摘 要
我国地域辽阔，幅员广大，自然地理环境不同，土质各异，地基条件区域性较强。随着当前经济建设的蓬勃发展，有时不得不在地质条件不好的地方从事建设。因此，就需对天然软弱地基进行加固。
高速铁路是20世纪交通运输领域的重大成果，是一个专业面极广，技术先进成熟的庞大系统工程，是人类的共同财富。而地基作为路基支承，绝不允许发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。对支承高速铁路路基的地基来说，除了强度要求外，还有变形条件和抗震要求。因此，高速铁路对地基要求相应较高。
目前，国内外地基加固方法众多，很多方法还在不断发展和完善中。每一种处理方法都有它的适用范围和局限性，因而选用某一种地基加固方法时，一定要根据地基土质条件、工程要求、工期、造价、料源、施工机械设备条件等因素综合分析后确定。
本设计综合国内外现行的各种地基加固方法，结合地下建筑工程，交通运输等个专业内容进行设计。通过查阅各种科技文献，参考专业资料，本设计对地基加固技术进行了专业，透彻的分析，系统的阐述了高速铁路地基加固技术的基本知识和基本原理。
关键词：安全 荷载计算 地基加固
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Abstract
China's vast territory and vast, geographical differences, different soil, the strong
foundation of regional conditions. With the current vigorous development of economic construction, and sometimes had to geological conditions in poor areas in the building. Therefore, the need for natural weak foundation reinforcement. High-speed railway transport in the 20th century the major achievements of the area, is a professional face a wide and advanced technology, mature huge project, is the common wealth of mankind. The foundation supported as a roadbed, in the basement must not be allowed to destroy, or allow too much in the post-settlement and settlement rate. Supporting high-speed railway roadbed on the ground, apart from the strength of demand, there are anti-seismic deformation conditions and requirements. Therefore, high-speed railway demands on higher ground.
At present, domestic and foreign foundation strengthening many ways, are still many ways to continue to develop and improve in. Each approach has its scope and limitations, thus choose a certain kind of foundation strengthening methods, the foundation must be based on soil conditions, engineering requirements, Time, cost, source materials, construction machinery and equipment conditions and other factors comprehensive analysis Determined.
The integrated design of the various domestic and foreign foundation strengthening the existing method of underground construction, transportation, and other professional content design. Available through various scientific literature,
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information and professional information, the technical design of the foundation strengthening a professional, thorough analysis, the system's high-speed railway on the foundation strengthening the basic technical knowledge and basic principles.
Key words: security load calculation foundation strengthening
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目录
第1章 绪论........................................................................................................................1 1.1 课题研究的目的意义.............................................................................................1 1.2 国内外研究现状.....................................................................................................2 1.3 课题研究方法.........................................................................................................3 第1章 高速铁路路基荷载基本理论和计算方法...............................................................4 2.1 基本理论.................................................................................................................4 2.2 静荷载计算方法.....................................................................................................5 2.3 动荷载计算方法.....................................................................................................8 第3章 地基加固方案.......................................................................................................12 3.1 