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摘要:通过介绍高铁路基病害现象情况及产生的原因分析,提出路基加固方案,即采用路基坡脚设置小直径水泥桩及花管注浆的施工工艺,并简述注浆压力等关键参数的确定方法,详述施工过程和注意事项,说明治理效果。工程实践表明:运营高铁病害路基采用注浆加固技术,可保证基床稳定,能彻底消除病害,为高铁病害路基的治理提供借鉴。
关键词:工程实践;路基加固;水泥桩;花管注浆
路基工程的施工质量对轨道结构的平顺性及行车安全影响很大,为了保证高铁路基有较好的力学性能和长期稳定性,已将高铁路基作为土工结构物工程对待,并对路基的填料质量、压实标准及检测方法等方面提出了严格的要求。路基在填筑完成交付运营后一旦出现变形,将直接危害行车安全。
1.路基病害现象及产生的原因分析
杭深铁路是我国较早交付运营的高铁之一,地处东部沿海地带,地形地貌较为复杂,桥隧比例较高。列车运营的半年内,官山顶隧道至田螺大桥过渡段在春季连续降雨后出现局部沉降,最大下沉量达8cm,下沉长度达20m。造成桥头椎体及台后路基边坡开裂、下沉,线路道床增高,线路水平、方向几何尺寸难以保持,严重危及列车的运输安全。
经现场分析及施工过程调查,主要原因是半填半挖路基填筑工艺不规范,填方地段碾压不密实,且下边坡没有设计挡土墙;在列车荷载动应力作用下,路基产生不均匀沉降,近期连续受暴雨冲刷,地表水下渗,加速路基变形。
2.路基加固方案
由于路基在填筑过程中碾压不密实,造成路基基床及本体内部土颗粒间联结力较差,形成散粒状结构。为确保被加固土体在平面和深度范围内与稳定路基连成一个整体,提出如下加固方案:
2.1路基坡脚设置小直径水泥桩,用于抵抗路基边坡下滑产生的剪力。
具体措施:从隧道至大桥由浅到深,在路基坡脚边缘设置?7.5cm水泥桩,桩底打入弱风化花岗岩下1.0m为止,桩内设4根?25mm螺纹钢,以增加水泥桩的抗剪能力;并在桩顶处沿群桩长度方向设置35cm×30cm的截面梁,使群桩整体受力,以防止路基填料下滑和渗流。
2.2花管注浆。在一定压力作用下对路基边坡内的空洞、裂隙进行充填,并逐步增加压力,使土体均匀性增加,以提高路基的强度和防渗能力。
具体措施:采用地质钻机垂直坡面打入路基本体内,钻孔深度2~20m,打入到原地面土层为止,平行于路基中心线方向桩间距为1.5m,垂直于路基中心线方向(路肩到路基坡角)桩间距2m,呈梅花型布置,施工顺序从隧道到大桥由浅到深。
3.注浆压力的确定
注浆压力控制的好坏是注浆成败的关键。提高注浆压力有利于浆液扩散,但是压力超过边界条件允许的范围,会导致地面和结构物的变形和破坏。因此,注浆压力应控制在边界条件允许的最大值范围内。
无附加压重条件下,注浆压力按如下公式计算:
[Pe]=P0+mH
式中: [Pe]---允许注浆压力,KPa;
P0---地面段允许注浆压力,KPa;
m---注浆每加深1m允许增加的压力值, KPa/m;
H---注浆段深度,m。
地面段允许注浆压力可以通过试验获得,也可以根据经验公式确定。一般情况下,最大允许注浆压力约等于1~2倍覆盖层土压力。
4.加固工程施工
4.1施工准备工作
(1)施工便道与拌合场地
由于施工区域铁路左侧在山坡上,其坡角位于海湾区,考虑到施工机械和物资材料的进场以及施工拌合用地,须在山坡上平整出一块约10×30(m)的临时平台,用于安放拌和设备及施工原材料;并有通行的便道。便道应平缓,用于搬运设备和材料。
