水泥擠密樁加固既有鐵路基基床施工技術(shù)探討
2015-06-15
1 水泥土擠密樁加固既有鐵路基基床原理
水泥土擠密樁加固是基于復(fù)合地基原理的一種加固既有路基的方法。通過(guò)在線路軌枕間既有路基內(nèi)挖孔并夯入復(fù)合材料（水泥、粘性土、水按比例拌合而成） 置換孔內(nèi)基床填筑物，填料分層夯實(shí)，利用水泥土擠密樁的高強(qiáng)度和成樁過(guò)程中對(duì)填料以及樁周圍原有基床沿水平與垂直方向的擠密作用達(dá)到提高路基基床承載力的效果。
1）由于成孔過(guò)程中采用鋼套管跟進(jìn)成孔，免除扒碴，所以能在成孔過(guò)程中避免道碴塌陷，確保道床技術(shù)狀態(tài)不受影響。
2）成孔后將拌和好的水泥土分次倒入孔內(nèi)，并用橄欖錘夯實(shí)。用橄欖錘夯實(shí)水泥土能對(duì)周圍土體產(chǎn)生擠壓，增強(qiáng)了周圍土的密實(shí)度和壓縮模量；水泥土擠密樁形成的縱橫骨架網(wǎng)絡(luò)也起到了提高路基基床承載力的作用。
2 水泥土擠密樁適用范圍
本次膠濟(jì)電氣化改造工程中水泥土擠密樁主要運(yùn)用于時(shí)速200Km利用既有線地段路橋、路涵、既有路基與改建路基過(guò)渡段基床下沉、翻漿冒泥等病害地段及基床表層地基系數(shù)K30小于1.5Mpa/cm地段的路基基床加固。主要是新舊線路過(guò)渡段及橋臺(tái)兩側(cè)過(guò)渡段，新舊線路過(guò)渡段樁長(zhǎng)1米，橋臺(tái)兩側(cè)各20米范圍內(nèi)樁長(zhǎng)1.5米，無(wú)縫線路絕緣接頭前后各4個(gè)枕木孔不施工。
3 水泥土擠密樁技術(shù)要求
3.1 水泥土擠密樁的合成
填充材料水泥穩(wěn)定土由水泥、砂、土和水四種材料組成。水泥采用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥；土為一般粘土，需通過(guò)4mm的孔篩；砂采用粒徑小于5mm，級(jí)配良好的中（粗）砂；水為飲用水。配合比試驗(yàn)參照建指提供水泥摻量及其他單位經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)試配：水泥：土：砂：水=1：4.54：5.46：1.02；最大干密度為2.06g/cm3；最優(yōu)含水量為9.3%。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)測(cè)干密度為2.03 g/cm3，含水量8.7%，密實(shí)系數(shù)達(dá)到0.985，滿足密實(shí)系數(shù)不小于0.98的要求。由于抗壓強(qiáng)度需待7d后獲得，所以水泥摻量有待進(jìn)一步調(diào)整。每天施工前核定土的含水率是否為合理值，以保證拌和后水泥土的含水量接近最佳含水量。水泥土拌制根據(jù)回填要求隨拌隨用，已拌水泥土不得超過(guò)24小時(shí)或隔夜使用；被雨水淋濕、浸泡的水泥土嚴(yán)禁使用，按作廢處理。下雨期間不進(jìn)行水泥土拌制。
3.2 水泥土擠密樁的樁位布置
根據(jù)設(shè)計(jì)文件，在每個(gè)枕木盒內(nèi)布置6根擠密樁，擠密樁樁徑為0.24m，填料夯擊后擴(kuò)大為0.30m。擠密樁施工長(zhǎng)度為自道碴頂面至樁底的長(zhǎng)度，路橋過(guò)渡段設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)為1.5m（即路基面往下1.50m），路涵過(guò)渡段設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)1.0m（即路基面往下1.00m），其它需布置地段均按每個(gè)枕木盒連續(xù)布置，設(shè)計(jì)有效樁長(zhǎng)1.0m（即路基面往下1.00m）。
樁距沿線路縱向?yàn)?.543m（即軌枕數(shù)量為1840根/km的軌枕間距），橫向?yàn)?.6m。兩軌之間2根，兩軌外各1根。枕木頭外各1根，橫向計(jì)6根，均勻布置。具體樁位布置見(jiàn)圖1雙線地段基床表層擠密樁加固樁位布置示意圖。
4 水泥土擠密樁施工工藝方法
水泥土擠密樁的成孔采用自制小型機(jī)械鉆孔和人工挖孔兩種方法，互為補(bǔ)充、互相結(jié)合。但自制小型機(jī)械的操作程序較為復(fù)雜，且重量較大，上下線路很不方便靈活，故在此次膠濟(jì)線電氣化改造施工中主要采用手工工具進(jìn)行施工。
4.1 樁孔定位
在開(kāi)工前，技術(shù)人員提前1天按照設(shè)計(jì)要求的樁位標(biāo)準(zhǔn)和縱橫距離在枕木上準(zhǔn)確標(biāo)出施工樁孔位置或在既有鋼軌內(nèi)側(cè)軌底面上順序編號(hào)（每排樁），既有線撥移地段按照設(shè)計(jì)線位放線后于要點(diǎn)前1天用白灰將線路中心、每排樁、每根樁位表示出來(lái)，并在每排樁左側(cè)1m處打樁編號(hào)。
4.2 清碴
將樁孔位置的道碴清到與枕底齊平，盡量避免超挖或欠挖。
4.3 埋設(shè)護(hù)筒取道碴
