樁板結(jié)構(gòu)技術(shù)于高速鐵路施工中的應(yīng)用

梁光榮

1 工程概況

鄭州—西安鐵路客運(yùn)專線為雙線鐵路,線間距5m,設(shè)計(jì)行車速度350km/h,設(shè)計(jì)樁板結(jié)構(gòu)位于DK206+643.04～DK206+724.79,全長81.75m。一側(cè)銜接凹上大橋、一側(cè)銜接復(fù)合地基換填路塹。上覆第四系全系統(tǒng),第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土(松軟土、軟土)、粘質(zhì)黃土;下伏基巖為震旦系下統(tǒng)馬家河組輝石安山巖、砂巖、燕山期侵入巖石英閃長玢巖,地下水對(duì)混凝土無侵蝕性。

2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造及基本要求

1)鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土樁基和上部鋼筋混凝土托梁、鋼筋混凝土承臺(tái)板組成,鋼筋混凝土承臺(tái)與無砟軌道底座基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋門形鋼筋相連接。2)本段鋼筋混凝土承臺(tái)板采用1塊“4.588 m”和3塊“3×8.72 m”的板結(jié)構(gòu)形式,板厚均為0.8m,板寬2×4.99m。3)樁基采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,樁直徑1.0m,按端承樁設(shè)計(jì),要求樁嵌入穩(wěn)定基巖不小于3m,樁端基巖飽和抗壓強(qiáng)度不小于5 MPa。采用C35混凝土灌注,樁沿線路方向布置兩排。4)每排樁頂均設(shè)置托梁一片,8.72 m跨度的托梁尺寸為:長×寬×高=10.4 m×1.3 m×1.0m,與搭板連接處托梁尺寸為:長×寬×高=10.4 m×1.3 m×1.0m。5)鋼筋混凝土承臺(tái)板板與板之間連接處設(shè)伸縮縫(如圖1所示20mm處)。6)為減少軌面標(biāo)高下的地基負(fù)摩擦作用,樁基施工前對(duì)DK206+643.04～DK206+724.79段路塹軌面標(biāo)高下地基采用沖擊碾壓追加壓密,然后加鋪0.4厚灰土墊層,頂面設(shè)0.1 m C25混凝土填筑。

3 施工工藝

3.1 工藝原理

樁板結(jié)構(gòu)路基是高速鐵路無砟軌道的一種新的結(jié)構(gòu)形式,它由下部鋼筋混凝土樁基與上部鋼筋混凝土承載板組成,承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接,綜合了板式無砟軌道或雙塊式軌枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)與樁基礎(chǔ)各自的特點(diǎn),充分利用樁—板—土三者之間的共同作用原理來滿足無砟軌道的強(qiáng)度和沉降變形的要求。