软土地基加固........................................................................................................13 3.1.1软土的工程性质..................................................................................................13 3.1.2 软土地基加固措施.............................................................................................16 3.2 盐渍土地基加固....................................................................................................20 3.2.1 盐渍土的工程性质...........................................................................................21 3.2.2 盐渍土地基的设计施工与加固.......................................................................24 3.3 其他常见土质地基加固........................................................................................27 第四章 工程实例..................................................................................................................32 4.1 秦沈客运专线路基新技术....................................................................................32 4.2 各提速铁路地基加固措施....................................................................................37 参考文献...............................................................................................................................42 致谢.......................................................................................................................................43 附录.......................................................................................................................................44
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第1章 绪论
1.1 课题研究的目的意义
1 水泥土搅拌法加固机理
水泥土搅拌法是用于加固饱和软基的一种新技术, 它是用 水泥、粉煤灰等作为固化剂, 通过特制的机械, 在地基深处将软土 和固化剂强制搅拌, 由固化剂和软土之间产生一系列物理—化 学反应, 使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加 固土, 从而提高地基强度和增大变形模量, 形成优质地基。该地
基不同于钻孔桩、打入桩地基, 为复合型地基。
2 施工中注意事项
2. 1 在沿海地区用水泥土搅拌法加固深层软土地基, 必须确定地下水的侵蚀类别, 经试验, 用普通水泥拌制的水泥土受硫酸盐溶液侵蚀会出现结晶性开裂、崩坏、丧失强度, 选用抗硫酸盐侵蚀水泥, 使水泥中产生的结晶膨胀物质控制在一定数量范围内, 则可大大提高水泥土的抗侵蚀性能。
2. 2 为保证桩端施工质量, 当浆液达到出浆口后, 喷浆底座30秒, 使浆液完全到达桩端。特别是设计中考虑桩端承载力时, 该点尤为重要。
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2. 3 搅拌机喷浆提升速度和次数必须符合施工工艺的要求, 要有专人记录搅拌每米下沉和提升的时间。深度记录误差≯100mm , 时间记录误差≯5 s。
2. 4 基坑开挖时, 要注意保护桩头质量, 在基底标高以上0. 3 m宜采用人工开挖.
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
世界上第一条铁路于1825年诞生于英国,至今已有180多年。在那以前地面的交通运输工具主要就是马车。与马车相比,火车运量大,速度快,具有明显优越性,因而得到迅速发展。１９世纪末到二十世纪初是铁路大发展的时期。作为一种新兴的运输方式，铁路运输具有集中，大宗，便捷，安全，全天候的优势，对于西方资本主义经济的发展是功不可没的。
随着经济的迅速发展，科技的不断提高，传统铁路已不能满足社会发展的需求。２０世纪６０年代以来，高速铁路在世界发达国家崛起。百年铁路重振雄风，传统铁路再展新姿。铁路发展进入了一个崭新的阶段。高速铁路的蓬勃发展，在世界范围内引发了一场深刻的交通革命。
高速铁路因为具有安全性高，能耗少，效益好等一系列技术经济优势而发展迅速，但也有许多问题是不容我们忽视的，地基加固便是其中的一个重要方面。
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现代铁路修筑经验表明，作为支乘路基的地基不允许发生基底破坏，也不允许发生过大的工后沉降和沉降速率。以往的铁路设计标准，只考虑对基底强度作要求，即不允许发生基底破坏，而对其变形的要求没有给予重视。日本东海道新干线建成后，由于软土地基沉降造成轨道状态不良，不能达到设计速度和运量的要求。在吸取了东海道新干线经验教训后，日本对支乘高速铁路路基的地基提出了强度要求。对不符合强度要求的地基要采取加固或减少工后沉降的措施。许多国家对路堤（尤其是低路堤）的基底相应提出了强度和土质的要求。不符合要求者均要采取措施进行加固处理。前联邦德国在地基条件差的地方修建新线路基时，采取了各种加固措施，如振动捣固，混凝土喷浆，化学加固，砂浆或排水管构筑，土层加固，更换土层等。
１.２.２ 国内研究现状
我国铁路长期以来一直是各种运输方式的骨干。直到２０世纪５０年代初期，铁路运输还是卖方市场，买票难，乘车难。９０年代以来，各地纷纷建设高速公路，几乎所有的高速公路都与铁路平行，民航事业也飞快发展，铁路事业一度陷入低谷。究其原因，铁路速度太慢是原因之一。１９９５年，铁道部领导决定，在既有线上在不做大的改造的条件下进行普遍提速，并逐步发展建设高速铁路。
自从２０世纪６０年代，世界上第一条高速铁路开通运营以来，世界上已有近１０个国家的３１万多公里各种类型的高速铁路投入运营。多数国家的高速铁
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路都取得了良好的社会和经济效益。在铁路运输业，尤其是客运业很不景气的时候，给新兴铁路注入了一剂强心针。我国更是提出了建设京沪高速铁路的计划。京沪高速铁路沿线地区包括北京，上海，天津三个直辖市以及河北，山东，安徽，江苏等省份，沿线地形复杂，地基加固便显得尤其重要。
我国铁路路基主要病害是路基下沉。除因填土压实度不足造成外，还有不少是因基底变形所致的。对支乘高速铁路路基的地基来说，除了强度要求外，还有变形条件要求。此外，即使发生地震，也不致发生破坏和下沉。为确保上部轨道结构的平衡性，减少养护维修工作量，高速铁路必须严格控制沉降变形。因此，对地基的要求相应较高。
根据日本，法国及德国的经验，满足高速铁路的轨道平顺性，除要严格控制路基的均匀沉降外，不均匀沉降更为关键。路基与桥台及路基与横向结构物过渡段地层变化较大处和不同地基处理措施连接处，是不均匀沉降容易产生的常见部位。故在地基处理和路堤设计中应采取逐渐过渡的方法，减少不均匀沉降，以满足轨道平顺性要求。
