高鐵路基基底處理加固技術(shù)分析
2015-06-30
1 概述
隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國高速鐵路的建設(shè)也在快速發(fā)展。鐵路線路跨越的地域?qū)拸V，施工中經(jīng)常遇到多種多樣的軟弱土和不良土，其物理參數(shù)因種類不同而具有極大的差別。由于路基變形對(duì)鐵路運(yùn)營期間會(huì)造成了較大的危害，影響行車安全和乘車舒適性，增大了線路的養(yǎng)護(hù)維修量。因此，地基處理的要求越來越高，越來越迫切。地基處理方法有很多，隨著技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新方法應(yīng)用到地基處理中來。筆者經(jīng)過幾年高速鐵路施工實(shí)踐，總結(jié)了成功的經(jīng)驗(yàn)，為地基處理的設(shè)計(jì)和施工提供了部分依據(jù)。
路基地基有豎直荷載下的破壞形式和豎直與水平荷載下共同作用破壞形式兩種，其中豎直荷載下的破壞形式有下面四種類型：一是發(fā)生在密實(shí)砂土、淺埋基礎(chǔ)上的整體的破壞形式；二是松軟地基，埋深較大的局部剪切的破壞形式；三是松軟地基，埋深較大的局部沖剪的破壞形式；四是飽和松砂在地震荷載的作用下，由于超靜孔隙水壓力上升，其有效應(yīng)力喪失，土體發(fā)生液化的破壞形式。豎直和水平荷載下的地基破壞形式有兩種類型：一是表層滑動(dòng)；二是深層滑動(dòng)。路基地基的問題能否正確處理，關(guān)系到整個(gè)的工程質(zhì)量、行車安全以及乘客的舒適性，因此其重要性是至關(guān)重要的。
2 地基處理方法的分類及應(yīng)用
根據(jù)不同類型的軟弱地基及工后沉降的要求，經(jīng)過長(zhǎng)期工程實(shí)踐和不斷總結(jié)已形成了多種類型的地基處理方法：對(duì)于淺層軟弱地基采用換填碾壓處理或換填砂墊層處理；對(duì)于深層軟基的主要地段采用袋裝砂井、塑料排水板的排水固結(jié)加預(yù)壓等處理方法；對(duì)于工后沉降要求高及路橋過渡段，根據(jù)地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)對(duì)比，采用了砂樁、碎石樁、
粉噴樁、攪拌樁、旋噴樁等多種地基處理方法；對(duì)于地震液化的粉土或粉細(xì)砂層的地基段，采用地基擠密砂樁處理方法。
由于受篇幅所限，本文僅就近年新興發(fā)展起來的現(xiàn)澆混凝土筒樁法進(jìn)行敘述，其他常規(guī)地基處理技術(shù)不再贅述。
3 高速鐵路路基基底的處理技術(shù)
3.1 現(xiàn)澆混凝土筒樁法
3.1.1 原理
筒樁根據(jù)設(shè)計(jì)的壁厚，制成由內(nèi)、外兩層鋼套管所組成的成孔器，內(nèi)外護(hù)筒間凈距等于設(shè)計(jì)的壁厚，套管上部特制的振動(dòng)錘與機(jī)械相連接，成孔器與樁尖一起振動(dòng)下沉，在成圓筒形孔的同時(shí)同步從內(nèi)筒芯自動(dòng)排出土體。在達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，從內(nèi)外筒間澆筑混凝土，通過拔管和振動(dòng)，使筒樁成型。
3.1.2 施工設(shè)備
筒樁施工機(jī)具由樁架和成孔器組成，成孔器由高頻振動(dòng)錘、夾持器、環(huán)形樁尖、混凝土受料槽、樁管（內(nèi)管、外管）及輔助設(shè)備等組成。
3.1.3 施工工藝
施工工藝流程如下：整平施工場(chǎng)地→筒樁測(cè)量放樣→樁尖預(yù)制及埋設(shè)→樁機(jī)固定就位→振動(dòng)沉管→澆注拔管→樁機(jī)移位。
3.1.4 筒樁法特點(diǎn)
筒樁是在沉管灌注樁的基礎(chǔ)上所改進(jìn)發(fā)展而成的一種新樁型，具有施工簡(jiǎn)易方便、可操作性強(qiáng)、便于施工質(zhì)量控制、造價(jià)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。
3.1.5 注意事項(xiàng)
筒樁施工順序，應(yīng)依據(jù)樁密集強(qiáng)度，自中間向兩個(gè)方向?qū)ΨQ進(jìn)行，按樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，先深后淺，先長(zhǎng)后短；成孔器與樁尖的密封要密實(shí)，嚴(yán)禁漏水、漏泥；成孔時(shí)應(yīng)觀測(cè)樁頂和地面是否存在隆起及水平位移，若發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)調(diào)整，必要時(shí)及時(shí)采取糾偏措施；當(dāng)成孔器安裝完畢之后，套上樁尖方可加壓振動(dòng)沉孔，在沉孔過程中，應(yīng)密切注視沉孔速度