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富冰凍土碎石樁複合路基施工工法

1前言

我國具有廣大的季節凍土和多年凍土區,隨著國家西部交通建設的大力開發,凍土區的工程建設任務日益增多。而多年凍土地區公路工程施工,由於地基的凍融作用及其他不良凍土現象的影響,往往會產生各種工程病害,從而影響工程的質量。黑龍江省AG8亚游路橋第二工程有限公司承建的伊春至嘉蔭公路,地處多年凍土區,並且多為富冰凍土,為避免工程產生各種凍害隱患,富冰凍土段采用了清基換填1250px砂礫,設置碎石樁的複合地基施工工藝,通過碎石樁及樁間土(包括即將融化的多年凍土)的共同作用形成承載力較高的複合地基,改善土的物理力學指標,提高地基土的承載力,減少地基土的壓縮變形,並消除路基下多年凍土的融沉和不均沉降等病害。該技術成功應用在湯嘉公路湯旺河至嘉蔭段工程項目、黑洛公路黑呼界至呼瑪段工程項目及 綏滿國道主幹線海林至亞布力公路改擴建工程項目。

應用此工藝施工後,多年凍土地段經過多年通車運營未發生任何凍融、沉陷病害。2011年6月經黑龍江省交通運輸廳組織的專家鑒定,認為該項技術處於國內領先水平。經科技查新國內未見相關報道。

2工法特點

2.1 凍土地區碎石樁施工與路槽大麵積開挖換填施工相比,既解決了多年凍土開挖困難的問題,為機械化施工創造了條件,提高了施工進度,又減少了對原有凍土層地質條件改變。此工藝對路基凍結狀態改變較小,利用碎石樁及樁間凍土的共同作用形成承載力較高的複合地基,使路基更為穩定。

2.2 凍土地區碎石樁施工與水泥混凝土灌注樁施工相比,其造價較低,施工方便,並且避免了水泥混凝土灌注樁施工中的水化熱給穩定的凍土帶來的熱擾動,從而導致凍土的凍結強度降低,致使樁的承載力下降,影響施工進度。

2.3 凍土地區碎石樁施工對地基溫度場擾動小,施工時間短,受擾動凍土回凍時間快,滿足“保持路基凍結狀態”的要求。

2.4 凍土地區碎石樁施工不受季節影響,全年均可施工,便於工程總體控製,可以縮短工期。

3適用範圍

適用於各種岩性、凍土特征、水文地質條件的公路凍土地基。

4工藝原理

擠密碎石樁是采用重錘等能量、等變形夯擴擠密方法施工,是采用專用施工機械,首先利用重錘夯擊(衝擊)成孔,使樁身周圍土體得到第一次擠密,其次在孔中分層填入碎石並夯實,使樁周圍土體得到第二次擠密,依次填入碎石,夯擊碎石,直至夯填至設計標高。通過碎石樁及樁間土(包括即將融化的多年凍土)的共同作用形成承載力較高的複合地基,達到改善土的物理力學指標,提高地基土的承載力,減少地基土的壓縮變形,消除路基下多年凍土的融沉和不均沉降目的。

5施工工藝流程及操作要點

5.1工藝流程

清基換填砂礫並平整壓實、樁機就位、落錘夯擊或振衝成孔、向孔(管)內填料、拔管適當高度(沉管段)、夯實或振密、再向孔(管)內填料夯實或振密、重複前一步成樁至地表,移動樁機進行下一樁位的施工。