建国以来，我国在地基工程的建设上取得了难能可贵的成绩，特别是对特殊土地基，以及各种复杂地形，地质，气候条件下的地基。无论在科研，工程实践水平，测试技术上都有很大发展和提高，积累了丰富的经验。随着我国高速铁路，重载铁路和大运量铁路的兴建，对铁路地基工程的质量和标准提出了新的要求。虽然过去５０年来地基工程取得了很大成绩，但为了适应上述要求，还存在着一
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些必须重视，急待解决的问题。首先是地基施工必须满足技术标准要求的问题，尤其是基床直接受动荷载和季节循环的影响，并与轨道结构相互作用。没有稳定可靠的基床，轨道强度再高，也不能适应运量增长的要求。所以，在施工时就要严格把关，对基床土质和密度加强检测，健全施工管理制度。地基质量问题已逐渐被人们认识和重视，根据运输发展的紧张趋势，提高客货列车速度和增大运量，已成为提高运输质量的主要目标。因此。只有保证施工质量，才能改变地基在铁路工程结构中历来是最薄弱环节的现状。其次，应继续组织地基科研工作，如抗滑支挡工程中，黏性土抗滑桩中桩上荷载的研究；软土地基加固措施及设计计算方法的研究，运筹管理原则在施工中的应用；养护工作中处理基床病害的新材料，新技术的开发等。
借鉴国外高速铁路经验，为了满足京沪高速铁路设计速度的要求，必须严格控制路基的工后沉降量。规定有碴轨道路基工后沉降量一般地段不大于５cm.桥台与台尾路堤的沉降不同，将造成轨道不平顺，导致轮轨动力作用加剧，因而影响轨道结构的稳定，影响列车高速安全，舒适运行。因此对台尾过渡段工后沉降量控制较一般地段更为严格，要求工后沉降量不大于3cm。因为沉降速率过快，即在短时间内沉降过大，会造成维修困难而危及行车安全。同时，维修量加大，会影响线路的通过能力，故还规定了年工后沉降速率应小于2cm。
目前，国内外对地基处理方法名目繁多。本设计只针对几种常用加固方法加以简单介绍，并列出工程实例，使自己对高速铁路地基加固技术有一个整体认识。
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1.3 课题研究方法
212 布设桩位根据设计加固范围绘制桩位平面布置图,在图上定出桩位并将每桩桩号标于其上。“桩号”主要指桩所在的排数及位数,如12 - 5 ,意为此桩为第12 排(自左向右) 的第5 根桩(从小里程往大里程) 。测量班根据加固范围先定出控制桩,再按设计要求定出桩位,将桩号标在桩上。通过图纸及现场桩位双重布控,确保桩体对号入座,施工现场情况也能得到及时反馈,避免漏打、重打。
213 试验桩
试验桩主要检验设计的桩径及桩距等能否满足施工要求,确定桩体密实电流、留振时间及填料量等施工技术参数。桩体呈梅花型布置的试验桩为7根,呈矩形布置的试验桩为9 根。
3 加固效果检验
加固效果检验在成桩28 d 后进行,内容有桩身密实度、桩间土强度和复合地基强度。(1) 桩身密实度检验采用重型动力触探法,检验数量不少于总桩数的5 %;单桩平均击数不小于设计击数为合格(设计击数不小于7 击/ 100 mm) 。小于设计击数的连续长度不大于500 mm ,累计长度不大于桩长的15 %。最小击数不少于计击数的70 %。合格的桩数不应低于90 % ,如低于90 % ,再抽检总桩数的5 % ,如合格率仍不超过90 % ,则应补桩。
(2) 桩间土强度检验采用静力触探法,检验点不少于总桩数的3 %。
(3) 复合地基强度检验采用载荷板试验进行,压板面积应不小于单桩加固面积,试验数量不少于总桩数的1 % ,且不少于3 点。
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4 结束语
本段软土地基加固共完成振冲碎石桩5 366根,检验了其中的5 %即269 根,合格率达100 % ,地基承载力达到250 kPa 以上。采用振冲碎石桩加固软土地基,施工工艺简单,可操作性强,质量容易控制,但是施工过程排放的污水中有泥浆,不利于环境保护;另外,振动沉管机移位的效率较低,有待厂家进一步改进。
第2章 高速铁路路基荷载基本理论和计算方法
2.1 基本理论
路基荷载是指作用在路基面上的应力。它包含两部分，一部分是线路上部结构的重量作用在路基面上的应力，即静荷载；另一部分是列车行驶时轮载力通过上部结构传递到路基面上的动应力，即动荷载。 。
1 工程概况
滨绥铁路干线325K + 850～326K + 000 段路基,015 m
道渣下部地层依次为:煤灰渣013 m ,粉质粘土017 m ,亚粘 土及淤泥夹层415 m。铁路一侧3 m 处沿铁路走向有一条深 115 m 的引水渠,其水面与铁路路轨高差仅1 m。由于粉质 粘土的抗压强度低,尤其经水浸后,粘土的弹塑性系数变大。 在火车经过时,铁轨产生较大的弹性变形,受疲劳破坏。由 于车轮与铁轨撞击而产生的振动使砂土液化,粘土的抗压强 度进一步降低,流动性加大,使靠近水渠一侧的轨道比另一 侧低4 mm。使滨绥线火车在该路段限速行驶,大大影响铁 路的运输能力。为提高火车运行速度,保障交通安全,铁路 部门曾对该路段进行隔水防渗等方法进行处理,但均未收到 良好效果。
我们针对地层及地理条件,在火车照常运行的情况下,
决定采用钻孔压浆的方法对该铁路路基进行恢复加固,提高 路基抗压强度,建立防渗墙隔水。经现场边施工、边测试,该 方法效果显著,轨道高程恢复正常,路基抗压强度增加3 倍, 满足了火车高速运行的要求。
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2 施工设备及工具 211 钻机
由于施工设备只能在铁路和引水渠之间3 m 宽的场地
上施工,要求设备体积小、质量轻,故选用我校自行研制的 SNG- 1 型振动钻机进行钻孔施工。该钻机总质量130 kg , 动力机与主机之间软轴连接。钻机功率515 kW。钻进能 力:钻孔直径56 mm ,钻孔深度30 m ,适于软塑粘土及砂土 层。钻机解体性强,搬迁、移位极为方便。钻机、卡夹给进机 构合为一体,结构简单。主机工作原理如图1 所示。振动器 与外壳,上、下卡圈刚性连接。控制手柄在外壳的轨迹槽内 可转动,具有上、中、下3 个位置。双偏心轮振动器产生的上 下振动经外壳传给上、下卡圈。当控制手柄处于上位时,通 过上钢球座压缩上弹簧,下弹簧伸长推动钢球座上移,上排 钢球松开钻杆,下排钢球在卡圈斜面的作用下夹紧钻杆;当 振动器外壳振动下移时,下卡圈通过钢球带动钻杆向下振动 钻进;振动器外壳上移时,由于钻杆不动,下卡圈与钢球脱离 松开钻杆。振动器再向下振动时,又通过钢球卡住钻杆向下 钻进,如此往复进行。当控制手柄处于下位时,则下排钢球 处于松开状态,上排钢球处于工作状态,振动器上振时卡住 钻杆,下振时松开钻杆,这样可实现提钻。而当控制手柄处 于中位时,上、下两排钢球均处于松开状态,这时钻杆可自由 上、下窜动
图1 SNG- 1 型钻机主机工作原理示意图
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。
1 —上弹簧; 2 —外壳; 3 —上卡圈; 4 —控制 手柄; 5 —钢球座; 6 —下卡圈; 7 —振动器; 8 —下排钢球;9 —上排钢球;10 —钻杆 212 注浆设备
采用北京探矿机械厂生产的SNB - 90 型往复式泥浆泵
2 台,分别灌注水泥浆和水玻璃。该泵流量、压力分8 级,最 低流量18 L/ min ,最高泵压5 MPa ,满足了施工要求。 213 钻具
钻杆为ª42 mm 普通地质钻杆,钻头为自行研制的三翼 硬质合金全面钻头,底锥角70°。孔内注浆管为ª2514 mm (1 in) 钢管,底端封闭,管壁钻孔。孔口止浆采用胶囊。0164 50 探 矿 工 程 2000 年第1 期 m3 水泥搅拌桶1 个,011 m3 水玻璃搅拌筒1 个。 3 施工方案 311 钻孔施工
根据地层条件和施工目的,沿铁路走向钻3 个不同方向
的钻孔,如图2 所示。钻孔方向及深度分别为15°孔5 m、45° 孔215 m、75°孔2 m。
首先施工15°孔。为使浆液在地层中充分扩散,该孔采
用分段压浆(分2 次) ,即钻215 m 后压浆,再钻至5 m ,再压 浆。该方向钻孔注浆的主要目的是提高道渣下部粉质粘土 层的抗压强度。
其次施工45°孔。该方向钻孔一次成孔,一次压浆,其目 的是提高基础的抗压强度和建立防渗墙。
