水泥擠密樁加固既有鐵路基基床施工技術探討
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合地基原理的一種加固既有路基的方法。通過在線路軌枕間既有路基內挖孔并夯入復合材料（水泥、粘性土、水按比例拌合而成） 置換孔內基床填筑物，填料分層夯實，利用水泥土擠密樁的高強度和成樁過程中對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到提高路基基床承載力的效果。
1）由于成孔過程中采用鋼套管跟進成孔，免除扒碴，所以能在成孔過程中避免道碴塌陷，確保道床技術狀態(tài)不受影響。
2）成孔后將拌和好的水泥土分次倒入孔內，并用橄欖錘夯實。用橄欖錘夯實水泥土能對周圍土體產生擠壓，增強了周圍土的密實度和壓縮模量；水泥土擠密樁形成的縱橫骨架網絡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
本次膠濟電氣化改造工程中水泥土擠密樁主要運用于時速200Km利用既有線地段路橋、路涵、既有路基與改建路基過渡段基床下沉、翻漿冒泥等病害地段及基床表層地基系數K30小于1.5Mpa/cm地段的路基基床加固。主要是新舊線路過渡段及橋臺兩側過渡段，新舊線路過渡段樁長1米，橋臺兩側各20米范圍內樁長1.5米，無縫線路絕緣接頭前后各4個枕木孔不施工。
3 水泥土擠密樁技術要求
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4mm的孔篩；砂采用粒徑小于5mm，級配良好的中（粗）砂；水為飲用水。配合比試驗參照建指提供水泥摻量及其他單位經驗數據試配：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%。結合現場試驗，實測干密度為2.03 g/cm3，含水量8.7%，密實系數達到0.985，滿足密實系數不小于0.98的要求。由于抗壓強度需待7d后獲得，所以水泥摻量有待進一步調整。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。水泥土拌制根據回填要求隨拌隨用，已拌水泥土不得超過24小時或隔夜使用；被雨水淋濕、浸泡的水泥土嚴禁使用，按作廢處理。下雨期間不進行水泥土拌制。
3.2 水泥土擠密樁的樁位布置
根據設計文件，在每個枕木盒內布置6根擠密樁，擠密樁樁徑為0.24m，填料夯擊后擴大為0.30m。擠密樁施工長度為自道碴頂面至樁底的長度，路橋過渡段設計有效樁長為1.5m（即路基面往下1.50m），路涵過渡段設計有效樁長1.0m（即路基面往下1.00m），其它需布置地段均按每個枕木盒連續(xù)布置，設計有效樁長1.0m（即路基面往下1.00m）。
樁距沿線路縱向為0.543m（即軌枕數量為1840根/km的軌枕間距），橫向為0.6m。兩軌之間2根，兩軌外各1根。枕木頭外各1根，橫向計6根，均勻布置。具體樁位布置見圖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械鉆孔和人工挖孔兩種方法，互為補充、互相結合。但自制小型機械的操作程序較為復雜，且重量較大，上下線路很不方便靈活，故在此次膠濟線電氣化改造施工中主要采用手工工具進行施工。
4.1 樁孔定位
在開工前，技術人員提前1天按照設計要求的樁位標準和縱橫距離在枕木上準確標出施工樁孔位置或在既有鋼軌內側軌底面上順序編號（每排樁），既有線撥移地段按照設計線位放線后于要點前1天用白灰將線路中心、每排樁、每根樁位表示出來，并在每排樁左側1m處打樁編號。
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 埋設護筒取道碴
按隔六干一的原則埋設鋼護筒，取出護筒內道碴。每套護筒分三節(jié)，每節(jié)長30cm，內徑24cm。在扒平道碴的孔位上安設第一節(jié)鋼護筒，其位置應在枕木孔中心，筒體擺放要垂直，不得向任何方向傾斜，護筒上口不得超過鋼軌頂面，以免侵限，阻礙列車運行。安設在鋼軌內側的護筒與鋼軌相鄰的筒壁外緣與軌頭內側面不應小于10公分，以免列車通過時輪緣碰撞造成事故。如果是封鎖線路施工，可不受此限制。應在護筒周圍埋少量道碴，保持護筒的穩(wěn)定。
在第一節(jié)護筒埋設完畢后，用取碴器、收碴盤和鋼釬將護筒內的浮碴掏凈。當道碴緊密、板結不能扒動時，應用鋼釬把道碴撬松，再用取碴器扒碴。在護筒內的石碴扒到一定深度時，應蓋上護筒蓋，用手錘輕輕敲擊，讓其隨著道碴的取出而逐漸下沉，直到護筒的上緣與道碴面齊平。護筒由4-5mm厚鋼板制成，在敲擊護筒時，不可用力過大，以免護筒發(fā)生變形。
