兰新铁路工程概况

一.工程概况本段 DK734+400.00DK800+469.2 段位于甘肃省嘉峪关市，玉门市境 内，地势平坦，线路所经之处多为戈壁。地形，地貌：本段线路走形于祁 连山北麓洪积区，地形平坦开阔，毗邻连霍高速和既有的兰新铁路，交通 较为便利。施工范围内涉及地层：工点地层主要为第四系上更新统洪积砾沙，细 圆砾土，粗圆砾土，粉质黏土，粉砂，细砂，砾砂。第四系中更新统粉质 黏土，粉土，粉砂，细砂，中沙，粗砂，砾砂，细圆砾土，粗圆砾土。第 四系全新统粉土，粉砂，细砂，中砂，粗砂，砾砂，细圆砾土，人工填土， 沙质黄土。第三系泥岩，砂岩。工点范围内无地表水，局部冲沟有季节性流水，本次勘察25 米深度 范围内未见地下水。二路基工程的特点、特殊性本 段 起 讫 里 程 :DK734+400.00-DK800+500.00 ， 其 中DK741+261-DK785+000为断链段，实际工程全长22.361km ,地基处理 措施为冲击碾压，强夯，CFG桩。管段地处第四系上更新统洪积砾沙，细圆砾土及粗圆砾土分布地区， 为确保路基工后沉降 15mm，地基处理和路基工后沉降控制即沙类地基 沉降变形估算及监测为本项目的又一重点。施工工期紧、质量标准要求高、施工技术新、施工难度大是本工程 的突出特点。兰新铁路客运专线是西部地区唯一一条高速度目标值的客运 专线。工程设计标准高、技术新，工后沉降 15mm ;主要承重结构物的 使用寿命要确保满足100年要求，主体工程质量要实现“零缺陷，” 并满足 高速、重载列车开行的高安全性和舒适度的要求。三、分阶段工期施工监控一、开工前1. 测量监理工程师应认真阅读设计文件，了解全线纵坡、超高、加 宽路段的设置情况。2. 审核成包人的测量成果资料，其内容应包括：承包人在开工前 进行的导线、中线的复测，水准点的复测与增设，导线点的加密，横断 面（每 50m 一个断面）复测。3. 现场监理工程师核准测量成果，承包人应按图纸要求，现场设置 路基用地界桩和坡脚、路堑堑顶、截水沟、边沟、护坡道、弃土场等放 入具体位置装，报现场监理复查。4. 每一分区场层顶由测量专业监理工程师对承包人进行的恢复中 桩进行核查。二、施工阶段1. 每 50m 打控制桩测定清表范围，清除基地表层植被，挖除树 根开挖两侧排水沟，清除场内杂物。2. 清表施工时应使清除后的场地平整，压实，排水系统良好。3. 清表施工分两次进行，第一次清表30cm。保护试桩区域内的 桩头）第二次清表 20cm。4. 清表首先用推土机清除浮土，之后再用平地机平整场地。最后 用压路机进行压实。5. 场地压实分 4 次进行，静压一遍，振动压实一遍，再静压一遍， 最后振压一遍。6. 检查沿线是否有隐蔽的水井、坟坑或洞穴，若有，必须督促承 包人认真回填夯实。三、冲击（一）施工顺序刮平场地压路机碾压 洒水 第一次冲击碾压（五遍）推土 机推平击坑 平地机刮平 第二次洒水 二次冲击碾压（五遍） 推土机推平击坑平地机刮平 光面压路机碾压两边（二）施工方法1. 对施工场地进行碾压整平，保证施工场地的平整密实，确保冲击碾压机械平稳、快速行驶，达到良好的冲击碾压效果。2. 表层杂物清除后，对全线范围内进行冲击碾压两次，每次碾压 五遍。在每次碾压前必须用洒水车进行洒水，保证含水量达到碾压要 求。3. 第一次碾压保证车速不低于15km/h，五遍碾压完后推土机配 合将冲击坑回填整平，平地机进行刮平。第二次冲击碾压保证行驶速 度不低于 12km/h, 压完后推土机配合将冲击坑回填整平。平地机进 行刮平，光面压路机进行碾压。4. 冲击碾压区为白灰线与便道之间所夹区域，为机械运行顺畅冲 击碾压沿线路方向呈椭圆形轨迹来回碾压。5. 场地工序完成后，应由监理工程师进行现场检查验收，必须达 到设计文件规定和规范要求，在验收合格后才能进行下一道工序 四.强夯一、施工准备监理1. 