按隔六干一的原則埋設(shè)鋼護(hù)筒，取出護(hù)筒內(nèi)道碴。每套護(hù)筒分三節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)30cm，內(nèi)徑24cm。在扒平道碴的孔位上安設(shè)第一節(jié)鋼護(hù)筒，其位置應(yīng)在枕木孔中心，筒體擺放要垂直，不得向任何方向傾斜，護(hù)筒上口不得超過(guò)鋼軌頂面，以免侵限，阻礙列車運(yùn)行。安設(shè)在鋼軌內(nèi)側(cè)的護(hù)筒與鋼軌相鄰的筒壁外緣與軌頭內(nèi)側(cè)面不應(yīng)小于10公分，以免列車通過(guò)時(shí)輪緣碰撞造成事故。如果是封鎖線路施工，可不受此限制。應(yīng)在護(hù)筒周圍埋少量道碴，保持護(hù)筒的穩(wěn)定。
在第一節(jié)護(hù)筒埋設(shè)完畢后，用取碴器、收碴盤(pán)和鋼釬將護(hù)筒內(nèi)的浮碴掏凈。當(dāng)?shù)啦昃o密、板結(jié)不能扒動(dòng)時(shí)，應(yīng)用鋼釬把道碴撬松，再用取碴器扒碴。在護(hù)筒內(nèi)的石碴扒到一定深度時(shí)，應(yīng)蓋上護(hù)筒蓋，用手錘輕輕敲擊，讓其隨著道碴的取出而逐漸下沉，直到護(hù)筒的上緣與道碴面齊平。護(hù)筒由4-5mm厚鋼板制成，在敲擊護(hù)筒時(shí)，不可用力過(guò)大，以免護(hù)筒發(fā)生變形。
在第一節(jié)護(hù)筒埋設(shè)完畢后，將第二節(jié)護(hù)筒安放在其上端并順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使第一節(jié)護(hù)筒的側(cè)耳與第二節(jié)套筒的鉤銷扣住，將兩節(jié)護(hù)筒連接在一起，但應(yīng)保證隨時(shí)都能將護(hù)筒分開(kāi)，以確保在運(yùn)營(yíng)條件下施工方便、安全。然后用取碴器繼續(xù)鉤出石碴，并將護(hù)筒逐漸下沉。在護(hù)筒下沉過(guò)程中，應(yīng)使護(hù)筒保持垂直。直到護(hù)筒底下沉到路基面為止。
4.4 取土挖孔
在護(hù)筒下沉到基床表面以后，用1mx1m的彩條布（中間挖空）套在護(hù)筒外側(cè)，以免取土?xí)r污染道床。此時(shí)用旋轉(zhuǎn)取土鏟和取土器，在基床上取土，直至設(shè)計(jì)深度，用橄欖錘夯實(shí)底部浮土，結(jié)束挖孔。旋轉(zhuǎn)取土鏟由鉆體和旋轉(zhuǎn)手柄組成，取土?xí)r將鉆頭在基床內(nèi)旋轉(zhuǎn)切削成孔，取出的土倒入預(yù)先準(zhǔn)備的容器內(nèi)，運(yùn)出路外。取土器工作手柄可上、下移動(dòng)位置，以調(diào)節(jié)適于工作的高度。在手柄移動(dòng)位置后注意用銷釘銷住。 4.5 樁孔檢查驗(yàn)收
挖樁成孔后立即報(bào)告施工點(diǎn)質(zhì)量負(fù)責(zé)人及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師對(duì)孔徑、孔深進(jìn)行實(shí)測(cè)，量測(cè)工具采用兩把帶刻度的木尺，量測(cè)時(shí)一把水平橫搭在兩根鋼軌上，另一把垂直插入孔內(nèi)（豎直木尺制作成丁字形狀，橫丁長(zhǎng)0.23m，豎桿長(zhǎng)2.5m，其中1.86m、2.36m處作好刻畫(huà)），達(dá)到要求（樁長(zhǎng)1.0m時(shí)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為自軌頂面至孔底1.86m；樁長(zhǎng)1.5m時(shí)，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為自軌頂面至孔底2.36m，樁長(zhǎng)偏差不得少于0.03m，樁徑檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以橫丁能自由下至孔底為宜）后方可進(jìn)行下一道工序即灌注穩(wěn)定土。超挖部分必須采用穩(wěn)定土填充并按要求夯實(shí)。嚴(yán)禁用其他材料填充。
4.6 水泥穩(wěn)定土拌和
采用攪拌機(jī)拌合 ，人工按當(dāng)天實(shí)測(cè)砂、土含水量后調(diào)整的施工配合比配料，按每根樁的用量分別裝袋運(yùn)輸?shù)霓k法。具體配合比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，拌和時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行重量配合比，隨用隨拌，確保水泥在初凝時(shí)間內(nèi)填入樁內(nèi)并加以夯實(shí)。填料的含水率是影響成樁干密度的主要因素，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制填料含水量。
4.7 裝填
每根樁體積：V=∏（0.24/2）2X1.0=0.0045m3，按照理論配合比計(jì)算，每根樁需用拌和料91.8kg，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整后的施工配合比計(jì)算出每根樁實(shí)際用料。計(jì)劃將拌和好的材料分三層裝入孔中，每次35kg左右，將拌和材料按照每次裝填數(shù)量的要求，將材料倒入孔中，每次裝填量控制在65cm，以使夯擊后厚度不大于30cm為宜。最后一次的裝填量，控制在平錘夯擊后樁的頂面稍高于套筒下端口平面1-2cm.
