樁板結構技術于高速鐵路施工中的應用

梁光榮

1 工程概況

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

2 結構構造及基本要求

1)鋼筋混凝土樁板結構由鋼筋混凝土樁基和上部鋼筋混凝土托梁、鋼筋混凝土承臺板組成,鋼筋混凝土承臺與無砟軌道底座基礎結構通過預埋門形鋼筋相連接。2)本段鋼筋混凝土承臺板采用1塊“4.588 m”和3塊“3×8.72 m”的板結構形式,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,按端承樁設計,要求樁嵌入穩定基巖不小于3m,樁端基巖飽和抗壓強度不小于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)鋼筋混凝土承臺板板與板之間連接處設伸縮縫(如圖1所示20mm處)。6)為減少軌面標高下的地基負摩擦作用,樁基施工前對DK206+643.04～DK206+724.79段路塹軌面標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0.1 m C25混凝土填筑。

3 施工工藝

3.1 工藝原理

樁板結構路基是高速鐵路無砟軌道的一種新的結構形式,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構連接,綜合了板式無砟軌道或雙塊式軌枕埋入式無砟軌道結構與樁基礎各自的特點,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→承臺板施工。

3.3 施工應用

1)測量放樣路塹中、邊樁,橫向分臺階開挖并同時做好各級開挖斷面的橫向、縱向臨時排水坡。由于不能跟進施工骨架護坡,機械刷坡時邊坡預留了約30cm厚保護土層,開挖深度則控制在承臺板底部標高+50cm位置。2)抽取表層以下50cm處土樣進行含水量試驗,通過晾曬或灑水使之達到最佳含水量±2%以內方可施工沖擊碾壓。現場試驗確定采用參數為靜態壓實能25 kN?m的沖擊碾壓錘、行駛速度13 km/h。由外向內轉圈沖擊碾壓8遍后,使用推土機平整,再用25 t壓路機進行振動、靜壓各一遍,檢測絕大部分范圍土體已達到Ev2≥45 MPa、壓實系數不小于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%、有機質含量小于5%的細粒黃土,改良拌和在改良土拌合站場拌完成,拌合料應盡可能達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間。其質量檢驗應與施工密切配合。一次性通過質量檢驗,K30≥90MPa/m、壓實系數K≥0.92、基本承載力不小于180kPa。4)研究表明,樁板結構的樁基加深了路基的動力影響范圍,改善了路基土體部分的受力狀態,樁底持力層受動力影響較大。而且此樁板結構每個托梁下的一對樁基分別位于左右線路中心,非群樁結構,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要注意保證樁頭嵌入托梁10cm以上。施作墊層時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)樁板結構托梁與公路橋梁中的蓋梁內外結構均極其相似,只需注意預埋托梁與承臺板間連接的預埋筋即可。7)承臺板之間同樣在邊跨處存在縱向連接,且承臺板布筋很密,控制其間距以及保證混凝土保護層任務便是重中之重了,注意主筋的連接應采用閃光對焊。

3.4 質量保障

表1 樁板的允許偏差、檢驗數量及檢驗方法

1)模板及支架的材料質量及結構必須符合施工工藝設計要求。2)模板安裝必須穩固牢靠,接縫嚴密,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,模型內的積水和雜物應清理干凈。3)鋼筋原材料、加工、連接和安裝必須符合規范規定。4)混凝土原材料、配合比設計和施工的檢驗必須符合規范規定。5)樁板的允許偏差、檢驗數量及檢驗方法應符合表1規定。

3.5 同地質條件下與CFG樁比較

同地質條件下與CFG樁處理路基的主要工程量比較見表2。

表2 同地質條件下與CFG樁處理路基的工程量比較

4 結語

樁板結構其實就是土石方工程、樁基工程、鋼筋混凝土及模板工程的巧妙組合,這其中的每一項也都是十分成熟的施工技術,其所需要的機械設備也是非常普及甚至可以說是每個綜合項目現場必備的,一般不必另外購置或租賃,因此在了解其施工組織要點后配以適當的質量控制,順利完成施工任務難度并不大。而在路基、橋梁、樁板結構的沉降觀測數據的對比中,樁板結構沉降曲線與橋梁沉降曲線更為接近,從這點看,它已可區別于傳統意義的路基而作為剛性結構存在,其穩固性自然不言而喻。

在高速鐵路大行其道的今天,要攻克質量等級高、工期要求緊等等容易顧此失彼的難點路基地段,樁板結構以其承載特性和動力性能良好,且具有較好的經濟性,目前已可適用于新建客運專線無砟軌道鐵路中的工程地質條件復雜的低路堤和路塹地段以及兩橋(隧)之間短路基、道岔區路基等特殊地段軟弱地基加固,同時也可用于已建路堤的補強加固,不失為一項值得推廣及擴展使用范圍的路基施工技術。

[1]詹永祥.高速鐵路無碴軌道樁板結構路基模型試驗研究[J].西南交通大學學報,2007(4):54-56.

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