场地平整，清除表层土，进行表面松散土层碾压，修筑机械设 备进出道路，排除地表水，施工区周边作排水沟以确保场地排水通畅 防止积水。2. 查明强夯场地范围内地下构造物和管线的位置及标高，采取必 要措施，同时在施工区周围开挖深度不少于2m深的减震沟，防止因 强夯施工造成损坏。3. 测量放线，定出控制轴线、强夯场地边线，标出夯点位置，并 在不受强夯影响地点，设置若干个水准基点。4. 施工前应按设计初步确定的强夯参数在有代表性的场地上进 行工艺性试夯试验。通过强夯前后测试数据的对比，检验强夯效果， 确定有关工艺参数。5. 夯锤的重量应按欲加固的土层的深度、土的性质及夯锤落距选 定，夯锤底面宜采用圆形，面积符合设计要求。6. 机械设备的确定强夯施工采用25t以上带有自动脱钩装置的履带式起重机或其他 专用设备。采用履带式起重机时，在臂杆端部设置辅助门架或采取其 它安全措施，防止落锤时机架倾覆。夯锤锤重及夯锤底面面积根据设 计文件要求的单击夯击能确定。夯锤底面采用圆形，对于粘性土、砂 质土、碎石土，锤底面积为36 m2,对于淤泥及淤泥质砂等，锤底 面积大于等于6 m2o夯锤中对称设置若干个上下贯通的气孔。自动脱 钩采用开钩法或用付卷筒开钩。7. 夯锤落距确定锤重按下式初步确定：影响深度二系数x（锤重x落距）1/2，落距 根据单击夯击能和锤重确定，即锤重（kN ）x落距（m ）=单击夯击 能（kNm ）8. 夯击遍数的确定夯击遍数设计为 2 3 遍，具体工程根据消除黄土地基湿陷性的 要求，以试验结果确定。一般第I遍隔1点跳夯，第II遍补第I遍空隙， 第山遍补I、ll遍空隙，点夯完成后，最后再以低能量满夯，达到锤印 彼此搭接。9. 夯击次数的确定 强夯施工每一遍内各个夯点的夯击次数，按现场试夯得到的夯击次数（一般为 8-15 次）与夯沉量关系曲线确定，并同时满足：单击 夯击能小于4000kNm时，最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当 单击能量大于4000kNm时最后两击的平均夯沉量不大于100mm ; 夯坑周围地面不发生过大的隆起；不因夯坑过深而使起锤困难这三个 条件，且以使土体竖向压缩最大而侧向位移最小为原则。每个夯击点 安排专人检查和记录击数，保证强夯质量。10. 夯击点的布置夯击点布置与夯击点位置可根据基底平面形状，采用梅花形。二、强夯施工1. 机械设备根据强夯现场试夯结果，施工采用25t以上带有自动脱钩装置的 履带式起重机，在臂杆端部设置辅助门架措施，防止落锤时机架倾覆。 夯锤底面采用圆形，锤底面积为4.9 m?，夯锤中对称设置4个上下贯通的气孔。自动脱钩采用开钩法。2. 施工参数确定 根据强夯设计影响深度 46m 初步确定参数： 夯击遍数五遍，点夯3 遍，满夯2遍；夯点布置为梅花形，点间 距 5m 。夯击点布置示意图点夯1遍平面布置示意图1为第一遍夯击击点（1）开挖减震沟：在强夯区距离民房较近一侧开挖不少于 2m 深的减震沟，防止强夯施工造成损坏。（2）测量放样：测放第一遍夯击点位并编号，并对原地面抄平， 撒出白灰点。（3）夯机就位：强夯设备就位，设备进行调试并调整好机位， 按照预定夯击能量调整好夯锤落距，使夯锤中心对准夯点位置。（4）夯击：将夯锤吊至预定高度，然后脱钩自由下落，完成一 次夯击。若发现因坑底倾斜而造成夯锤歪斜时，及时铺垫碎石将坑底 整平。一个点连续夯击815 次，并随时测量每次夯击完成后的沉降 量，最后两次沉降量差若大于50mm，再继续夯击，直至最后两击沉 降量差小于50mm，应平整夯坑，并测量场地高程。在规定的间隔时 间后，进行第二遍夯击点夯击，夯击点由测量放样而定，夯击方法同 上。