5.2操作要點

5.2.1清基換填砂礫

1砂礫料選用具有良好的透水性,不含有機質、粘土塊和其它有害物質的材料,含泥量不得大於3%。

2換填之前首先進行試驗路段的施工,確定施工機械、鬆鋪係數、施工方法、施工一次鋪築的合適厚度、最佳含水量以及合格的壓實遍數。

3根據試驗路段確定的一次鋪築厚度及鬆鋪係數計算各段砂礫需用量,自卸汽車進行運輸至需要進行地基處理的地段。

4鋪設砂礫材料時,從路基橫向兩側向中間攤鋪,厚度均勻一致,滿足設計要求,最大誤差不超過50px,表麵平整。

5鋪設完的砂礫用平地機進行刮平,然後用光輪壓路機迅速碾壓。

5.2.2夯擴(衝擊)擠密碎石樁

1施工順序

應從外圍或兩側向中間進行,在橫坡地段應向坡頂方向進行。

2施工工藝

利用電動落錘打樁機或柴油打樁機夯擊(衝擊)沉管成孔,向樁管內灌入級配碎石,每次填料高度不大於1米,然後拔起一定長度的樁管,應保證夯擊後管內存料長度10-30㎝。(可根據經驗或現場情況確定),每次填料後應充分夯實,一般夯擊次數3-4次,夯填度(夯實後的厚度與填料厚度的比值)不得大於0.9,逐次填料,拔管,夯實直至地表,形成碎石樁。在凍土段近地表的融土層中(一般土質較軟),可根據現場情況確定夯填施工參數,應保證樁身質量和地麵不出現隆起。

3施工步驟

1)準備工作

施工放線、標定樁位、試機等。

2)樁機就位

重錘夯擊成孔至設計標高,並保證孔底的夯實度,孔底最後兩次的夯擊貫入度平均值應控製在5㎝以內。

3)分層填料

每次填料量為0.06m³-0.10 m³,約50㎝-80㎝高。

4)提升重錘

連續夯擊孔內填料3-4次,測量最後兩次的夯擊貫入度,平均值應控製在10㎝以內。淺層軟土應控製夯擊次數和落錘高度,保證成樁質量和地麵不出現隆起。重錘提升高度和樁身的關係見表:

表5.2.2-1重錘提升高度與樁身的關係表(以樁頂標高為0.00m)

序號   樁身標高(m)    重錘提升高度(m)

1       0.00               1.00

2       -1.00              2.00

3       -2.00              3.00

  4       -3.00              5.00

5     -4.0~-8.0         5.0~10.0

夯至地麵時應采取低落距錘夯擊,以地麵隆起不超過5㎝為宜。

成樁參數可根據現場試樁及地質條件確定。

5.2.3樁體保護和質量檢驗

碎石樁完成施工後,應避免樁頂被擾動和破壞,並防止淤泥和雜物混入,樁頂以上應填築不小於30㎝的砂礫墊層 。樁身質量檢驗可在碎石樁施工中逐段檢驗或施工後整體檢驗。樁間土加固質量檢驗應間隔一定時間方可進行,一般對於飽和粘性土,間隔時間不宜少於28d,對粉土,砂土和雜填土地基,不宜少於7d。

5.2.4特殊工藝關鍵控製點控製

6材料與設備

6.1材料

6.1.1砂礫

墊層用級配砂礫,細粒(小於0.075mm),含量不應大於5%。

6.1.2碎石

粒徑不得大於50mm,含泥量不得大於5%。

6.2設備

1、挖掘機EX330 1台   2、裝載機 ZL50 1台

 3、自卸汽車20t 5台   4、推土機 D16 、5台

 5、平地機PQ190 1台   6、壓路機20t  1台

 7、打樁機  1台

7質量控製

7.1施工依據

7.1.1《建築地基基礎處理技術規範》JGJ 79-2002

7.1.2《建築工程施工質量驗收統一標準》(GB50300-2001)