(2)施工用水用电
经现场调查,施工场地无可靠的供电设施,需采用1台200KW发电机供电;施工区域用水困难,需从隧道集水井里引出可靠水源,禁用海水。
(3)施工平台
在路基左侧边坡上用碗口脚手架搭桩机停放平台,长×宽=20×6(m),平台顶部高程与路肩平齐。平台上满铺木板,用于钻机引孔和花管注浆施工。桩机吊上平台,在平台上纵向、横向移动桩机进行钻孔注浆施工。
(4) 施工设备
根据有线加固的施工特点和施工计划,需要如下设备进场:
① 水泥桩施工设备:GPB-90WD型高压注浆泵2台,XY-100型引孔钻机2台;
② 路基本体注浆设备:MG50型花管机及3kW搅浆泵各两台;
③ 供电设备:160A发电机1台。
4.2 注浆材料及施工参数的确定
(1)注浆材料:采用PO.42.5普通硅酸盐水泥,水泥桩的水灰比控制在0.6~0.75,比重控制在1.60;路基注浆料的水灰比控制在0.75~1。
水泥桩施工参数:喷嘴直径为2.6mm(4个),注浆管直径为2cm,注浆压力≯3.0MPa,浆液流量控制在10~15L/min,水泥用量≮50kg/m。
路基边坡注浆施工參数:花管采用外径为25mm的钢管,能够承受的最大压力为3.0MPa。注浆孔开孔处管外紧箍橡胶套,覆盖注浆孔。钢管的底端用土工布等包紧扎死,防止封壳料进入钢管。水泥用量按100kg/m控制,注浆流量控制在10~14L/min,注浆压力根据注浆深度而定,10m以内注浆压力达到0.5Mpa,持续注浆10 min;10m以上注浆压力达到0.2Mpa,也持续注浆10 min。
4.3 施工注意事项
① 钻机就位时机座要平稳、立轴或转盘与孔位对正,倾角与设计误差不应大于规范要求。钻机开钻前必须调平,以机架两边索吊线锤平行机架为准;钻进过程中,若钻机下陷倾斜,应及时调整。
② 严格控制配合比,水泥浆要搅拌均匀,保证搅拌时间。
③ 水泥桩钻孔到预定深度后,将4根钢筋围成圈状,中间用长度为20cm 的PPC管架空,间距≯2m,插入到预定深度,再将带有喷射头的注浆管从钢筋圈中心埋至孔底。为防止泥砂堵塞喷嘴,可边射水、边插管,水压一般不≯1.5MPa;若压力过高,易导致孔壁射塌。开动注浆泵开始注浆,待注浆压力达到要求后,即可开始提升注浆管,自下而上喷射注浆。
④ 保证注浆泵压力平稳,如压力增大,则应提拔注浆管,以免影响到路基整体稳定性;如压力突然变小应检查注浆机运行性能是否完好,以免影响注浆质量。
⑤ 施工前要在路肩布置沉降观测点,每次注浆前后观测一次,并在注浆过程中对线路轨面标高进行实时监控,发现异常立即停止施工并采取相应措施。
4.4 加固治理效果
病害段路基通过上述方案加固后,恢复了排水、护锥等设施的功能,通过沉降观测,路基已稳定,轨道几何尺寸得以保持,病害彻底消除。
5.结语
在运营高铁路基出现病害时,采用注浆加固技术进行治理,既不影响行车秩序,又无需使用重型碾压设备,治理后路基基床土的物理力学性能可满足有碴轨道线路的平顺要求,基床稳定,排水效果良好。■
参考文献
[1]王星华,地基处理与加固[M].长沙:中南大学出版社,2003.
[2]宁教练.高速铁路路基基底处理与加固技术[J]. 科技情报开发与经济,2011,21(10):226-228.
[3]刘宝兴.中国铁路深路堑坍方的现状及应急抢通对策[J]]. 铁道工程学报,1996,50(2):163-168.
[4]薄绍学. 复合地基加固处理措施在湿陷性黄土高速铁路路基中的应用[J]. 科技咨询,2008,35 (12):106-107.
