沿海新建铁路强夯处理吹砂填海型基底处理施工工法

沿海新建铁路强夯处理吹砂填海型基底处理施工工法摘要：通过强夯处理吹砂填海型基底施工工法在沿海新建铁路大榄坪至保税港区铁路支线2标中应用情况和成功经验，为海上铁路路基基底施工、验收提供一种适用的施工工法。关键词：沿海新建铁路强夯吹砂填海工法在渤海湾、长江三角洲及浙闽桂等地区，众多公路、污水处理厂、热力电厂、机场、港口等项目随着围海造地的兴起已延伸至大海。作为交通运输大动脉的铁路如何向大海挺进，吹砂填海强夯处理后基底能否满足铁路运营等相关验收要求，本文在沿海新建铁路大榄坪至保税港区铁路支线2标工程施工中进行了一系列的研究。1工法特点1.1吹砂填海作为路基基底或特殊的砂垫层是逐层吹填到设计断面（吹填材料为中粗砂），不进行分层压实。待4-6个月自然沉降稳定后进行强夯处理，然后进行土石方填筑和道碴铺设，符合铁路相关验收规范要求；1.2工艺简单、组织便利、安全质量便于控制；1.3节约造价2适用范围本工法适用于在近海浅海区无通航要求时修筑跨海铁路、中小型站场，同时填海公路也可参照施工。若路基范围受潮汐冲刷时间长，应全范围加宽吹填，预留受潮汐造成的吹砂损失量。若填料损失较大时，应在线路端头、迎水面等受潮汐影响大的部位修筑一道土工织物充砂袋护堤。3工艺原理利用抽砂船从指定的取砂点抽砂，运至预定位置卸砂，并逐层堆积至设计标高。边坡坡度一般采用1:10控制。该形式利用砂体自然固结沉降，将底部大部分淤泥挤出，经4-6月沉降稳定。吹填完成后进行强夯中砂施工，夯击能一般取1800〜4000KN?M。地基土中出现强大的冲击波和动应力，可使多孔隙的砂性土在冲击型动荷载作用下，孔隙体积减小，土颗粒发生相对位移，土体变得密实，提高了地基土的强度，降低了土的压缩性，改善了砂性土的抗液化条件，也减少了地基土可能出现较大的差异沉降［1］。4施工工艺流程及操作要点4.1吹砂填海强夯处理施工工艺。施工准备一空船出航一取砂点抽砂一返航一指定点卸砂一下一循环吹填一砂面整修、突出部位土工织物充砂袋护堤一自然沉降一强夯前场地平整一标高测量一第一遍夯点放样一第一遍点夯一夯坑补料整平一标高测量一第二遍夯点放样一第二遍点夯一夯坑补料整平一标高测量一第三遍夯点放样一满夯一整平一标高测量一检测验收4.2操作要点吹砂填海工程施工前，在吹填区沿线路轴线方向每100m设立直径为5cm、长3-4米的木桩，木桩埋深不小于0.5m米且最后两击木桩沉降量不大于2cm，随砂层堆高而接长，并用红色胶带或反光条沿木桩长间隔0.5m标识吹砂高程。两侧应为后期刷坡和强夯预留各3米的超宽吹填段。按吹填方式分以下两种情况：1） 炮管船和皮带船吹砂炮管船（舱容300-700m?）和皮带船（舱容600-800m?）利用高潮位时间，在指定抽砂区取砂后运至施工区域后紧靠吹砂体边坡，皮带船可直接将船舱的砂卸至距船头约5-10m的前方。炮管船则需要从船头接管并拉管至指定区域，接管长度可达200m，管径约15cmo若砂面宽度超过30米，在线路方向吹砂面两侧可挖出蓄砂沉淀坑槽，采用挖机辅助吹填可减少砂随海水沿横坡的流失。吹砂尾水随吹砂顺序自然排放至泄水口。表面采用推土机铺平至设计标高。2） 铰吸式挖泥船加铺设输砂管吹砂在船吨位受限制的浅海、滩涂区，可采用绞吸船（产能：90-500m?/h）加铺设输砂管吹砂。输砂管长度视铰吸式挖泥船功率可达到1.5km。输砂管主要包括：陆上管线（包括管架线）、水上管线（即浮管）及水下管线三种。4.3土工织物充砂袋护堤施工准备一测量放样一基地清理一土工编织袋定位一逐层充填操作要点：在加工编织袋的过程中要求袋的缝合处或接头处一般采用“丁缝”或“蝶形缝”。拼接缝制采用锦纶线，要求缝合处缝三道：先缝一道，折迭后再缝二道。下层达到固结度的80%后方可进行上层砂袋的充填。土工编织袋加工成长方形，宽度根据层数、护堤长度和上下层的搭接退档长度（0.5-1m）确定，一般3-30m，长度根据线路方向受潮水影响的程度调整，每层袋充填后厚度0.5-0.7m。土工编织袋四周设计缝制系缆环，便于固定编织袋。在深水段,宜采用6m长钢管定位。砂袋护堤成型后应及时覆盖，避免过早破损。4.4强夯强夯参数应由工艺性试夯试验确定。