔用成孔钻机直接进行，清孔时先将钻头提离孔底1020cm，输入泥浆循环清孔，清至泥浆比重小于1.15时，待钢筋笼安装好后，下好导管后进行二次清孔，即在导管顶端安装专用清孔接头与泥浆泵连接。第二次清孔泥浆比重小于1.05。安装钢筋笼之前，填写钻孔灌注桩预制钢筋笼验收单，待现场监理验收签字后下放，钢筋笼制作为3节，制作严格按施工规范要求施工，对试桩的钢筋笼制作，先绑扎焊接制好，再按埋设试验器件位置要求截断相应位置的主筋，将器件焊接上去。在钢筋笼下端、中间和顶端四周安设混凝土垫块，确保钢筋笼位置居中，为防止钢筋笼变形，每2m设一个加强箍筋，起吊点放在加强箍筋部位，钢筋笼安装入孔时保持垂直状态，对准孔位徐徐轻放，上下节笼主筋焊接位置校正准确，并使两节钢筋笼垂直状态时进行施焊，焊好后，补做接头箍筋，钢筋笼安装到位后，用16钢焊接在护筒上，确保灌注混凝土时不浮起错位。二次清孔后检查填写钻孔灌注桩孔灌前隐蔽工程验收单，经监理签证后方能灌混凝土。各桩灌筑前沉碴厚度见表17。表17 钻孔桩灌筑前沉碴厚度表桩号一二三四五六七八沉碴（cm）2120171718151518 水下灌注混凝土，下导管时检查密封圈性能，游轮是否到位，避免灌注时导管漏水、漏气等现象，导管离孔面5cm左右。使用商品混凝土灌注，商品混凝土的配合比单随车到检查验收后灌注。灌注时先安装好隔水塞，将车内混凝土卸入桩孔料孔斗内，达到初灌量（0.6m3）要求时进行初灌，设专人在现场计算和测出导管外面高度，导管埋入混凝土不得小于2m，拔管前测量导管外混凝土面的标高，每次不超过2节（5m），混凝土灌注时认真填写好钻孔灌注桩水下混凝土灌注记录，每根桩所有混凝土都连续灌注，中途不停止，当孔内混凝土灌到标高时，为确保桩顶混凝土达到设计强度，按50cm浮桩长度控制；在拆卸导管时来回提升降落导管借以振动混凝土，确保桩身质量，充盈系数大于1，孔径达到600mm以上要求。每根桩制作试块一组，并按规定要养护，达到龄其后及时送检试压。经试验强度均合格。 桩达到设计强度后，凿除桩头，做小应变试验，小应变试验的结果是所有桩都合格。小应变试验后，做承台，承台的施工，先是按承台尺寸要求挖好尺寸（地模），用水泥砂浆抹底及四周，然后绑钢筋，检查合格后，浇注混凝土。为桩基的动静载所作的准备工作就完成了。4.5.3 桩基施工的几点认识 在桩基施工之前，应制定好安全施工措施和质量控制措施，并在施工的过程中严格执行。 软土地区的桩基施工，使用旋转钻机钻孔是比较好的配置，同时因成桩速度较快，施工时材料和相应的准备工作应超前。 由于软土地区的地层特点，钻孔时一般可以采用自然造浆。成孔后，灌注前沉碴厚度能控制在20cm内。 如遇含砂土层，应调整钻机速度，减少扩孔。4.5.4 灌注桩施工流程 钻孔灌注桩的施工流程如图17所示。图17 钻孔灌注桩施工流程4.6 环保措施4.6.1 污染材料防护措施针对进出场的土使用有挡板的汽车运输，同时严格控制装车量，不允许超载，并用蓬布遮盖避免运输过程中的扬尘和遗漏。石灰粉购置带装的，运输时同样用蓬布遮盖。4.6.2 路基施工污染防护措施 在路基的开挖填筑过程中，使人工随时收集机械开挖运输的散落物，使之不污染道路和环境，对施工中清除的杂质，集中堆放，统一运至指定的垃圾场处理。做好永久性的排水沟，使雨水及时排除，并经常清理水沟，尽量避免泥砂随水流排入河道，路基填筑好后，立即刷坡处理并种植草皮，防止泥砂流失。经常清理场地，将污染物妥善处理。4.6.3 桩基施工污染防护措施桩基施工中，为了防止泥浆污染环境，专门按泥浆产生的总量预先挖好两个泥浆沉浆池，使施工中产生的泥浆及时得以储存，待沉淀风干之后，统一挖除运到指定的垃圾场地处理。4.6.4 燥音污染的控制措施 本试验段在校园内,为了减少施工对师生工作、学习和休息的影响，在施工中着重考虑了控制燥音。工作时间一般选在早6点至晚10点，除工程要求和环境的限制外，一般夜间不施工。对进出场的汽车禁止鸣笛；选择燥音小的机械施工，如排水板打桩机选用电动链条传动的静压机型等。