4.8 夯擊填料
夯擊與材料裝填交替進(jìn)行，夯擊方式有兩種，錐夯與平夯。整個(gè)夯實(shí)作業(yè)過(guò)程采用錐夯，平夯僅用來(lái)樁頂夯平。
當(dāng)一層材料裝填完畢后，用錐體夯進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)，將抓環(huán)套在夯桿上，用銷釘銷住，夯擊者用力舉起夯錘自由下落進(jìn)行夯實(shí)。夯實(shí)時(shí)錘頭下落高度為不小于60cm，每層夯擊不應(yīng)少于25次。在夯錘舉起及下落時(shí)，應(yīng)注意避免碰撞孔壁和護(hù)筒。
在最后一次填料夯實(shí)后，再裝入少量填料，用平夯夯擊10次，使樁頂高于護(hù)筒下緣1-2cm，并將樁頂拍平。
4.9 起拔護(hù)筒、搗實(shí)道碴
在夯實(shí)作業(yè)完成后，最上端一節(jié)護(hù)筒的頂面放上提梁，并將提梁沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，使套筒的側(cè)耳與提梁的鉤銷扣緊，然后在提梁上穿上鋼釬，由兩人將套筒向上輕輕提起，在提起套筒前，應(yīng)首先往套筒內(nèi)裝入少量石碴，然后往上提，逐漸向護(hù)筒內(nèi)填入石碴，邊填邊夯擊邊拔起護(hù)筒，以保持套筒外軌枕下的道碴不致松動(dòng)坍塌，直至套筒全部提出道碴面以外。
5 水泥土擠密樁施工質(zhì)量控制方法
5.1 水泥土擠密樁的數(shù)量、布置形式及間距應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求
5.2 水泥土擠密樁的樁長(zhǎng)、樁頂標(biāo)高及直徑符合設(shè)計(jì)要求
埋設(shè)護(hù)筒時(shí)位置要準(zhǔn)確，垂直，技術(shù)人員隨時(shí)用帶有刻度的木靠尺檢查成孔深度、孔徑、護(hù)筒垂直度。最后一層填料夯實(shí)，用盒尺檢驗(yàn)，保證樁頂與路基面齊平。
5.3 所用原材料必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可使用
進(jìn)場(chǎng)土料必須測(cè)定其含水量，如含水量過(guò)大或過(guò)小，必須晾曬或加水?dāng)嚢瑁贉y(cè)定其含水量直至達(dá)到最佳含水量且通過(guò)4mm篩后方可使用。水泥土應(yīng)隨拌隨用，不得超過(guò)水泥的初凝時(shí)間。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格按配合比施工，由專人負(fù)責(zé)過(guò)磅。在原材料無(wú)變化時(shí)應(yīng)進(jìn)行定期試樁。原材料一旦發(fā)生變化必須通過(guò)試樁，重新確定施工參數(shù)。
5.4 樁體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和壓縮模量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求
5.5 水泥土擠密樁處理后樁間土的干密度和壓縮模量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求
5.6 雨季或低溫季節(jié)施工，應(yīng)采取防雨或防凍措施，防止灰土和土料受雨水淋濕或凍結(jié)
5.7 水泥土擠密樁施工屬隱蔽工程，施工完畢報(bào)監(jiān)理簽認(rèn)后方可進(jìn)行下一道工序施工
6 結(jié)論
結(jié)合本工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，再次驗(yàn)證了水泥土擠密樁確實(shí)是一種方法簡(jiǎn)便、效果好的路基加固方法。