本工法中单击夯击能为2875KN?m（夯锤重23吨，落距12.5米），强夯机（型号：QUY25）进行两遍点夯、一遍满夯。每遍之间用推土机推平。第一遍点按5mx5m正方形布置，第二遍也是5mx5m正方形布置与第一遍呈梅花型排列（点夯间距可取夯锤直径的2-2.4倍），点夯8击且最后两击平均夯沉量不大于5cm。满夯能量1500KN?m（夯锤重20吨，落距7.5米），锤印彼此搭接1/4夯锤直径，单点夯击次数：3击。若海砂资源紧缺，用海相沉积淤泥做为吹填料时，宜用动力强夯排水固结施工技术。5材料与设备吹砂填海填料要求为中粗砂。砂船卸率每小时约300-600m?。船上一般配有有GPS全球导航定位系统、对讲扩音机、救生船等。所有工程船均应按要求配足救生船、灭火器、救生衣及安全标示。船数视潮位、运距、线路长度和施工环境而定，一般20-120艘。输砂管材料：超高分子量聚乙烯管，直径40cm，单节长15m。编织袋：200g/tf采用25吨以上带有自动脱钩装置的履带式起重机，锤底面积为5皿，视工作面长度的同时5-8台施工。6质量控制及验收方法6.1质量控制制定现场收砂和强夯管理值班表，严格控制吹砂填料的质量，从砂源动态监控到现场的取样，对不符要求的填料不予采用。进行吹砂填海见证取样和送检。控制落锤夯点中心最大偏距不超过0.1倍夯锤直径。根据能量级和锤重计算出夯锤提升高度，并用红胶带在强夯机门架支腿做出高度标记。两遍点夯时每点不少于8击，最后两击平均夯沉量不大于5cm。满夯时，每点不少于3击。6.2验收方法根据铁路路基工程施工质量验收标准(TB10414-2003)(以下简称验标)要求，砂垫层压实质量的指标为：地基系数K30、相对密度Dr，在满夯结束7天后进行。在本工程实践中，以上两指标数值参照国铁II级基床以下路堤的标准执行。7安全环保措施施工船舶必须加强瞭望，及时掌握周围船舶动态，确保VHF6频道畅通。不得超载运输。船舶进出一般应留有不小于0.6米的安全富裕水深。当海上能见度小于300米，风力大于5级时不得出海。台风来临之时工程船泊进入避风时要听从指挥，按规定地点抛锚。砂船应指定专人负责、专人操作。根据施工措施的要求，施工范围内夜晚设置信号灯，使施工区域和外部水域分隔。用履带式起重机担任强夯作业主机时，应执行《建筑机械使用安全技术规程》中相关规定。设备夜间有专人看管。工地四周不乱扔遗弃物，做到工完场清。船舶航行、停泊或作业时不得违反规定排放含油污、生活污水及其他废弃物，施工时产生的垃圾、什物等须收集到岸上垃圾堆放点统一处理，禁止倾倒入海中。配备100kg溢油分散剂，一旦发生油污流入海域马上泼洒溢油分散剂。8效益分析人工围堤造陆因增加围堰、布管复杂，造价偏高，且底部滞留大量淤泥软弱层，需后续桩基施工。高真空击密比强夯每平米增加造价约70元。9应用实例大榄坪至保税港区铁路支线2标工程位于广西北部湾沿海，单线，全长3446.09m。吹砂填海日期为2010年7月8日〜2011年10月22日。强夯日期为：2011年4月19日〜2011年9月24日。地层编号岩土名称地层描述层厚（m）①中砂灰褐色，灰色等，稍湿〜湿，松散，为人工吹填，含少量细砂及贝壳碎屑等。平均修正锤击数N63.5=4.1击。高压缩性。11.4②淤泥质砂土灰黑色，湿，松散，含贝壳碎屑，有机质及少量细砂，带腥臭味。高压缩性。0.75③细砂灰褐色，灰色等，湿，松散，含少量细砂及贝壳碎屑等。平均修正锤击数N63.5=3击。高压缩性。3.5④泥质粉砂岩暗红色，湿，粉砂质结构层状构造，未穿透，厚度3.00m，平均修正锤击数N63.5=16.2击。较完整。3注：不完全统计，经过吹填施工，海相沉积淤泥平均下沉超过2.4m。本工程正线轨面设计标高为6.46m（85高程系统，下同），多年平均高潮位为1.7m，百年潮水位4.14m。水深大于3.5m时为有效施工日，最大日吹填量为6.8万m?（砂船90艘，158船次）。吹砂填海自然沉降6月后进行强夯处理，单台强夯机点夯每天完成约300皿，单台强夯机满夯每天完成约1880皿。夯后承载力达到220KN/皿，相对密度和K30均符合规范要求并得到了各参建、科研单位的认可。沉降观测（应用20mx20m方格网测量夯前夯后场地高程）：第一遍点夯完成后平均沉降约 24cm，第二遍点夯完成后平均沉降约19.9cm，满夯完成后平均沉降约