在第一節(jié)護筒埋設完畢后，將第二節(jié)護筒安放在其上端并順時針方向旋轉，使第一節(jié)護筒的側耳與第二節(jié)套筒的鉤銷扣住，將兩節(jié)護筒連接在一起，但應保證隨時都能將護筒分開，以確保在運營條件下施工方便、安全。然后用取碴器繼續(xù)鉤出石碴，并將護筒逐漸下沉。在護筒下沉過程中，應使護筒保持垂直。直到護筒底下沉到路基面為止。
4.4 取土挖孔
在護筒下沉到基床表面以后，用1mx1m的彩條布（中間挖空）套在護筒外側，以免取土時污染道床。此時用旋轉取土鏟和取土器，在基床上取土，直至設計深度，用橄欖錘夯實底部浮土，結束挖孔。旋轉取土鏟由鉆體和旋轉手柄組成，取土時將鉆頭在基床內旋轉切削成孔，取出的土倒入預先準備的容器內，運出路外。取土器工作手柄可上、下移動位置，以調節(jié)適于工作的高度。在手柄移動位置后注意用銷釘銷住。 4.5 樁孔檢查驗收
挖樁成孔后立即報告施工點質量負責人及現場監(jiān)理工程師對孔徑、孔深進行實測，量測工具采用兩把帶刻度的木尺，量測時一把水平橫搭在兩根鋼軌上，另一把垂直插入孔內（豎直木尺制作成丁字形狀，橫丁長0.23m，豎桿長2.5m，其中1.86m、2.36m處作好刻畫），達到要求（樁長1.0m時，檢測標準為自軌頂面至孔底1.86m；樁長1.5m時，檢測標準為自軌頂面至孔底2.36m，樁長偏差不得少于0.03m，樁徑檢測標準以橫丁能自由下至孔底為宜）后方可進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。嚴禁用其他材料填充。
4.6 水泥穩(wěn)定土拌和
采用攪拌機拌合 ，人工按當天實測砂、土含水量后調整的施工配合比配料，按每根樁的用量分別裝袋運輸的辦法。具體配合比應根據現場試驗確定，拌和時嚴格執(zhí)行重量配合比，隨用隨拌，確保水泥在初凝時間內填入樁內并加以夯實。填料的含水率是影響成樁干密度的主要因素，施工時應嚴格控制填料含水量。
4.7 裝填
每根樁體積：V=∏（0.24/2）2X1.0=0.0045m3，按照理論配合比計算，每根樁需用拌和料91.8kg，根據現場調整后的施工配合比計算出每根樁實際用料。計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行，夯擊方式有兩種，錐夯與平夯。整個夯實作業(yè)過程采用錐夯，平夯僅用來樁頂夯平。
當一層材料裝填完畢后，用錐體夯進行夯實作業(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行夯實。夯實時錘頭下落高度為不小于60cm，每層夯擊不應少于25次。在夯錘舉起及下落時，應注意避免碰撞孔壁和護筒。
在最后一次填料夯實后，再裝入少量填料，用平夯夯擊10次，使樁頂高于護筒下緣1-2cm，并將樁頂拍平。
4.9 起拔護筒、搗實道碴
在夯實作業(yè)完成后，最上端一節(jié)護筒的頂面放上提梁，并將提梁沿順時針方向轉動，使套筒的側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，應首先往套筒內裝入少量石碴，然后往上提，逐漸向護筒內填入石碴，邊填邊夯擊邊拔起護筒，以保持套筒外軌枕下的道碴不致松動坍塌，直至套筒全部提出道碴面以外。
5 水泥土擠密樁施工質量控制方法
5.1 水泥土擠密樁的數量、布置形式及間距應符合設計要求
5.2 水泥土擠密樁的樁長、樁頂標高及直徑符合設計要求
埋設護筒時位置要準確，垂直，技術人員隨時用帶有刻度的木靠尺檢查成孔深度、孔徑、護筒垂直度。最后一層填料夯實，用盒尺檢驗，保證樁頂與路基面齊平。
5.3 所用原材料必須經檢驗合格后方可使用
進場土料必須測定其含水量，如含水量過大或過小，必須晾曬或加水攪拌，再測定其含水量直至達到最佳含水量且通過4mm篩后方可使用。水泥土應隨拌隨用，不得超過水泥的初凝時間。在施工過程中，嚴格按配合比施工，由專人負責過磅。在原材料無變化時應進行定期試樁。原材料一旦發(fā)生變化必須通過試樁，重新確定施工參數。
5.4 樁體無側限抗壓強度和壓縮模量應符合設計要求
5.5 水泥土擠密樁處理后樁間土的干密度和壓縮模量應符合設計要求
5.6 雨季或低溫季節(jié)施工，應采取防雨或防凍措施，防止灰土和土料受雨水淋濕或凍結
5.7 水泥土擠密樁施工屬隱蔽工程，施工完畢報監(jiān)理簽認后方可進行下一道工序施工
6 結論
結合本工程的實踐經驗，再次驗證了水泥土擠密樁確實是一種方法簡便、效果好的路基加固方法。