最后施工75°孔。亦为一次成孔,一次压浆,其主要目的 是建立防渗墙,止住引水渠中的水向路基渗透。 3 个方向钻孔循环布置,钻孔间距015 m。首先用ª65
mm 全面挤密钻头钻先导孔,再将ª89 mm、长600 mm 的孔 口管击入孔内,然后继续钻进成孔。
采用振动挤密钻进法,由钻机动力端经软轴传到主机的
回转运动,在振动器处产生高频振动(900～1000 次U 碁-|/ min) ,主机带动钻杆进行钻进。由于钻机的高频振动,使钻头下部粘 土液化,流塑性增强,钻进阻力减小,钻进速度非常大,纯钻 进效率达90 m/ h。 312 压浆工艺
注浆材料为水泥、水玻璃双液浆。水泥采用525 普通硅 酸盐水泥,水灰比为1 。水玻璃37 Be。水泥浆和水玻璃体积 比1∶1 。
压浆参数:注浆压力012～110 MPa ,或单孔注浆量016 m3 ,浆液扩散半径019 m ,灌注速度36 L/ min。 封孔方式:胶囊密封(见图2) ,在Á89 mm 孔口管中,在
注浆管外缠绕机动三轮车车轮内胎,胎中充入高压气体,压 力012 MPa ,靠车胎与内、外管的摩擦力封注孔口。
由于水泥浆与水玻璃混合后,水玻璃(Na2O·nSiO2) 与水
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泥水化时产生的Ca (OH) 2 发生强烈反应,生成大量的硅酸 钙和析出二氧化硅胶体,从而使水泥迅速凝结硬化,凝结时 间仅有5 s ,为防止混合液在高压管中凝固,采用2 台泵分别 输送水泥浆和水玻璃,经过高压管后,在孔口处混合器中混 合,然后直接经注浆管进入地层。在注浆泵的高压作用下, 混合液在孔内压裂孔壁,并沿孔壁土体小主应力面处楔入地 层,形成不规则的网格状。由于道渣、灰渣松散,粉质粘土强 度低,在压浆时(尤其是在15°方向钻孔中) 极易向地表窜浆, 故要求混合浆液初凝时间短。在地表窜浆时,立即停止注 浆,待浆液初凝后,窜浆孔自行封闭,再继续压浆。若其它地 方再次出现窜浆,重复上述操作。这样可保证浆液非常均匀 地压入地层,达到规定的扩散
半径。
图2 钻进示意图
1 —铁轨; 2 —孔口管; 3 —主机; 4 —软轴; 5 —动力机; 6 —水 渠;7 —胶囊;8 —注浆管
采用这种压浆方法,地基强度增强的因素主要有2 个方
面:一是浆液形成网格状,降低粉质粘土整体的流塑性;二是 压浆过程中,部分浆液与粘土混合,水泥浆与土发生化学反 应,使分散的土团粒被凝聚成具有整体性、水稳定性和一定 强度的土,提高了地基强度。 4 结语
该工程保质、保量提前完成施工任务,经取心、探槽和动 力触探验证,混合浆液形成了明显的网格状,扩散半径达112 m ,地基强度提高3 倍,满足了工程的要求。 (上接第49 页)
由此可见,对于2 幢工程地质条件相近、结构类型相同
的Ⅰ类高层建筑物大口径灌注桩基础,由于采用不同的护壁 方法,桩侧阻力和桩端阻力发挥的程度不同,单桩承载力差 异极大,桩基工程造价相差约125 万元。 313 全套管护壁成孔灌注桩的优点
(1) 可以用最小的投入,获得最大、最快的产出,能给业
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主和承包商带来明显的经济效益。
(2) 施工过程中,不会在桩身和桩周地基土间形成泥皮, 使桩周土的摩阻力能够充分发挥。
(3) 人工清底后,桩底无沉渣,桩端土的承载力能够得到 充分发挥。
(4) 由于地基土的承载力得到充分发挥,单桩竖向承载 力高,可以大大地节省桩基工程投资。
(5) 桩的嵌岩深度、桩底岩性、风化程度等可通过肉眼直 接观察,便于施工管理和质量控制。
(6) 干作业成孔、孔底无积水或少量积水,可减少地下水 和孔隙水压力对桩身质量的影响,使桩身不易产生缩颈、离 析、夹泥和蜂窝等不良现象。
(7) 现场无泥浆,有利于文明施工;不需排放或倾倒泥 浆,有利于城市环境卫生。 4 结语
通过比较分析,证明全套管护壁与传统的泥浆护壁成孔
灌注桩相比,具有工效快、质量好、投资省和有利于文明施工等方面明显的优势,应在实际工程中大力推广使用,其经济 效益和社会效益是非常明显的。 1 粉喷桩技术概述
粉体喷射搅拌桩俗称粉喷桩, 是一种利用水泥 等粉体材料作加固材料, 通过压缩空气将加固材料 呈雾状喷入软土深层, 依靠特别机械并凭借钻头就 地强制搅拌, 使地基软土与水泥粉体得到充分混 合, 经过一系列的物理化学反应, 促使混合物在软 土层中固结成具有较好整体性、水稳性和高强度的 柱状水泥土加固体, 从而使地基性质得到改善, 形 成由桩体和桩间土共同承担上部荷载的复合地基承 载模式。这种方法较好地提高了软土地基的承载能 力。工程中, 粉喷桩可用于淤泥质土、含水量较高 的粘土、粉质粘土、粉土等软土地基的处理, 且处 理效果显著, 造价相对于其它处理软土的方法为
低, 同时具有工期短、便于施工的特点, 因而应用日益广泛。2 粉喷桩技术基本原理及应用 211 加固原理
水泥、生石灰等粉体材料是粉喷桩施工中最常 用的工程材料。以水泥作为加固材料时, 一般水泥 掺入量占被加固体的7 %～15 % , 水泥的水解和水 化反应, 完全是在土这种具有一定活性的介质围绕 下进行的。因此, 水泥土的强度增加较慢, 作用复 杂, 一般选用3 个月龄期强度作为桩身的标准强度。 普通硅酸盐水泥主要由CaO , SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 等组成, 由这些不同的氧化物分别组成了不 同的水泥矿物, 3CaO·SiO2 , 2CaO·SiO2 , 3CaO·
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Al2O3 , 4CaO·Al2O3 , Fe2O3·CaO4 等。用水泥粉体 加固土中的水份, 增加了土颗粒间的粘结, 同时产 生氢氧化钙、水化硅酸钙、水化铁酸钙等化合物。 这些水化物有的自身继续硬化, 形成水泥石骨架, 有的则与其周围具有一定活性的粘土粒发生离子交 换和团粒化作用、固结反应、炭化反应, 这些反应 使水泥土具有一定的强度和水稳性, 从而提高了整 个地基的承载能力, 达到所需目的。 212 应用范围
根据水泥水化反应的特点, 对于有机质含量
高、PH 值小以及含伊利石、氯化物和水铝石英石 等粘土矿物的软土加固效果较差, 而对含高岭石、 多水高岭石等粘土矿物的软土加固效果很好。目前 粉喷桩处理软土地基的深度已达十几米甚至更深, 适用范围也随着研究的深入在不断地扩大。 粉喷桩不仅可以提高软土地基的承载力, 减少 地基沉降量, 而且在提高路基边坡稳定性方面也有 显著作用。下面结合张集铁路专用线路基下软土处 理方法案例, 谈谈粉喷桩在实际工程中的应用。 3 粉喷桩加固铁路下软土路基 311 工程地质概述
张集铁路专用线全长914km , 区间8km , 施工 中发现DK1 + 042～DK1 + 697 段路基下为软土。 主要土层地质描述为:
(1) 表土层: 厚017～117m , 褐色, 松散, 含 植物根茎及腐烂物。该层静力触探比贯入阻力PS 大约0180MPa , 地基承载力标准值δ0 = 96 ～ 100kPa 。(1B) 层淤泥: 黑色, 饱和, 含腐殖质、 有机质, 具有腥臭味。层厚014～116m , 该层静力 触探比贯入阻力PS 大约0149～0161MPa , 地基承 载力标准值δ0 = 59～74kPa。(1A) 层淤泥质砂粘 土: 灰黑色, 很湿, 软塑～可塑, 含有机质、粉 质、砂质。厚115～816m , 静力触探比贯入阻力 PS 为0176～0191MPa , 地基承载力标准值δ0 = 90 ～110kPa 。
(2) 砂粘土层: 灰褐色、黄褐色, 湿, 可塑～
硬塑, 含铁锰结核、粉质。层厚013～610m , 静力 触探比贯入阻力PS 为1162MPa , 地基承载力标准 值δ0 = 180kPa。
(3) 粘砂土层: 灰黑、灰绿色, 饱和, 中密～ 密实, 含有机质、生物碎屑、粉细砂。该层未钻 穿, 静力触探比贯入阻力PS 为614～716MPa , 地 基承载力标准值δ0 = 200kPa。
施工场地地下水丰富, 埋藏类型为潜水, 该处
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地下水对混凝土无侵蚀性。