7.1.3《地基與基礎工程施工與驗收規範》GBJ50202-2002

7.1.4工程項目《岩土工程勘察報告》

7.2質量控製主要指標

7.2.1施工前應檢查填料的級配、含泥量及有機質含量等。

7.2.2施工中檢查每根樁的樁位、填料量、標高、垂直度等

7.2.3施工結束後,應檢查樁體的質量和樁間土層的加固擠密效果。

7.2.4碎石樁複合地基的質量檢驗標準應符合下表規定。

表7.2.4-1碎石樁工程質量檢驗標準表

序號      檢查項目      單位    數值       檢查方法

1        填料量        %       ≥95    實際用料量與計算體積比

2       填料的含泥量    %      ≤3     試驗室測定

3         填料有機質含量  %      ≤5     焙燒法

4         樁位            ㎜      ≤50   用鋼尺量

5         樁頂標高        ㎜      ±15   水準儀

6         垂直度          %       ≤1.5   經緯儀檢查樁管垂直度

7.3質量記錄

7.3.1施工原始記錄應詳實、項目完整、簽字齊備。主要包括:材料的出廠合格證及複檢報告。試樁成樁記錄、施工記錄、樁位平麵布置圖,隱蔽工程記錄,施工自檢記錄等。

7.3.2設置專職資料員,負責進度報表,資料收集整理等工作。

7.3.3嚴格執行國家及地方實行的檢測檢驗規定。

   7.4質量管理措施

7.4.1為確保達到上述施工質量標準,實行質量三檢製,即在項目部質檢員自檢基礎上,合格後向監理進行交接驗收,確保施工質量。

7.4.2項目經理部成立以項目技術負責為首的質量管理小組,對工程施工的各個環節工作質量進行管理,對整個工程質量負全麵責任,質檢員負具體檢查責任。

7.4.3班組長認真執行質量標準,按規程作業,對工序質量負責。

7.4.4工程開工前,落實各級人員崗位責任製,做好技術交底,使每個施工人員對工程總體要求明確。

7.4.5按設計試驗有關要求,及時做好各項施工記錄,包括隱檢,預檢,分項檢、做到準確,及時、齊全,施工報告按建設單位的有關要求提交。

7.4.6要積極配合甲方,設計、監理和質檢站對施工質量的檢查驗收,積極聽取其意見和建議,有問題及時糾正          

8安全措施

8.1遵照國家頒發的有關安全技術規程和安全操作規程施工,加大安全工作宣傳力度,對全員進行安全教育,進行全麵的針對性的安全技術交底,對生產工人必須進行安全技術培訓,接受交底者履行簽字手續。使參加施工生產的人員都具備必要的安全生產知識,熟悉有關的安全生產規章製度和安全生產操作規程,掌握本崗位的安全操作技能,提高他們的防範意識和避險能力,認清安全工作的重要性,在項目範圍內形成人人抓安全、人人管安全、人人自覺遵守安全製度的良好氛圍。

8.2特殊作業人員,包括駕駛員、機械設備操作員、電工、電氣焊工等操作人員,必須經過專門的安全作業培訓,必須持證上崗,杜絕操作失誤事故的發生。

8.3由於凍土施工區多為林區,項目部要加強防火教育,請森林執法大隊人員到項目舉辦防火培訓,舉行防火演練。重點部位配備防火及消防器材,每名員工均簽訂防火責任狀。采取防火措施,林區施工不得用明火;機械設備安裝防火罩;電氣焊工作地建立圍檔;風力大於5級,停止施工。

8.4項目部建立安全施工生產保證體係,深化安全教育,強化安全意識,加強安全管理力度,堅持“安全有標準、質量講標準、內業按規範、用工以法規”原則,明確安全責任,落實安全措施,確保施工安全。

8.5在森林施工,蚊蟲多,對人身體形成危害。 “草爬子”(學名:硬蜱)咬人後傳播森林腦炎等疾病,可以致人死亡。項目部給職工打防疫針,保證職工身體健康。

9環保措施

遵守和執行國家及地方環保法規,對全體人員進行環保法規的教育,使所有人員牢固樹立環保意識,自覺遵守環保規定。

9.1保護水質

施工廢水、生活汙水得直接處理,不得排入飲水源及河道內;施工區域,砂石料場,在施工期間和完工以後應妥善處理,消除對耕地及環境的危害。衝洗集料或含有沉積物的操作用水,應采取過濾、沉澱池處理或其它措施,使能做到達標排放。施工期間,施工物料如油料、化學品等應堆放管理嚴格,防止雨季或暴雨將物料隨雨水徑流排入地表及附近水域造成汙染。施工機械應防止漏油,禁止機械在動轉中產生的油汙水未經處理就直接排放,或維修施工機械的油汙水直接排放。

9.2保護植被

樹木是森林的保護對象。項目在施工中,合理規劃土場、石場麵積,減少對植被的侵害,對施工紅線內的稀有樹種,進行精心移植。同時,項目做好環保施工,建設排水係統,搞好雪水、雨水排放,並保證原森林水係暢通;將腐殖土、棄土回填到取土場,恢複林地,保護環境。