（5）满夯：在规定的间隔时间后，用低能量夯满夯1 遍，落距 控制在5m，满夯搭接不少于1/4D （夯锤直径）施工工艺流程图清表、整平布出第一遍夯位测量场地标高强夯机就位，使夯锤对准夯点不满足要求Ik将夯锤起吊到一定高 夯坑底面倾斜时，及测量最后两按夯击击数完成一个完成第一、二遍全部 满足要求_测量场地标高夯点的夯击后，分别三、施工监理注意事项：1. 强夯前应对起重机、滑轮组及脱钩器等全面检查，并进行试吊、 试夯，一切正常方可强夯。2. 强夯施工产生的噪声不应大于建筑施工场界噪声界限（GB12523 ）的规定，强夯场地与建筑物间应按设计要求采取隔振 或防振措施。当强夯施工所产生的震动对邻近建筑物或设备会产生有 害影响时，应设置监测点，并采取挖隔振沟等隔振减震措施。一般即 有建筑 50m 范围内不宜采用强夯措施。当桥台附近，涵洞附近需进 行强夯时，可先进行路基范围的强夯后，再施工桥台、涵洞。3. 起吊夯锤保持匀速，不得高空长时间停留，严禁急升猛降防锤 脱落。停止作业时，将夯锤落至地面。夯锤起吊后，臂杆和夯锤及附 近 15m 范围内严禁站人。4. 有建筑物 50m 范围内不宜采用强夯措施。5. 当涵洞附近需进行强夯时，可先进行路基范围的强夯后，再施 工涵洞。6. 当强夯与岩溶注浆同时采用时，应先进行强夯再进行注浆加 固。7. 干燥天气进行强夯时宜洒水降尘。8. 当风力大于 5 级时，应停止强夯作业，以防机械倾倒，保证安 全。9. 施工中如发现歪锤时，需用填料（或土）将坑底垫平，才能继 续施夯。10. 如遇夯锤的通气孔堵塞，应立即开通。11. 表层土过干（尤其是满夯）应采取增加含水量的措施。12. 雨期施工，要防止雨水浸泡现场，必须精心施工，否则表层 质量不好，将造成建筑物沉降过大和发生不均匀沉降。冬期施工时， 不宜进行满夯。四、质量重点控制监理1. 按设计要求确定夯击路线，无规定时使相邻轴线的夯击间隔时 间尽量拉长，特别是当土的含水量较高时。2. 夯击时夯锤的气孔要畅通，夯锤落地时应基本水平。3. 各夯点应放线定位，夯完后检查夯坑位置，发现偏差及漏夯应 及时纠正。强夯施工时应对每一夯击点的单夯夯击能量、夯击次数和 每次夯沉量等进行详细记录。4. 强夯处理后地基的承载力检验应采用原位测试和室内土工试 验。5. 强夯过程的记录及数据整理每个夯点的夯坑深度、夯坑体积、夯坑四周隆起高度都须记 录、整理。场地隆起和下沉记录，特别是邻近有建构筑物时。 每遍夯击后场地的夯沉量、外部补充填料量的记录。附近建筑物的变形监测。满夯前应根据设计基底标高，考虑夯沉预留量并整平场地， 使满夯后接近设计标高。记录最后 2 击的贯入度，看是否满足设计或试夯要求值五、施工检验监理1. 强夯处理夯击点布置应满足设计要求。 检验数量：施工单位、监理单位全部检验。 检验方法：观察、尺量。2. 低能量满夯的搭接不得小于1/4 夯锤直径。 检验数量：施工单位全部检验，监理单位按施工单位检验数的 10%平行检验。检验方法：观察、尺量。3. 强夯加固地基的承载力和有效加固深度应满足设计要求。(1) 检验数量：施工结束7天后，对地基加固质量进行检验。每一工点每3000肝抽样检验12点，其中：标准贯入试验6点，静力触探试验3点，荷载试验3点。标准贯入和静力触探的检验满足设计要求。监理单位按施工单位抽样检验数量的 50%见证检验；勘测 设计单位现场确认。检验方法：按设计规定的检验时间进行标准贯入试验、静力触探试验和载荷试验。(2 )在每500-1000 m2面积内的各夯点之间任选一处，在有 效加固深度内，每隔1m取1组土样进行室内试验，测定土的干密度、 压缩模量和湿陷系数，满足设计要求。4. 强夯夯坑中心偏移的允许偏差不应大于0.1 倍夯锤直径。 检验数量：施工单位检验总夯击点的 10%。检验方法：测量检查。5. 强夯地基处理范围、横坡的允许偏差、检验数量及检验方法应 符合下表规定。