由于铁路路基为线型结构物, 在该段软土范围 内, 软土深度及分层状况也是不断变化的。因此, 需要将该软土段再细分成若干段, 分别进行粉喷桩 设计。
312 设计参数
粉喷桩设计桩径DP = 0150m , 每米喷粉量为
50kg , 水泥掺入量约为14 % , 与桩身加固土配比 相同的室内加固土试块90d 的无侧限抗压强度平均 值, 即桩身强度PCU K = 1500kPa , 根据地质勘探情 况、试验室资料及施工技术水平分别定出桩身强度 的折减系数η= 0135 , 桩端土的承载力折减系数α = 0150 , 桩间土的承载力折减系数β= 0140 , 施工 采用425 # 普通硅酸盐水泥。 313 粉喷桩设计
31311 验算基底应力最大值σSP
铁路路基随路基填方高度和填筑材料的不同,
其基底最大应力也不同, 设计的粉喷桩桩长及桩间 距也将发生变化。因此, 在粉喷桩设计之前, 首先 要确定基底最大应力值。
张集铁路专用线DK1 + 042～DK1 + 697 段,
路基填高h = 613～618m , 填料为新集矿矸石。矸 石密度γ2 = 21kN/ m3 , 线上活载q = 60kN/ m , 活载宽度为311m。由于路基横断面为梯形, 其基底 应力分布也大体呈梯形分布, 因此将路基横断面分 成A , B 两区, 分别计算A 区最大应力及B 区平均 应力。计算图示如图1 。
图1 铁路路基基底应力计算示意
A 区路基不同填高基底应力最大值为: 当h = 613m 时,
σsp =γ2 ×h + (311 ×q) / (311 + h) = 21 ×613 + (311 ×60) / (311 + 613) = 15211 (kPa) 同理:
当h = 614m 时, σsp = 15410 (kPa) 当h = 615m 时, σsp = 15519 (kPa) 当h = 616m 时, σsp = 15718 (kPa) 当h = 617m 时, σsp = 15917 (kPa) 当h = 618m 时, σsp = 16116 (kPa)
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B 区路基不同填高基底应力平均值为: 当h = 613m 时,
σsp =γ2 ×2/ 3 h + (311 ×q) / (311 + h) = 21 ×2/ 3 ×613 + ( 311 ×60) / ( 311 + 613)
= 10810 (kPa) 同理:
当h = 614m 时, σsp = 10912 (kPa) 当h = 615m 时, σsp = 11014 (kPa) 当h = 616m 时, σsp = 11116 (kPa) 当h = 617m 时, σsp = 11218 (kPa) 当h = 618m 时, σsp = 11410 (kPa)
将σsp值按5kPa 的整数倍划分A , B 区段, 则 有:
A 区: 当h = 613～615m 时, 按σsp = 155kPa 设计桩长及桩间距; 当h > 615～618m 时, 按σsp = 160kPa 设计桩长及桩间距。
B 区: 当h = 613～617m 时, 按σsp = 110kPa 设计桩长及桩间距; 当h > 617～618m 时, 按σsp = 115kPa 设计桩长及桩间距。 31212 划分设计区段
按照路基纵断面图上的路基填方高度h 和A ,
B 区σsp值划分设计区段。在设计区段划分时, 对于地质分层层数有变化的地方, 还应再按照地质勘探土层情况分段, 以利于计算。这样可以根据划分的区段, 在每一区段内按照σsp值分别设计粉喷桩桩长及桩间距。
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第3章 地基加固方案
3.1 软土成因类型与工程性质
软土在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山间谷地均有广泛分布。在软土地基上修筑路基，若不加处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致路基病害的发生，继而影响列车正常运行。
所谓软土，从广义上说，就是强度低、压缩性高的软弱土层。根据软土的孔隙比及有机质含量，并结合其他指标，可将其划分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭五种类型。软土的物理力学特征如表3-1. 表3-1 软土类型及其物理力学特征 类型 天然密度 含水量 孔隙比 有机质压缩渗透系快剪强标准贯入γ（kN／ ） ω（％） e 含量 系数 数 度 值 （％） 软粘性土 淤泥质土 16-19 淤泥 习惯上常把淤泥、淤泥质土、软粘性土总称为软土，而把有机质含量很高的泥炭、泥炭质土称为泥沼。泥沼比软土具有更大的压缩性，但它的渗透性强，受荷后能够迅速固结，工程处理也比较容易。本节主要讨论天然强度低、压缩性高且透水性小的软土地基问题。
软土按其成因大致可分为海洋沿岸沉积和内陆湖盆地沉积两大类。按其沉积环境和特征差别，则可分为如表3-2所列的七种类型。
我国各地成因不同的软土都具有近于相同的特性，主要表现在： 1. 天然含水量高，孔隙比大。 2. 透水性差。 3. 压缩性高。 4. 抗剪强度低。
5. 具有触变性，一旦受到扰动，图的强度明显下降，甚至呈流动状态。 6. 流变性显著。其长期抗剪强度只有一般土质抗剪强度的40％-80％。 表3-2 软土的成因类型 成因类型 特征 泻湖相沉积 颗粒细、孔隙比大、强度低、常夹有薄层层炭 溺谷相沉积 孔隙大、结构疏松、含水量高、分布范围窄 滨海相沉积 面积广、厚度大、夹有粉砂薄透镜体，孔隙大 三角洲相沉积 分选性差、结构不稳定、粉砂薄层多、有交错层理，不规则夹层及透镜体夹层，结构疏松 湖相沉积 粉土颗粒成分高、呈放射状分布、层理均匀清晰，表层多有硬壳 河漫滩相沉积 沉积零乱、以淤泥与软黏土为主，含有细砂交错层，呈镜透体
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分布 丘陵谷地相沉呈片状、带状分布，靠山侧浅，谷中心深，具有较大的横向坡，积 颗粒由山前到谷中心逐渐变细 在我国已建成的铁路中通过软土地区的线路是很多的，如肖穿线、津浦线、浙赣线、内昆线、成昆线、三茂现等，经过多年实践，对软土地区的路基设计理论，施工方法及加固处理措施等方面均积累了较丰富的经验和研究成果。
3.1.2 在软土地基修筑高速铁路的几个土工问题
表1 土层参数 层号厚度/ m 侧摩阻力 f i/ kPa 承载力标
准值/ kPa 土层名称 1 110 12 98 粘土
1A 115 10 110 淤泥质砂粘土 2 510 15 180 砂粘土
3131312 计算单桩承载力及桩长
单桩竖向承载力标准值[ P] 可按以下2 式计 算求得:
[ P] = η ×PCU K ×A P (1) [ P] = UP ×Σf i ×L i +α ×A P ×qp (2) 式中, A P 为桩身截面积, A P = ( DP/ 2) 2 ×π; UP 为桩身周长; f i 为桩周土的平均侧摩阻力; L i 为 第i 层土中的桩长, i 为土层层数; qp 为桩端土的 承载力标准值。 由(1) 式:
[ P] = 0135 ×1500 ×(015/ 2) 2 ×π = 10311(kN) 代入(2) 式:
10311 = (015 ×π) × (12 ×110 + 10 ×115 + 15 × L i) + 015 × (015/ 2) 2 ×π×180 解得桩身伸入第三层土中的长度为: L i = 118 (m) 则, 设计桩长应为:
L = 110 + 115 + 118 = 413 (m) 偏于安全取单桩承载力[ P] = 100 (kN) 3131313 计算面积置换率αs
由于路基填方高度是变化的, 复合地基承载力 标准值Pspk应取划分区段的基底应力最大值σsp进 行设计即:
Pspk = σsp (3)
设计中, 面积置换率αs 可由下式算出:
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Pspk =σsp =
αs × [ P] / A P +β× (1 - αs) ×Psk (4) 式中, αs 为面积置换率, 即单位面积中的桩截面 积; Psk为桩间天然地基土承载力标准值。 设计中, Psk一般取表层土承载力标准值, 但