3.2 工藝流程

路塹開挖→沖擊碾壓→平整場地→灰土層施工→樁基施工→混凝土墊層施工→托梁施工→承臺(tái)板施工。

3.3 施工應(yīng)用

1)測量放樣路塹中、邊樁,橫向分臺(tái)階開挖并同時(shí)做好各級(jí)開挖斷面的橫向、縱向臨時(shí)排水坡。由于不能跟進(jìn)施工骨架護(hù)坡,機(jī)械刷坡時(shí)邊坡預(yù)留了約30cm厚保護(hù)土層,開挖深度則控制在承臺(tái)板底部標(biāo)高+50cm位置。2)抽取表層以下50cm處土樣進(jìn)行含水量試驗(yàn),通過晾曬或?yàn)⑺怪_(dá)到最佳含水量±2%以內(nèi)方可施工沖擊碾壓。現(xiàn)場試驗(yàn)確定采用參數(shù)為靜態(tài)壓實(shí)能25 kN?m的沖擊碾壓錘、行駛速度13 km/h。由外向內(nèi)轉(zhuǎn)圈沖擊碾壓8遍后,使用推土機(jī)平整,再用25 t壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)、靜壓各一遍,檢測絕大部分范圍土體已達(dá)到Ev2≥45 MPa、壓實(shí)系數(shù)不小于0.97。3)二八灰土采用7天前充分消解的石灰以及硫酸鹽含量小于0.8%、有機(jī)質(zhì)含量小于5%的細(xì)粒黃土,改良拌和在改良土拌合站場拌完成,拌合料應(yīng)盡可能達(dá)到最佳含水量或少許偏大,并盡量從拌和至攤平碾壓間的中間時(shí)間。其質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)與施工密切配合。一次性通過質(zhì)量檢驗(yàn),K30≥90MPa/m、壓實(shí)系數(shù)K≥0.92、基本承載力不小于180kPa。4)研究表明,樁板結(jié)構(gòu)的樁基加深了路基的動(dòng)力影響范圍,改善了路基土體部分的受力狀態(tài),樁底持力層受動(dòng)力影響較大。而且此樁板結(jié)構(gòu)每個(gè)托梁下的一對(duì)樁基分別位于左右線路中心,非群樁結(jié)構(gòu),因此每根樁的作用都極其重大。5)樁基樁身完整性檢測完畢后,澆筑托梁下混凝土墊層。控制墊層頂面位置時(shí)要注意保證樁頭嵌入托梁10cm以上。施作墊層時(shí)污染樁頭的混凝土和其他雜物必須在綁扎托梁鋼筋前全部清理完畢。6)樁板結(jié)構(gòu)托梁與公路橋梁中的蓋梁內(nèi)外結(jié)構(gòu)均極其相似,只需注意預(yù)埋托梁與承臺(tái)板間連接的預(yù)埋筋即可。7)承臺(tái)板之間同樣在邊跨處存在縱向連接,且承臺(tái)板布筋很密,控制其間距以及保證混凝土保護(hù)層任務(wù)便是重中之重了,注意主筋的連接應(yīng)采用閃光對(duì)焊。

3.4 質(zhì)量保障

表1 樁板的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法

1)模板及支架的材料質(zhì)量及結(jié)構(gòu)必須符合施工工藝設(shè)計(jì)要求。2)模板安裝必須穩(wěn)固牢靠,接縫嚴(yán)密,不得漏漿。模板與混凝土的接觸面必須清理干凈并涂刷隔離劑。澆筑混凝土前,模型內(nèi)的積水和雜物應(yīng)清理干凈。3)鋼筋原材料、加工、連接和安裝必須符合規(guī)范規(guī)定。4)混凝土原材料、配合比設(shè)計(jì)和施工的檢驗(yàn)必須符合規(guī)范規(guī)定。5)樁板的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量及檢驗(yàn)方法應(yīng)符合表1規(guī)定。

3.5 同地質(zhì)條件下與CFG樁比較

同地質(zhì)條件下與CFG樁處理路基的主要工程量比較見表2。

表2 同地質(zhì)條件下與CFG樁處理路基的工程量比較

4 結(jié)語

樁板結(jié)構(gòu)其實(shí)就是土石方工程、樁基工程、鋼筋混凝土及模板工程的巧妙組合,這其中的每一項(xiàng)也都是十分成熟的施工技術(shù),其所需要的機(jī)械設(shè)備也是非常普及甚至可以說是每個(gè)綜合項(xiàng)目現(xiàn)場必備的,一般不必另外購置或租賃,因此在了解其施工組織要點(diǎn)后配以適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量控制,順利完成施工任務(wù)難度并不大。而在路基、橋梁、樁板結(jié)構(gòu)的沉降觀測數(shù)據(jù)的對(duì)比中,樁板結(jié)構(gòu)沉降曲線與橋梁沉降曲線更為接近,從這點(diǎn)看,它已可區(qū)別于傳統(tǒng)意義的路基而作為剛性結(jié)構(gòu)存在,其穩(wěn)固性自然不言而喻。

在高速鐵路大行其道的今天,要攻克質(zhì)量等級(jí)高、工期要求緊等等容易顧此失彼的難點(diǎn)路基地段,樁板結(jié)構(gòu)以其承載特性和動(dòng)力性能良好,且具有較好的經(jīng)濟(jì)性,目前已可適用于新建客運(yùn)專線無砟軌道鐵路中的工程地質(zhì)條件復(fù)雜的低路堤和路塹地段以及兩橋(隧)之間短路基、道岔區(qū)路基等特殊地段軟弱地基加固,同時(shí)也可用于已建路堤的補(bǔ)強(qiáng)加固,不失為一項(xiàng)值得推廣及擴(kuò)展使用范圍的路基施工技術(shù)。

[1]詹永祥.高速鐵路無碴軌道樁板結(jié)構(gòu)路基模型試驗(yàn)研究[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2007(4):54-56.

[2]續(xù)海龍.京津城際無碴軌道施工關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].山西建筑,2008,34(15):262-263.