[5]刘宝兴. 广深准高速铁路既有线基床加固补强技术研究[J]. 铁道工程学报,1996, 50 (2):300-306.
关键词:工程实践;路基加固;水泥桩;花管注浆
路基工程的施工质量对轨道结构的平顺性及行车安全影响很大,为了保证高铁路基有较好的力学性能和长期稳定性,已将高铁路基作为土工结构物工程对待,并对路基的填料质量、压实标准及检测方法等方面提出了严格的要求。路基在填筑完成交付运营后一旦出现变形,将直接危害行车安全。
1.路基病害现象及产生的原因分析
杭深铁路是我国较早交付运营的高铁之一,地处东部沿海地带,地形地貌较为复杂,桥隧比例较高。列车运营的半年内,官山顶隧道至田螺大桥过渡段在春季连续降雨后出现局部沉降,最大下沉量达8cm,下沉长度达20m。造成桥头椎体及台后路基边坡开裂、下沉,线路道床增高,线路水平、方向几何尺寸难以保持,严重危及列车的运输安全。
经现场分析及施工过程调查,主要原因是半填半挖路基填筑工艺不规范,填方地段碾压不密实,且下边坡没有设计挡土墙;在列车荷载动应力作用下,路基产生不均匀沉降,近期连续受暴雨冲刷,地表水下渗,加速路基变形。
2.路基加固方案
由于路基在填筑过程中碾压不密实,造成路基基床及本体内部土颗粒间联结力较差,形成散粒状结构。为确保被加固土体在平面和深度范围内与稳定路基连成一个整体,提出如下加固方案:
2.1路基坡脚设置小直径水泥桩,用于抵抗路基边坡下滑产生的剪力。
具体措施:从隧道至大桥由浅到深,在路基坡脚边缘设置?7.5cm水泥桩,桩底打入弱风化花岗岩下1.0m为止,桩内设4根?25mm螺纹钢,以增加水泥桩的抗剪能力;并在桩顶处沿群桩长度方向设置35cm×30cm的截面梁,使群桩整体受力,以防止路基填料下滑和渗流。
2.2花管注浆。在一定压力作用下对路基边坡内的空洞、裂隙进行充填,并逐步增加压力,使土体均匀性增加,以提高路基的强度和防渗能力。
具体措施:采用地质钻机垂直坡面打入路基本体内,钻孔深度2~20m,打入到原地面土层为止,平行于路基中心线方向桩间距为1.5m,垂直于路基中心线方向(路肩到路基坡角)桩间距2m,呈梅花型布置,施工顺序从隧道到大桥由浅到深。
3.注浆压力的确定
注浆压力控制的好坏是注浆成败的关键。提高注浆压力有利于浆液扩散,但是压力超过边界条件允许的范围,会导致地面和结构物的变形和破坏。因此,注浆压力应控制在边界条件允许的最大值范围内。
无附加压重条件下,注浆压力按如下公式计算:
[Pe]=P0+mH
式中: [Pe]---允许注浆压力,KPa;
P0---地面段允许注浆压力,KPa;
m---注浆每加深1m允许增加的压力值, KPa/m;
H---注浆段深度,m。
地面段允许注浆压力可以通过试验获得,也可以根据经验公式确定。一般情况下,最大允许注浆压力约等于1~2倍覆盖层土压力。
4.加固工程施工
4.1施工准备工作
(1)施工便道与拌合场地
由于施工区域铁路左侧在山坡上,其坡角位于海湾区,考虑到施工机械和物资材料的进场以及施工拌合用地,须在山坡上平整出一块约10×30(m)的临时平台,用于安放拌和设备及施工原材料;并有通行的便道。便道应平缓,用于搬运设备和材料。
(2)施工用水用电
经现场调查,施工场地无可靠的供电设施,需采用1台200KW发电机供电;施工区域用水困难,需从隧道集水井里引出可靠水源,禁用海水。
(3)施工平台