当表层土承载力较高而下卧层承载力较低, 并且下 卧层厚度比表层土厚度大得多时, 偏于安全设计 Psk则取下卧层土的承载力标准值。 由(4) 式得:
A 区: σsp = 155 (kPa)
155 =αs ×100/ ( (015/ 2) 2 ×π) + 0140 × (1 - αs) ×98 αs = 2416 %
B 区: σsp = 110 (kPa)
110 =αs ×100/ (015/ 2) 2 ×π) + 0140 × (1 - αs) ×98 αs = 1511 %
3131314 求设计桩数
该段路基填方高度均为613m , 即h = 613m ,
路基顶宽为612m , 边坡为1∶115 , 因此路基底面宽 度为:
613 ×115 ×2 + 612 = 2511 (m) 为方便粉喷桩布置, 取路基底面布桩宽度为 25m , 路基A 区布桩宽度为6m。则可分别求出A 区和B 区的布桩面积S 为: A 区:
SA = 6 ×[1 + 11516 - (1 + 42) ] = 44116 (m2) B 区:
SB = (25 - 6) ×[ 1 + 11516 - ( 1 + 42) ] = 139814 (m2)
A 区设计桩数: 44116/ [ ( 015/ 2) 2 ×π] × 2416 % = 554 (根)
B 区设计桩数: 139814/ [ (015/ 2) 2 ×π] × 1511 % = 1075 (根)
3131315 求桩间距并布桩
A 区单桩处理面积44116/ 554 = 0180 (m2) B 区单桩处理面积139814/ 1075 = 1130 (m2) 按照求出单桩处理面积即可以正方形均匀布 桩, 也可以根据复合地基的受力情况, 采用三角 形、菱形及不均匀等方式进行布桩。 314 粉喷桩施工技术要求
粉喷桩成桩质量的优劣直接关系到软土地基的 处理效果, 质量控制的关键是喷粉量以及喷粉搅拌 的均匀程度。
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31411 喷粉量控制
施工中, 应通过灰罐电子秤监测实际喷粉量是 否满足设计要求, 送粉管道要畅通, 保证喷粉的连 续性、均匀性和喷粉量的稳定。同时还应控制好钻 机的提升速度和停灰面高程。严禁使用受潮、结 块、超龄期的水泥作加固材料。 31412 喷粉搅拌控制
搅拌的均匀程度与否直接关系到桩身水泥土的 总体强度。在采用喷粉搅拌工艺的水泥土中, 常不 可避免地存在强度较高、水稳性较好的水泥石区和 水泥量喷入不足、强度偏低的土体区, 因此, 要求 对桩身上部承载力较大的部分进行复搅或复喷。在 喷粉成桩过程中遇有故障面停止喷粉, 二次喷粉接 桩时, 其喷粉应重叠一定的长度。钻机提升速度较 快, 将造成喷粉量不足、搅拌不均, 因此要严格控 制好钻机的提升速度以保证桩身的总体强度。 315 粉喷桩质量检测
粉喷桩成桩后的质量检测, 多以单桩复合地基 静荷载试验和低应变动力检测为主。通过单桩静载 检测判别桩身质量, 确定单桩竖向承载力; 通过单 桩复合地基静载试验, 检测确定复合地基的强度。 粉喷桩施工期间的质量检测, 主要通过成桩
7d 内采用轻便触探仪(N10) 检查桩的质量, 触探 点应在桩径方向1/ 4 处, 抽检频率为2 % , 当贯入 100mm 击数N10 少于10 击时, 视为不合格。另一 种方法是在成桩28d 后, 在桩体上部桩顶下015m , 110m , 115m 分别截取3 段桩体进行现场足尺桩身 无侧限抗压强度试验。检查频率为012 % , 每工点 不少于2 根。
施工时, 还应检查粉喷桩的成桩直径, 对使用 的钻头定期复查。其直径磨耗不得大于20mm。 4 结论
粉喷桩是一项加固软土地基的新技术, 经现场 实践来看, 适应范围较广, 其优势明显, 但必须根 据粉喷桩的适用性、工程对象的具体特性, 认真分 析, 区别对待。
当土的含水率较低时, 为保证成桩的质量, 施 工时应加水进行喷搅或采用水泥浆液搅拌法施工。 当软土中PH 值较小时, 可以根据软土类型, 掺入 一定的粉煤灰或其它碱性物质, 以改良土的理化性 质。
粉喷桩具有刚柔相兼的特性。作为轴向受力桩 与桩间土组成复合地基, 具有良好工程性质, 可显 著提高天然地基的承载能力并能减少地基的沉降
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量。但粉喷桩技术也存在一些不足之处, 施工中钻 机的噪音比较大, 不利于在市区内进行施工作业; 钻机提升至停喷面时由于钻头内压力较大, 致使大 量的水泥粉尘飘散在空气中, 对周围的环境有一定 的污染。这将需要工程技术人员在今后的实践中, 加强研究和改进, 不断拓展粉喷桩的应用范围。
随着基础工程技术的不断推新, 近年来兴起的高压喷射注
浆新工艺, 在处理强液化软地基施工中, 已被国内工程界竞相采 纳。现就高压旋喷注浆工艺, 在朔黄铁路工程基础处理中的应 用, 做如下总结。仅供参考。 1 高压旋喷注浆法概述
高压旋喷注浆法(又称旋喷法) , 是高压喷射注浆工艺三种方 法之一, 是一种新型注浆方法。它具有加固体强度高, 质量均匀, 形状可控等特点。其工艺原理是引用高压水射流技术对加固体 (地层) 的切割, 并注入水泥浆而形成设计所需的各种形状的基体 (圆柱桩、扇壁、坝墙等)。它对于处理淤泥, 淤泥质粘土、粘性土、 沙土, 液化带流沙等软地基加固有明显的效果。 1. 1 高压旋喷注浆法的工艺流程
根据跨北同蒲铁路特大桥地质情况及技术标准要求, 采用 单管旋喷法:
1. 1. 1 单管旋喷法使用的机具
使用改装后的百米链条爬杆钻机, 配备石油用罗马700 高压 泵、搅拌机、浆桶、水箱等组成的高压旋喷注浆机组。
1. 1. 2 单管旋喷法施工工艺流程(见图1) 图1 单管旋喷法工艺流程图
(a) ——钻机就位钻孔; (b) ——钻孔至设计标高; (c) ——旋喷开始; (d) ——边旋喷边提升; (e) ——旋喷结束成桩 2 跨北同蒲特大桥高压旋喷注浆实例
跨北同蒲特大桥共实施了两个高压旋喷注浆工程, 即: 北同 蒲铁路路基高压旋喷桩帷幕坝墙工程和跨北同蒲铁路特大桥 17# 台地基加固高压旋喷桩网锥群工程。其地质情况见图2。 2. 1 帷幕坝墙工程
朔黄线跨北同蒲铁路特大桥的12# 、13# 号墩, 其承台基坑开
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图2 跨北同蒲铁路特大桥地质示意图
挖边沿距北同蒲铁路路基中心线只有5. 18～ 6. 37m (见图3)。基 坑一旦开挖, 边坡及以外的基础将被破坏。因此, 北同蒲铁路该 段路基的防护至关重要。路基防护方案的可靠性, 是保障北同蒲 铁路该段正常畅通的关键。经过反复论正, 决定采用高压旋喷桩 帷幕坝墙技术来解决基坑坍陷。
图3 北同蒲铁路护基高压旋喷桩布置示意剖面 2. 1. 1 高压旋喷桩 的布置
在北同蒲铁路
两侧的12# 、13# 号 墩基坑与枕轨之间 分别布置高压旋喷 桩帷幕坝墙( 见图
3)。坝墙长12m , 设 计桩长5. 5 m , 有效 加固桩长5m。采用 梅花状交联搭接, 穿 插式注浆法施工。 2. 1. 2 高压注浆工 程技术参数(单管) : · 单孔桩径: 50 cm;
· 设计桩长550 cm , 加固桩长500 cm; · 浆液浓度(水ö灰比) : 1∶10; · 浆液喷射流量: 80 L öm in; · 旋喷压力: 18～ 20M Pa; · 喷嘴直径: 2. 8 mm;
· 旋喷提升速度: 25 cmöm in; · 喷头转速: 25röm in; · 旋喷成桩搭接: 200 mm; · 停喷再喷成桩搭接: 500 mm;
· 每延米水泥用量: 240～ 280 kg; · 单桩加插18 mm 钢筋4 条;
· 单桩抗剪强度: 6 töm 2; 加筋后: 8～ 10 töm 2;
· 固结墙桩体交联: 重叠搭交33. 5 mm; 横向轴心间距375 mm; 纵向轴心间距433 mm; 坝墙厚度875 mm。 · 最大喷射流射程35 cm。 2. 1. 3 高压旋喷桩施工效果
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高压旋喷桩帷幕墙工程, 解决了以下几个问题:
·阻止了因12# 、13# 号墩基坑开挖后路基坍陷, 保证了 12# 、13# 承台的顺利施工, 同时也确保了北同蒲铁路