4.7 土源运输 该试验段的路基填筑土源取于江苏省苏州市东渚镇阳山东侧，并对汽车运输、火车运输加汽车倒运、船舶运输加加汽车倒运三种运输方式做了调查对比：4.7.1 汽车运输： 运距：取土场试验场110Km（312国道）往返一次9小时（进出上海常遇堵车）； 车型：大型自卸汽车，15T/辆； 费用： 运输费：1200.00元/车，计：80.00元/T； 过路费：80.00元/车，计：5.3元/T； 土源及装车费：3.0元/T； 市容申报费：2.00元/T。以上合计：90.3元/T。 其它：汽车运输不须倒运，可一次运输到位，但费用太高，需用车辆较多。在运输过程中，为防雨和防止漏土污染道路，必须用蓬布严密遮盖，而备有蓬布的自卸汽车较少。4.7.2火车运输加汽车倒运 运距：取土场浒墅关车站7Km，浒墅关车站上海西站91Km，上海西站试验场5Km； 车型：火车60T/辆，自卸汽车15T/辆； 费用： 取土场浒墅关车站：8.50元/T； 浒墅关车站上海西站：12.6元/T； 上海西站试验场：7.7元/T； 火车装卸：6.0元/T； 汽车装卸：2.0元/T； 市容申报费：2.0元/T； 火车站的场地租用费、清洁费、保管费、防雨措施费约15.00元/T。以上合计53.8元/T。 其它：火车的运输量较为集中，须在车站集中堆放较长时间，管理及防护困难，车皮的申请和车站有关手续较为复杂，不定因素太多，运输的时间不能保证。4.7.3 船舶运输加汽车倒运 运输路线：取土场苏州东渚码头（5Km），苏州东渚码头上海葑塘码头（130Km），上海葑塘码头试验场（10Km），船只往返需要2天。 车型：船舶100T/艘，自卸汽车15T/辆； 费用： 取土场苏州东渚码头：6.3元/T； 苏州东渚码头上海葑塘码头：16.5元/T； 海葑塘码头试验场：8.0元/T； 码头装卸费：5.0元/T； 市容申报费：4.0元/T（火车、汽车运输只有进土申报费2.00元T，般运除汽车运输申报费外，还有出土申报费2.00元/T,故市容申报费为4.00元/T。）；以上合计：39.8元/T。 其它：船舶的运输量较为适中，运输时间容易控制，防雨较为容易，费用合理。但苏州东渚码头的河道较为狭窄，枯水期只能航行100T以下的船只，即使涨水期也只能航行150T左右的船只，一般码头的卸船能力有限，一台抓斗式吊机的卸船能力只有30T/h，如是砂砾土就更为困难。4.7.4 运输方式 根据调查对比结果，本试验段的土源运输采用船运加汽车倒运方式，运输过程中的防护容易，运输时间容易调控，运输费用（40.00元/T）是汽车运输费（90.30元/T）的44.3%，是火车运输加汽车倒运（53.8元/T）的74.3%，运输路线如图18所示。图18 运输路线示意图 大量运输土源时，如水路运输方便，最好采用水路运输，卸船时使用挖掘机将大大提高卸船速度。以30Km运距测算如下:A.汽车运输费用:30Km0.7元/TKm=21.0元/TB.水路运输费用:汽车倒运10Km0.7元/TKM+船舶运输8元/T(小于50Km)+装船码头租用费1元/T+卸船费5.0元/T=21.00元/T。 因此运输距离大于30公里采用水路运输比汽车运输便宜。4.8 工、料、机定额（见路基施工定额研究报告）5. 结论与建议5.1 地基表层处理方法 通过本试验点的施工工艺研究，可以获得以下几方面的结论： 地基表层处理，特别是回填土方，在时间安排上尽量避开在雨季施工，以免较高的含水率，如无法避开，必须做好防排水工作。 基坑回填的碾压，如果接近地下水位，应采取静压的措施，同时控制遍数，一般第一、二层静压四遍为宜（以60cm填土厚度内），如碾压强度过大，遍数过多，极易造成翻浆，影响压实效果。 在此种基底地质情况下，在1m以内的换填土K30值最多能达到60MPa/m。5.2 关于塑料排水板、砂垫层及土工格栅的施工 砂垫层的施工，除第一层外，其他的用小型推土机将砂料推入场地，然后使用人工配合摊铺的方法，是比较合理和有效的方法。砂垫层的压实，使用推土机碾压结合灌水法（或雨水灌实）压实比较好。 插塑板机采用菱形导管并加长靴唇2cm，有助于防止塑