在路基左侧边坡上用碗口脚手架搭桩机停放平台,长×宽=20×6(m),平台顶部高程与路肩平齐。平台上满铺木板,用于钻机引孔和花管注浆施工。桩机吊上平台,在平台上纵向、横向移动桩机进行钻孔注浆施工。
(4) 施工设备
根据有线加固的施工特点和施工计划,需要如下设备进场:
① 水泥桩施工设备:GPB-90WD型高压注浆泵2台,XY-100型引孔钻机2台;
② 路基本体注浆设备:MG50型花管机及3kW搅浆泵各两台;
③ 供电设备:160A发电机1台。
4.2 注浆材料及施工参数的确定
(1)注浆材料:采用PO.42.5普通硅酸盐水泥,水泥桩的水灰比控制在0.6~0.75,比重控制在1.60;路基注浆料的水灰比控制在0.75~1。
水泥桩施工参数:喷嘴直径为2.6mm(4个),注浆管直径为2cm,注浆压力≯3.0MPa,浆液流量控制在10~15L/min,水泥用量≮50kg/m。
路基边坡注浆施工參数:花管采用外径为25mm的钢管,能够承受的最大压力为3.0MPa。注浆孔开孔处管外紧箍橡胶套,覆盖注浆孔。钢管的底端用土工布等包紧扎死,防止封壳料进入钢管。水泥用量按100kg/m控制,注浆流量控制在10~14L/min,注浆压力根据注浆深度而定,10m以内注浆压力达到0.5Mpa,持续注浆10 min;10m以上注浆压力达到0.2Mpa,也持续注浆10 min。
4.3 施工注意事项
① 钻机就位时机座要平稳、立轴或转盘与孔位对正,倾角与设计误差不应大于规范要求。钻机开钻前必须调平,以机架两边索吊线锤平行机架为准;钻进过程中,若钻机下陷倾斜,应及时调整。
② 严格控制配合比,水泥浆要搅拌均匀,保证搅拌时间。
③ 水泥桩钻孔到预定深度后,将4根钢筋围成圈状,中间用长度为20cm 的PPC管架空,间距≯2m,插入到预定深度,再将带有喷射头的注浆管从钢筋圈中心埋至孔底。为防止泥砂堵塞喷嘴,可边射水、边插管,水压一般不≯1.5MPa;若压力过高,易导致孔壁射塌。开动注浆泵开始注浆,待注浆压力达到要求后,即可开始提升注浆管,自下而上喷射注浆。
④ 保证注浆泵压力平稳,如压力增大,则应提拔注浆管,以免影响到路基整体稳定性;如压力突然变小应检查注浆机运行性能是否完好,以免影响注浆质量。
⑤ 施工前要在路肩布置沉降观测点,每次注浆前后观测一次,并在注浆过程中对线路轨面标高进行实时监控,发现异常立即停止施工并采取相应措施。
4.4 加固治理效果
病害段路基通过上述方案加固后,恢复了排水、护锥等设施的功能,通过沉降观测,路基已稳定,轨道几何尺寸得以保持,病害彻底消除。
5.结语
在运营高铁路基出现病害时,采用注浆加固技术进行治理,既不影响行车秩序,又无需使用重型碾压设备,治理后路基基床土的物理力学性能可满足有碴轨道线路的平顺要求,基床稳定,排水效果良好。■
参考文献
[1]王星华,地基处理与加固[M].长沙:中南大学出版社,2003.
[2]宁教练.高速铁路路基基底处理与加固技术[J]. 科技情报开发与经济,2011,21(10):226-228.
[3]刘宝兴.中国铁路深路堑坍方的现状及应急抢通对策[J]]. 铁道工程学报,1996,50(2):163-168.
[4]薄绍学. 复合地基加固处理措施在湿陷性黄土高速铁路路基中的应用[J]. 科技咨询,2008,35 (12):106-107.
[5]刘宝兴. 广深准高速铁路既有线基床加固补强技术研究[J]. 铁道工程学报,1996, 50 (2):300-306.