路的安全畅 通。
·解决了自然地基承载力不足的问题, 地基承载力自然承 载力4 töm 2, 提高到36～ 40 töm 2。
·在加固朔黄线基坑强度的同时保证了北同蒲铁路基础的 稳定。
·提高了原有路基的抗强度能力, 提高了该段路基的垂直
承载重力3 倍、抗剪强度提高了3～ 4 倍, 反剪切力提高了3 倍。·阻止了流沙对12# 、13# 号墩基坑的淤积。 2. 2 网锥桩群工程
跨北同蒲特大桥路桥交汇处地基液化程度高并具有流动
性, 为了防止因地层液化可能引起的桥台变形移位及路基的坍 陷和断裂。在17# 台及至路基锥体区段, 使用高压旋喷注浆工艺 进行地基加固处理。
2. 2. 1 高压旋喷网桩锥群的布置
为解决桥路接合部地基承载力不足的问题, 在17# 台及台与 路基锥体地段布置长度34 m、宽度为32 m 的网状锥群。高压旋 喷桩群施工完成后, 可以达到以下几个目的: · 加固原液化地基, 提高地基强度和承载力; · 控制桥台下沉, 提高路桥抗震能力;
· 阻止路基锥体对17# 台的冲击, 减少路基基土的向桥台 纵向滑坡;
· 控制路基与桥墩因流沙冲击而出现的路桥断陷。 2. 2. 2 高压注浆工程技术参数(同理) · 桩点距离: 2 m ×2 m;
· 设计桩长: 10. 5 m , 有效桩长: 10 m; · 桩径: 60 cm;
· 浆液浓度(水ö灰比) : 1∶1; · 喷嘴直径: 3 mm; (单管喷射) · 旋喷压力: 20～ 22M Pa; · 浆液喷射流量: 80 löm in; · 旋喷速度: 26～ 28 cmöm in; · 转速: 25röm in;
· 每延米水泥用量: 180～ 220 kg; · 最大喷射流程: 40 cm。 2. 2. 3 高压旋喷施工效果
17# 台高压旋喷桩锥群的施工, 明显的改变了该段地基条 件, 高压旋喷桩完工后, 解决了以下几个问题:
·经过高压旋喷注浆加固后的地基, 承载力提高到40 töm 2,
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抗剪强度提高并超过自然抗剪强度的4 倍; ·提高了路基的抗震强度;
·确保了路基与桥基的交联的牢固性和安全性;
·阻止和控制桥台的下沉, 阻挡了流沙及液化软液体对路 基、桥基的冲蚀性破坏;
·阻止和限制了路基锥体对路桥基础交联处的压性冲击, 降低了路基对桥基础的冲压力度;
·限制或阻止了路桥基础的断裂或坍陷。 3 结论
利用高压旋喷注浆法处理软地基的加固, 充分显示了高压 旋喷工艺的优点, 其主要特点是: ·工艺施工流程简单, 操作方便;
·设备较简单、轻便、机械化程度高;
·施工进度快, 不受地貌限制; 室内外均可使用; ·施工顺序可控, 加固形状可控;
·施工时加固体质量均匀, 加筋旋喷桩抗剪强度可与砼灌 注桩相比, 并具有相同的强度;
·具有施工成本低, 原料消耗低等优点。
总之, 朔黄铁路跨北同蒲铁路特大桥, 两处高压旋喷注浆工
程, 是处理高液化淤泥层, 淤泥质粘土层、粘性土、沙土、流沙等软地基加固中较适用的手段。在今后施工中应推广采用。
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第4章 工程实例
1 工程概况
朔黄铁路K269～273 段路基位于河北省灵寿
县境内,线路以填方通过平原,路基填高8～11 m , 2000 年初建成通车。2000 年7 月经历较大降雨后, K269～270 段路基边坡方格型骨架被冲毁,路肩滑 塌溜下,边坡上冲沟密布,菘杨岔河大桥朔县方桥台 锥体护坡变形破坏; K270～273 段路基边坡冲刷轻 微,仅在坡上有少量冲沟,整个路基发生不同程度的 沉降,轨道变形较为严重,影响行车安全。
经监理、设计、施工等单位现场调查,部分路基 填料为C 组土(粉粘土,液限WL = 3010～3718 ,塑 性指数Ip = 1010～1815) 及D 组土(粘土,液限WL = 4214～5010 ,塑性指数Ip = 1810～2310) ,不符合 重载铁路基床表层填料要求,且填料分布不均匀,含 水量较大。另外台后路基施工期间压实不足,在连 降暴雨的情况下,雨水下渗,导致土体含水量过大, 基床表层土体强度降低,在列车荷载作用下,沉降量 增大,而且沉降不均匀,使边坡滑塌,轨道发生变形。 经朔黄公司、监理单位、工务段共同协商,决定 采用夯实水泥土桩复合地基处理该段路基。 夯实水泥土桩复合地基主要应用于地下水位以
上各种松散、软弱地基改良加固,在建筑地基处理中 应用较为广泛,在铁路的既有线路上应用极为少见。 因此,本项目被作为铁道部的一个试点工程,取得经 验后将应用于火车提速的各线路。 2 施工条件
施工现场位于已通车的路基上,施工作业空间
很小,机具安置摆放困难,不利于机械化施工作业。 在道轨、枕木之间的道渣中埋设护筒难度较大。另 外,施工期间采用施工线路封闭,另一线路列车仍要 运营,因此施工安全尤为重要。
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3 主要设计指标
(1) 处理后复合地基承载力≮150 kPa ; (2) 成孔 直径280 mm ,成桩直径300 mm;成桩长度:桥台后 215 m ,C组土路基为110 m、D 组土路基为115 m ,总 计桩长40012 m; (3) 桩间距016 m ,排距01543 m; (4) 水泥用量为土质量的10 %; (5) 桩身28 天无侧限抗 强度≮110 MPa ,桩身干密度≮1170 g/ cm3 。 水泥土桩布置如图1 所示。
图1 水泥土桩布置图
4 施工工艺
4. 1 夯实水泥土桩复合地基工作机理 夯实水泥土桩是由机械或人工成孔后,将水泥
与接近最优含水量并经过筛后的粘性土、粉土,按一 定比例混合搅拌均匀后,分层夯填至桩顶而成。在 水泥土回填夯实过程中,水泥土被压实,水分被挤 出,水与水泥熟料矿物进行水化,生成水化硅酸钙 (3CaO·2SiO2·3H2O) 凝胶体,将土颗粒包裹起来并 胶凝成坚实的桩体,其刚度远远大于桩间土,靠桩身 与土的摩阻力及桩端土层的端承力,将基底表层桩 间土承受不了的剩余荷载,经褥垫层调节,传递于深 层桩间土层及桩端土层,共同承担上部荷载构成复 合地基。
4. 2 工艺流程
夯实水泥土桩(铁路路基) 的施工流程见图2。 图2 夯实水泥土桩施工流程 4. 3 施工方法
4. 3. 1 清道渣、下护筒
道渣厚度约50 cm ,用叉子等工具清理出枕木 间的道渣,道渣清理后,人工下入护筒,护筒采用薄 钢板卷成,内径≮28 cm ,外径不能大于枕木间距,长
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度根据道渣厚度为40～70 cm。实践证明,间隔4 排枕木清理4 排道渣的方法效率较佳。 4. 3. 2 成孔
下入护简后,人工洛阳铲成孔,因孔较浅,且填 土较密实,可逐个逐排成孔。挖出的土放在土料盘 上,不得污染道渣。成孔后检查成孔直径,垂直度及 孔深,其容许偏差为:孔位100 mm ,垂直度115 % , 孔径小于设计值不超过20 mm ,深度不小于设计 值。
4. 3. 3 土料拌合运输
因现场孔内挖出的土含水量很高(接近饱和) , 且土质为粘土,与水泥不易拌合。施工中采用集中 拌合,土采用粉土(由固定的取土点供应) ,过215
cm ×215 cm 筛网,水泥采用P. O 3215 普通硅酸盐 水泥,掺入量约为土质量的10 %。根据设计要求, 土的含水量控制在15 %左右,拌合后的水泥土含水 量控制在13 %左右,施工前由实验员在现场采用酒 精烘干法测定土及水泥土的含水量。拌合采用人工 搅拌,搅拌次数不少于3 次,配制好的水泥土达到色 调一致。
水泥土拌好后,装入塑料袋,用机动轨道车运至
各施工工作面,拌合后的水泥土必须在2 h 内用完。 4. 3. 4 夯实成桩
夯实机械采用夹板自落式夯实机。夯机底下加 工轨道,便于夯机在铁轨上能横向、竖向行走和定 位。夯锤呈纺锤型,质量为110 kg ,落距≥018 m。 先夯底,夯实击数≥5 击,然后边填料边夯实(填料1 锨,夯击2～3 击) ,夯实后的桩顶标高略高于基底。 夹板自落式夯实机进行桩上部夯实时,夯锤晃 动较大,将护筒砸坏或拔出,使上部道渣进入孔内, 影响成桩质量。后经过对夯实机改造加工,加入夯 锤导正装置,成功地解决了这一问题。 3. 4. 5 拔护筒、恢复道渣