  10資源節約

凍土地區碎石樁施工方法避免了路槽大麵積開挖換填導致的大量材料消耗,節約了砂礫等材料;減少了多年凍土開挖的工程量,避免機械的大量投入;為機械施工創造了足夠的工作平台。提高了施工進度。

11效益分析

11.1質量效益

富冰凍土段采用了清基換填1250px砂礫,設置碎石樁的複合地基施工工藝,通過碎石樁及樁間土(包括即將融化的多年凍土)的共同作用形成承載力較高的複合地基,改善土的物理力學指標,提高地基土的承載力,減少地基土的壓縮變形,並消除路基下多年凍土的融沉和不均沉降等病害。同時凍土碎石樁施工對地基溫度場擾動小,施工進度短,受擾動凍土回凍時間快,有利於實施“保持路基凍結狀態”的要求。減少了路基使用過程中的補修和養護費用。

11.2經濟效益

以湯嘉公路湯旺河至嘉蔭段工程項目富冰凍土段采用清基換填1250px砂礫,設置碎石樁的複合地基施工工藝為例,經濟效益情況如下:

以1000m2富冰凍土段為例,計算兩種處理方案經濟效益:下處理換填砂礫單價為64元/m3,碎石樁單價為80元/m。

方案一:完全清除換填處理,清基深度至砂礫持力層,凍土埋藏深度平均在3m以上,按平均換填3m計算:

1000 m2×3m×64元/m3=192000元

方案二:清基換填1250px砂礫,設置4m碎石樁的複合地基施工,1000m2應設置碎石樁400根:

1000 m2×0.5m×64元/m3=32000元

400根×4m×80元/m=128000元

合計:160000元

由此可見:采用碎石樁施工比深挖換填施工,每1000m2節省造價3.2萬元。

11.3社會效益

凍土地區碎石樁施工不受季節影響,全年均可施工,便於工程總體控製,可以縮短工期,建設工程可提前投入使用;同時其維修、養護次數減少,避免了過程中使用因道路補修而阻斷交通的現象發生。凍土地區碎石樁施工社會效益顯著。

12應用實例

12.1應用實例一

湯嘉公路湯旺河至嘉蔭段工程項目地處黑龍江省北部,南起伊春市區,北部終點位於嘉蔭縣城,是黑龍江省第二層公路網的重要組成部分,是連接嘉蔭縣和伊春市唯一的縱向公路。沿線為富冰多年島狀凍土區,年平均氣溫0℃,常有凍害發生,公路等級為二級。黑龍江省AG8亚游路橋第二工程有限公司承建該工程第二合同段K25+000-K45+500的施工任務。2004年10月開工,2006年8月竣工。采用凍土碎石樁施工,施工長度680m,麵積13624m2,碎石樁6060根,碎石樁長度24240m。使用該工藝施工最大限度的“保持路基凍結狀態”,通過5年通車運營考驗,整體質量良好。

12.2應用實例二

黑洛公路黑呼界至呼瑪段工程項目位於黑龍江省北部,與俄羅斯僅一江之隔,具有極其重要的交通和戰略地位。路線範圍內分布著豐富的地表水係,黑龍江、呼瑪河、湖通河、羊角河、格拉滿河、寬河、棲林河、四通河等河流流經境內,年平均氣溫在-2.3℃,極端最低氣溫-49℃,多有富冰凍土段。公路等級為二級。黑龍江省AG8亚游路橋第二工程有限公司承建該工程第十二合同段K128+000-K136+300的施工任務。2006年10月開工,2007年9月竣工。采用凍土碎石樁施工,施工長度890m,麵積9790m2,碎石樁4406根,碎石樁長度17624m。使用該工藝施工最大限度的“保持路基凍結狀態”,通過4年通車運營考驗,整體質量良好。

12.3應用實例三

綏滿國道主幹線海林至亞布力公路改擴建工程位於黑龍江省東北部,常有凍害發生,公路等級為高速公路。黑龍江省AG8亚游路橋第二工程有限公司承建該工程A18合同段的施工任務。2005年6月開工,2007年9月竣工。采用凍土碎石樁施工,施工長度480m,麵積9120m2,碎石樁5670根,碎石樁長度22680m。使用該工藝施工最大限度的“保持路基凍結狀態”,通過6年通車運營考驗,整體質量良好。


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