的變化，遇到強(qiáng)硬土層，不得過度加壓沉孔，以避免樁尖及成孔器的損壞，同時(shí)應(yīng)注意保持正常的垂直度，保持成孔器的頂部排土出口暢通無阻；混凝土澆注及抽拔管，首先要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室配合比配料，邊振動(dòng)邊抽拔時(shí)，控制抽拔的速度，防止混凝土過震，使混凝土產(chǎn)生離析，同時(shí)也要防止拔管過快，造成斷樁；混凝土的澆注中，嚴(yán)格控制好塌落度，必要時(shí)可采用混凝土輸送泵澆注，混凝土試塊每工作臺(tái)班不少于一組；沉樁開始激振時(shí)，應(yīng)保持成孔器內(nèi)孔管垂直、位置正確，成孔器得下放速度應(yīng)慢，遇地質(zhì)變化時(shí)，可根據(jù)電流值的變化及時(shí)調(diào)整，防止成孔傾斜；蓋板混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％時(shí)，即可進(jìn)入路基填筑施工。
3.1.6工程驗(yàn)收
樁身完成后須進(jìn)行單樁檢驗(yàn)，檢查樁頂標(biāo)高、中心位置、樁體垂直度、澆注混凝土試件強(qiáng)度等指標(biāo)；筒樁完成后筒壁應(yīng)完整無損，按樁數(shù)抽取1％～2％進(jìn)行筒內(nèi)的挖土觀察，并在筒壁取樣，檢查混凝土的密實(shí)性；筒樁整體混凝土灌注質(zhì)量須采用動(dòng)力測(cè)試，按現(xiàn)行小應(yīng)變測(cè)試規(guī)程執(zhí)行，因筒樁屬空心管型樁，故動(dòng)測(cè)時(shí)需要在樁體上取4 個(gè)點(diǎn)；對(duì)筒樁的承載力實(shí)驗(yàn)，采用單樁和群樁共同實(shí)驗(yàn)，采取靜載實(shí)驗(yàn)，在樁頂蓋板安裝處理后進(jìn)行；在對(duì)主要受水平荷載作用的筒樁進(jìn)行抗彎能力評(píng)價(jià)時(shí)，亦可按現(xiàn)行國家對(duì)單樁水平靜載試驗(yàn)規(guī)范的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水平推力試驗(yàn)。
4 結(jié)論
根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，在路基地基處理中應(yīng)當(dāng)做好以下幾方面工作，才能滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。一是認(rèn)真的了解地基處理對(duì)象。地基結(jié)構(gòu)物的荷載所引起的地基應(yīng)力是隨著深度的增加而減小的，最后減小趨近于零。所以，在大道一定深度的土層即為結(jié)構(gòu)物的主要受力層。在通常情況下，地基的穩(wěn)定與變形主要取決于該深度內(nèi)的土層的力學(xué)性能。若該土層的力學(xué)性能指標(biāo)不能夠滿足結(jié)構(gòu)物對(duì)地基承載能力的要求，則必須對(duì)該地基進(jìn)行處理。二是地基的處理方法選用原則。各種地基處理的方法都有各自的局限性和優(yōu)缺點(diǎn)，沒有一種方法是萬能的。具體的工程情況非常復(fù)雜、千變?nèi)f化，各個(gè)工程間地基條件差別非常大。因此，對(duì)每一具體的工程都要進(jìn)行具體細(xì)致的分析，應(yīng)從地基情況、設(shè)計(jì)要求、工程造價(jià)等多方面進(jìn)行綜合比選，達(dá)到確定相對(duì)最佳地基處理方法的目標(biāo)。在確定地基處理方法的時(shí)候，還需要注意節(jié)約能源，環(huán)境保護(hù)，避免由于地基處理而使水源產(chǎn)生污染，盡量減少振動(dòng)器等高噪聲設(shè)備對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。三是施工過程中的控制。地基處理前應(yīng)詳細(xì)了解該項(xiàng)目所在地的地基處理的類似工程的施工情況，施工前和施工過程中應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行地質(zhì)核查，大規(guī)模施工前需選擇代表性的區(qū)段進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，以確定施工工藝參數(shù)，地基處理施工完后，必須按相應(yīng)規(guī)范要求進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，滿足工程設(shè)計(jì)要求。此外還應(yīng)進(jìn)行工程總結(jié)，為以后的相似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)計(jì)者提供一定的借鑒作用。
