铁路软土路基施工技术探讨

2022-09-10

1 软土路基特征

从广义上说, 软土是指强度低、压缩性高的软弱土层, 可将其分为软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土及泥炭5种类型, 习惯上把前3种总称为软土。软土在我国滨海平原、河口三角洲、湖盆地周围及山涧谷地均有广泛分布, 其主要工程特性为:天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、灵敏度高、抗剪强度低、流变性显著。

所以, 在软弱路基设计和施工处理过程中, 必须通过详细的研究, 掌握软土的性质和土层特征 (特别是软土的强度和变形动态变化规律) , 采取合适的工程措施, 才能保证软弱路基在施工期间的稳定并控制铁路的工后沉降。

2 粉喷桩处理铁路软土地基的优点

(1) 能大幅减少加固范围内的地基沉降量, 与排水固结法相比总沉降量能减少25%~49%。

(2) 加固区域侧向位移明显减少, 与排水固结法在相同条件下相比, 侧向位移能减少60%~70%, 而且在较短时间内即趋稳定。

(3) 提高地基土的承载力, 适应快速填筑施工, 与排水固结法相比, 可以允许较高的填土速率。

(4) 采用钻头搅拌钻孔成桩, 对地基及周围建筑物扰动小, 地表下沉得到控制, 施工中振动小、噪声低, 具有良好的社会效益。

(5) 施工中无下沉坍落, 作业安全可靠;施工作业简便, 机械设备容易解决;成本低、效益高。

3 粉喷桩施工工艺

粉喷桩利用喷粉搅拌钻机钻进软弱土层, 进行土体切割搅拌, 压缩空气将粉体固化剂从钻头上的喷嘴向四周土体旋转喷射, 钻头上的叶片切割四周土体使其与固化剂搅拌混合, 胶结硬化后形成一定直径的粉喷桩体, 桩体与桩间土形成复合地基, 共同承担外部荷载。粉喷桩一般的施工工艺为如下。

(1) 对正桩位, 调整钻机机身, 保证钻杆的垂直度, 启动钻机下钻, 待搅拌钻头接近地面时, 启动空压机送气, 钻进土层。

(2) 钻到设计孔深时, 关闭送气阀门, 喷送粉体固化剂。

(3) 根据要求或试桩结果, 喷料停留一段时间, 确认粉体固化剂已到桩底时, 方可提升搅拌钻头。

(4) 提升到设计桩顶标高时, 停止喷粉。

(5) 打开送气阀, 关闭送料阀, 空压机不停机, 搅拌钻头提升到桩顶时停止提升, 在原位转动2min, 以保证桩头均匀密实。

(6) 进行二次搅拌。

(7) 将搅拌钻头提出地面, 停止主电机、空压机, 填写施工记录。

(8) 移动到下一个桩位, 继续作业。

4 施工注意事项

(1) 控制钻机下钻深度、喷粉高程及停灰而, 确保粉喷桩长度。

(2) 严禁没有粉体计量装置的喷粉机投入使用。

(3) 定时检查粉喷桩的成桩直径及搅拌均匀程度。对使用的钻头定期复核检查, 其直径磨耗量不得大于2cm。

(4) 当钻头提升至地面以下0.5m时, 喷粉机应停止喷粉。

(5) 当喷粉成桩过程中遇有故障而停止喷粉.在第二次喷粉接桩时, 其喷粉重叠长度不得小于1m。

(6) 粉喷桩施工时, 泵送水泥必须连续, 同化材料的用量以及泵送同化材料的时问应有专人记录, 其用量误差不得大于±1%。

(7) 为保证搅拌机的垂直度, 应检查起吊设备的平整度和导向架对地面的垂直度, 每工作班检查不少于2次, 使垂直度偏差不超过l%。

(8) 搅拌机喷粉提升的速度和次数必须符合预定的施工工艺要求, 搅拌机每次下沉或提升的时间应有专人记录, 深度应达到设计要求, 时问误差不得大于5S, 施工前应测量钻杆长度, 并标上明显标志, 以便掌握钻入深度, 复搅深度。施工中出现问题应及时处理、做好记录。

(9) 储灰罐容量应不小于一根桩的用灰量加50kg, 如储量不足时, 不得对下一根桩开钻施工。

(10) 粉喷桩必须根据试验确定的技术参数进行施, 操作人员应如实记录压力、喷粉量、钻进速度、提升速度、钻入深度及每根桩的钻进时问等, 监理人员应随时检查记录情况。

5 检测方法

5.1 目测法

成桩7d后, 开挖0.5m~1.0m深基坑, 测量桩位、桩间距, 目测群桩桩顶是否平齐, 有无缩颈和凹陷现象, 桩身有无水泥结块或夹泥层, 判断桩身水泥土的搅拌均匀程度, 目测法是最常用、最基本也是最简便的检测方法, 不能反映有效桩长、桩身的状态信息, 不能对桩身质量下完整结论。

5.2 截取桩段试压法

在成桩一定龄期后 (一般不少于10d) , 在现场开挖出桩体上部、桩顶以下连续截取长度等于桩径的3段桩体, 上下截面用水泥砂浆整平, 装入压力架后用压力机试压, 可测得桩身的抗压强度和变形模量, 同时也可以在桩段抗压破坏时进一步观察桩体喷粉搅拌的均匀性。

5.3 轻便动力触探法

一般是在成桩7d内, 使用轻便触探器取桩身水泥土样, 通过观察水泥土样的颜色是否一致、有无结块水泥或未拌匀的土团来检查喷粉桩搅拌均匀程度, 同时根据触探击数 (N10) 来判断桩身强度。

5.4 静力触探法

静力触探法是在成桩近期内, 通过在桩身及桩周土的不同深度进行静力触探试验, 画出桩身及原始地基的触探P-S曲线对比两者的P-S曲线形态即可直观地反映出水泥土搅拌桩桩身的均匀性, 并根据桩身的P-S值提高程度来分析桩身强度这种方法宜在成桩后近期内进行, 否则随着龄期的增长、桩身强度的提高使实施难度加大。该方法有直观、快速的特点, 但无论理论上还是实践上还需要作深入探讨, 对测试设备也须作进一步改进和完善。因此, 有关水泥搅拌桩的各种国家规范中都没有将该法列为水泥搅拌桩的质量检测方法。

5.5 钻孔取芯法

钻孔取芯法是在成桩一定龄期后通过钻孔取芯来检查桩长桩各部位的水泥含量、桩身水泥土的喷粉、搅拌均匀程度及桩身抗压强度的变化情况, 同时在取芯过程中可以进行标准贯入试验。通过观察钻孔取出芯样来判断粉喷桩桩身各部位搅拌的均匀性;再通过对桩身各段水泥土的室内无侧限抗压强度试验及标准贯入试验的标贯击数, 准确地判定桩身各段的桩身强度, 同时也可测定出桩身土样的变形指标。