强夯地基处理范围、横坡的允许偏差、检验数量及检验方法序 号检验项目允许偏差施工单位检验数量检验方法1范围不小于设 计值沿线路纵向每100m抽样检 验5处尺量2横坡0.5%沿线路纵向每100m抽样检验5个断面坡度尺量CFG桩随着工程建设的飞速发展，地基处理手段也日趋多样化，复合地 基由于其充分利用桩间土和桩共同作用的特有优势和相对低廉的工 程造价得到了越来越广泛的应用。本工程应用CFG桩地基，充分发 挥了 CFG 桩的高承载力性能，并通过褥垫层的设置发挥桩间土的承 载力。1、基本原理CFG 桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高 层和超高层建筑中。 CFG 桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即 cement fIying-ash gravel pile) 。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水 拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。 CFG 桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还 是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量 比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将 承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这 样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上 CFG 桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造 价。复合地基设计中，基础与桩和桩间土之间设置一定厚度散体粒状 材料组成的褥垫层，是复合地基的一个核心技术。基础下是否设置褥 垫层，对复合地基受力影响很大。若不设置褥垫层，复合地基承载特 性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。基 础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使 桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩 土共同承担荷载。由基体（天然地基土体）和两种增强体三部分组成的人工地基， 既能发挥 CFG 桩高承载力和良好的排水作用的特点，又因 CFG 桩 的插入而使水泥土桩的侧限约束作用得到增强。同时，由于设置了夯 实水泥土桩，地基土的变形能力可得到有效的改善，并同时提高了土 体的抗剪强度，亦可使CFG桩避免产生刺入破坏的可能。2、工程地质条件场地地形较平坦，其工程地质条件如表1 所示。编号土层名厚度（m ）承载力标 准值（kpa）极限侧阻 力标准值 qsik（kpa）极限端承 力标准值 pqk（dqa）1填土0.50-3.102黄土状粉质粘土 及粉土（新近堆 积）4.70-7.00100363黄土状粉制粘土0.70-1.70160404黄土状粉制粘土及粉土1.50-2.10180425黄土状粉制粘土1.00-2.40150486黄土状粉制粘土2.50-4.5018050及粉土7黄土状粉制粘土及粉土2.60-4.90170465008黄土状粉制粘土及粉土2.00-4.10155403509黄土状粉制粘土及粉土3.00-5.201805255010卵石7.506502100CFG 桩复合地基的设置，不仅可以大幅度的提高地基承载力，而且 具有很好的排水作用，这就无需其它的排水措施。