成桩完毕后,拔出护筒,并将道渣恢复,用振动 器将道渣振实。
5 加固质量和效果的检验
(1) 开挖验证:成桩7 天后,将施工的桩头挖出, 桩头整齐平整,实测桩径为310～320 mm。 (2) 取水泥土试块:成桩7～15 天,在8 根桩的 桩头取水泥土试块,进行抗压强度试验,结果表明, 无侧限抗压强度为112～210 MPa ,满足设计要求。 (3) 干密度测试:为检测夯实质量,施工中进行
了钻孔抽心取样,测试水泥土干密度(ρd) ,随机抽样
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数为总桩数的4 % ,共120 件试样。测试结果表明, 夯实水泥土干密度(ρd) 为1173～1191 g/ cm3 ,均大 于1170 g/ cm3 。
(4) 轻型动力触探测试( N10) :为跟踪检测夯实 质量,施工中随机进行了205 次轻型动力触探测试, 击数( N10) 为72～115 击。
(5) 在施工完毕后3 天,火车就开始运行,通过 近2 个月时间的观察,路基在处理后未发生明显沉 降,铁轨未发生变形。 6 结语
(1) 夯实水泥土桩复合地基加固朔黄铁路路基, 效果理想,可以在类似的工程中进行推广; (2) 人工清理道渣费工费力,影响施工进度,宜 研制专用的清渣机械,以减轻劳动强度,提高施工效 率;
(3) 铁路线上场地狭窄,做大面积加固处理时, 宜采用集中拌合,质量容易控制,对道渣无污染; (4) 在铁路线上施工夯实水泥土桩,需对夯实机 进行改造,使其移动方便,提高夯实效率。 (2) 技术关键
①因地方电力部门的电压、电流波形不是理论上 的周期性波形,其中叠加了大量的谐波,使其不是一个 正弦波周期性函数;同时,变压器也是一种感性与容性 同时存在负载,它在换能时产生一系列的谐波,谐波将 引起附加损耗,影响变压器试验时的精度和准确度。 本试验台为了保证测试值的准确性,采用傅立叶变换 进行谐波分析,求电压、电流有效值及功率等。 ②为保证数据的完整性和准确性, 采用了高精度
的同步锁相电路,对采样数据实现同步控制。因为信号 周期T0 是变化的,为保证同步采样, 不丢失一个完整 周期的数据,以保证谐波分析、功率计算的准确度, 需 要一套复杂的采样电路来保证采样周期Ts 和T0 同步。 为此,采用CD4046 集成电路制作了一套高精度的锁相 环电路保证采样的同步。
③变压器绕组直流电阻测量一般采用双电桥测
量方法。由于变压器电感大, 测量因其时间常数大, 测 量时间长,为了减少测量时间,本装置采用大电流恒流 源,大电流可以使铁芯接近饱和状态,此时变压器电感 量减少,恒流源则具有较大的内阻,使得测试回路总电 阻增加。因此,总时间常数大大减少, 使测试时间减少
为常规方法(双电桥法) 的1/ 10 ～ 1/ 15 ,从而保证变压器线圈直流电阻测定快速、准确。
④绝缘油介电强度测试采用独特复位电路和
E2ROM写入技术,使其在击穿的瞬间能可靠读入击穿
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电压值, 并存入E2ROM, 排除断电、干扰出错的可 能性。
(3) 抗干扰措施
①在单片机电源上并接了5 V TVS 管,有效吸收
了来自电源上的浪涌电压,保证了单片机电源的稳定, 从而保证单片机的稳定工作。
②在大电流接触器线圈两端并接了压敏电阻,有
效吸收了由于频繁启动接触器而造成的瞬时电压尖脉 冲,也净化了电源。
③采用RS232 光电隔离器串行接口,保证了微机 及本装置串行通讯的安全。 3 试验台特点
(1) 采用高速DSP 系统及傅立叶变换、小波分析
技术对被试变压器的各项参数进行测试、分析,测试数 据准确性高,其数据全部进入数据库,实现报表存贮、 查询、打印等功能。
(2) 采用20 A 大电流恒流、恒压源及温度自动校 正功能,保证变压器线圈直流电阻测定的快速、准确。 (3) 变比测试采用高精度的电荷平衡式结构,保证 了不受温度、湿度的影响,并具有优良的抗噪声性能。 (4) 绝缘油介电强度测试采用独特复位电路和 E2ROM写入技术,排除断电、干扰出错的可能性。 4 应用效果
该试验台应用于变压器试验,进行绕组的直流电
阻、变比(组别) 测试时间短;空载、短路损耗测试由微机控制输入电量参数,随输入的电量参数同步采集测 试数据;工频耐压试验由微机监控自动调压,电压升降 平滑,调压的同时采集测试数据。整个试验过程不需 要人工干预(录入,存贮等) ,极大地方便了出厂试验, 接线少,操作便捷,提高了试验的准确性及试验效率, 节约了人力、物力,降低了变压器试验的成本。 该试验台应用于变压器试验数据管理,变压器首 次试验录入名牌相关数据,按试验台操作规程进行变 压器试验,试验台微机将采集的试验数据存入数据库 并生成《变压器交接试验报告》。工区更换变压器时 按所需容量在微机中调出相应记录,输入领取时间、安 装地点,将《变压器交接试验报告》打印出来存档即可。变压器再次试验,勿需录入名牌数据,只需选择重试 或补充测试变压器键入变压器特定属性,即可进行变 压器试验,试验完毕供随时查询、调用。
微机控制变压器综合试验台自动采集数据,自动 化程度高,使用方便,测试数据更准确,提高试验工效 和变压器数据的科学管理水平,为变压器检修提供及 时、可靠依据,具有较大的推广价值。
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沪杭铁路大修综合施工实现新突破
2003 年5 月21 日,沪杭线封锁施工开通后,首趟列车通过 限速80 km/ h ,第二趟列车通过限速120 km/ h。从第三趟起,所 有列车取消限速,恢复正常运行。这标志着我国铁路线路大修 技术已提高到一个新水平。
上海铁路局工务处多次组织对大修综合施工后轨道沉降
速率、轨面变化规律、脱轨系数、减载率等进行科学计算与实地 检测,确保施工后线路轨下基础迅速稳定,轨道几何状态迅速 达到标准。从5 月15 日起,上海工务机械化段、杭州大修段等 单位配备6 台捣固车和稳定车,200 多名职工将以前的3 次捣 固、1 次稳定改为5 次捣固、3 次稳定。科学施工,为线路提高 稳定性夯实了基础。
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毕业设计开题报告
题 目 专 业 高速铁路地基加固技术 铁道工程技术 班 级 05级一班 学生姓名 权志娜 一 研究背景意义 地基作为轨道或路面的基础，起着至关重要的作用。而以前修筑铁路时，一直对地基加固这一方面不够重视，常出现基底破坏、工后沉降等问题。现在正在修建的高速铁路，尤其应重视地基加固。 二 国内外研究现状 国外发展高速铁路的国家有法国、日本、德国等。它们都根据本国情况进行研究，采用不同的结构形式和强度标准对地基进行强化。我国铁路路基工程经过几十年的发展，取得了许多成就。无论在科研、工程实践水平上，都有很大的发展和提高，积累了丰富的经验。但随着铁路运量的增加，轴重的增大，特别是大范围提速后，既有线路基出现的病害日趋增多，严重影响了铁路运输能力。 三 主要工作 对高速铁路路基荷载的基本理论作一简单介绍，对计算方法分为静荷载和动荷载进行探讨，并针对各种土质分别对地基加固方案进行分析。最后结合工程实例对地基加固作一具体介绍。 四 研究方法 本设计通过网上搜索，查阅各类相关书籍，编辑整理资料，对高速铁路地基加固这一课题进行了深入研究。 五 进度计划 1 熟悉任务书，搜集并熟悉资料，制定工作计划-----------------------------------1周 2 高速铁路路基荷载的基本理论和计算方法-----------------------------------------2周 3 地基加固方案的分析计算--------------------------------------------------------------3周 4 总结和分析个方案-----------------------------------------------------------------------1周 5 外文翻译，整理，打印，装订论文--------------------------------------------------1周 指导老师对本论文的指导和修正以及检查 指导教师签字
时 间 年 月 日 33
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