水泥土桩体具有很 高的模量，因此，用夯实水泥土桩加固的复合地基比原地基变形模量 会有较大增长，抗变形能力有明显提高。3、试验结果分析（1）复合地基静载荷试验受现场条件限制，试验采用对不同桩型单桩复合地基承载力按单 桩处理面积加权平均的办法，评价 CFG 桩和水泥土桩混合地基承载 力。试验有两组复合地基试验，每组试验各有一个 CFG 桩与一个水 泥土桩单桩复合地基试验点。两组 CFG 桩与水泥土桩复合地基静载 荷试验P-S曲线如图1所示。第一组为CFG-308#和SNT-410# ,第 二组为CFG-518#和SNT-632#。从P-S曲线可以看出，复合地基静 载荷试验曲线基本属于渐进型的光滑曲线，不存在陡降点。取 s/b=0.01（b 为方形压板的宽度）对应的荷载，其值均超过最大加荷量 的一半，因此取最大加荷量的一半作为 CFG 桩、水泥土桩的单桩复 合地基承载力设计值。即 CFG 桩单桩复合地基承载力设计值大于 550kpa，水泥土桩单桩复合地基承载力设计值大于200kpa，对两组 值进行加权平均后，可知 CFG 桩与夯实水泥土桩混合桩型复合地基 承载力不小于375kpa，复合地基承载力提高1倍，满足设计要求。 分别对两组中的CFG桩及夯实水泥土桩的试验曲线作比较，两组复 合地基的承载力相差不大，说明主楼部分的地基土质分布比较均匀， 基底持力层的承载力和压缩模量差别不大。（2）单桩竖向抗压静载荷试验结果试验进行了 2根水泥土桩及2根CFG桩单桩静荷试验，Q-S曲 线如图2所示。CFG桩单桩极限承载力不小于1000KN，地基承载 力提高130% ;水泥土桩单桩极限承载力不小于5000KN，地基承载 力提高近20% ，均满足设计要求。从曲线可以看出， 4根桩的总沉降 都小于10mm，远小于规范要求，且沉降随时间、荷载的变化都 是均匀的，基本上是弹性的。由此可以看出，当Q=1000KN时，CFG 桩还没有达到极限承载力状态，当Q=500KN时，水泥土桩也没有达 到极限承载力状态，还有很大“储备”。由卸载曲线可以看出，桩的弹 性回弹量很小，最多只有2m，说明桩体刚度很大，沉降量主要是由 于桩整体下沉造成的。从单桩复合地基静荷试验的结果分析， 692#CFG桩比53#CFG桩的桩间土好，382#水泥土桩比416#水泥 土桩的桩间土好，单桩复合地基承载力偏高。说明桩间土的作用明显， 压板下桩土协调作用效果良好。（3）轻便触探试验为对比加固前后桩间土承载力的变化，完工后，布置了7个轻便 触探点进行试验。综合分析桩间土测试结果可知，经水泥土桩与 CFG 桩处理后浅层桩间土的 承载力基本值不低于120kpa，比地基处理前的桩间土承载力有所提 高。（4）应变桩身完整性检测本工程低应变检测CFG桩桩身完整性463根桩，检测比例约为 30%。所测的463根CFG均属于完整桩或基本完整桩。主楼、副楼 均没有影响正常使用的桩。4、结论(1)以复合地基静压结果数据看，本工程所采用的组合型复合地基 的应用，可最大限度地发挥这两种桩的优点，使复合地基的承载力得 到大幅度的提高，地基变形得以降低和控制。(2) 复合地基中由于 CFG 桩桩体材料可以掺入工业废料粉煤灰、 不配筋以及充分发挥桩间土的承载能力，其受力和变形类似于素混凝 土桩，具有地基承载力高、变形小、稳定快、施工简单易行、工程质 量易保证等优点，工程造价一般为桩基的 1/31/2，经济效益和社会 效益非常显著。(3) 夯实水泥土桩处理地基是一种效果明显的处理方法，用夯实水 泥土桩加固后的复合地基比原地基变形模量会有较大增长，抗变形能 力有明显提高。(4) 是否设置褥垫层以及垫层的材料和厚度，直接影响复合地基的 桩和桩间土强度的发挥，合理的垫层厚度对提高复合地基承载力和减 少沉降变形是非常有利的。(5) 由该工程证明此种地基处理方案，质量易控制，造价低，经济、 社会、环境效益明显，有极大的发展潜力。