旋噴樁在重載既有鐵路路肩加固加寬中的應用

聶耀俊

1 工程概況

神朔鐵路西起陜西省神木縣大柳塔鎮,北與包神鐵路相連,南與神延鐵路相連,東至山西省朔州市,與北同蒲線接軌,在神池南與朔黃線相連,正線全長265.6 km。神朔鐵路為國家Ⅰ級電氣化重載鐵路,是我國繼大秦鐵路之后的第二條西煤東運大通道,主要承擔神府、東勝煤田的煤炭外運任務。神朔鐵路從1996年7月1日開通,已經安全運營多年。隨著神朔鐵路運量的逐年增加,沿線設施均有各類不同程度病害出現,路基邊坡有多處損毀,對行車安全構成了一定威脅。為保證神朔鐵路萬噸重載列車的安全開行,決定對全線路基進行加固整治整修。本文就神朔鐵路K158+118～K151+464段路堤路肩加固設計及施工做簡要介紹。

2 路肩加固設計

2.1 加固加寬原則

隨著神朔線萬噸列車的開行,為了確保行車及人身安全,對全線路基路肩進行了加固加寬整治,基本要求是：1)路肩加寬至1.5 m,全部采用C30混凝土硬化。2)全線在路肩兩側安設防護網封閉。3)軌道高度執行現行的國家Ⅰ線重載線路標準,以既有軌面高程為基準計算路肩高程。基本原則是爭取做到一次性根治,不留后患,確保行車及人身安全。土擠密樁。成孔時,樁孔部位的土被側向擠出,從而使樁間土得到擠密;另一方面,樁體材料石灰和土之間產生一系列物理和化學反應,凝結成一定強度的樁體。適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基,可處理地基的深度為5 m～15m。當以消除地基土的濕陷性為主要目的時,宜選用土擠密樁法。當以提高地基土的承載力或增強其水穩性為主要目的時,宜選用灰土擠密樁法。當地基土的含水量大于24%、飽和度大于65%時,不宜選用灰土擠密樁法或土擠密樁法。

高壓噴射注漿法是指用高壓水泥漿通過鉆桿由水平方向的噴嘴噴出,形成噴射流,以此切割土體并與土拌和形成水泥土加固體的地基處理方法。適用于處理淤泥、淤泥質土、流塑、軟塑可塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基,可用于既有建筑和新建建筑地基加固,深基坑、地鐵等工程的土層加固或防水[1]。

根據本工程的地質特點和施工環境特點,結合上述工法的適用范圍,確定采用高壓噴射注漿法作為本工程的主要加固措施。

2.3 設計方案

2.2 方案比選

為選擇合理經濟的加固方案,對水泥粉煤灰碎石樁法、水泥土攪拌法、灰土擠密樁法和土擠密樁法、高壓噴射注漿法進行方案比選。

CFG樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成的高粘結強度樁,和樁間土、褥墊層一起組成復合地基,適用于處理黏性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土等地基。

水泥土攪拌法分為深層攪拌法(濕法)和粉體噴攪法(干法)。其是通過特制的深層攪拌機械,在地基中就地將土體和固化劑強制拌和,使土體硬結成具有整體性、水穩性和足夠強度的地基土。水泥土攪拌法適用于處理正常固結的淤泥與淤泥質土、有機質土、粉土、飽和黃土、素填土、塑性指數大于 25的黏性土以及無流動地下水的飽和松散砂土等地基。當地基土的天然含水量小于3%(黃土含水量小于25%)、大于70%或地下水的pH＜4時不宜采用此法。水泥土攪拌法用于處理泥炭土、黏土,灰土擠密樁法和土擠密樁法是用沉管、沖擊或爆炸等方法在地基中擠土,形成直徑為28 cm～60 cm樁孔,然后向孔內夯填素土或灰土(所謂灰土,是將不同比例的生石灰和土摻和而形成),形成土擠密樁或灰

旋噴樁直徑為60 cm,靠路堤路肩邊布置,共1排,樁中心間距1.2 m。接觸網桿處旋噴樁加密布置,樁間距為0.6 m,即樁與樁間不留空隙,每處接觸網桿增加2根旋噴樁。

旋噴樁每延米水泥用量不得小于220 kg,水泥漿液的水灰比為1∶1,水泥采用強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥,外加劑采用NNO(亞甲基二萘磺酸鈉)0.5%以及711型速凝劑0.3%。

3 施工工藝及質量控制

3.1 施工工藝及質量控制要點

旋噴樁正式施工前必須試樁,試樁數量不少于2根,以查明旋噴樁固結體的強度和直徑,驗證設計可靠性和安全度,確定各項施工參數。

旋噴樁設計施工參數：噴射壓力13 MPa～20 MPa,噴嘴孔徑2.5 mm,噴嘴流量 80 L/min～90 L/min,提升速度 16 cm/min～20 cm/min,旋轉速度20 r/min～22 r/min。

旋噴樁施工必須保證上排旋噴樁中心與線路中心距離為4.5 m,因個別接觸網桿與線路中心距離大于4.5 m時,可視情況局部調整旋噴樁與線路之間的距離,但路肩擋墻外邊必須保持圓順。

按設計要求定孔位→導孔鉆機就位→旋噴機下放二重管→噴射成樁→回灌。施工質量控制要點主要如下：

1)鉆機就位準確,樁中心垂直度不大于1%,樁心偏移小于50 mm。鉆機施工挖平臺土時必須做好路肩防護,鉆機不得侵陷,并保證鉆機平穩。2)導孔時,根據地層情況及時調整循環護壁泥漿液的濃度,保證成孔質量。若確實成不了孔,可以先從地面預注漿穩定地層,后導孔。3)施工中嚴格控制旋噴參數,如鉆桿提升速度、水泥漿濃度、高壓泥漿泵壓力、氣壓和氣量、漿液流量,保證噴射樁體的強度和均勻性。4)返漿正常與否對樁體質量影響很大。若返漿量不正常,要分析原因,采取復噴或調整旋噴參數;若漏漿嚴重,必須停止旋噴,用水泥漿或水泥和水玻璃雙液漿灌入以穩定該處地層,確保加固質量。5)旋噴樁施工完成時在樁頭插入鋼筋進行加強。鋼筋采用直徑22 mm螺紋鋼,沿樁周長均勻布置,間距20 cm,鋼筋保護層不小于 4 cm,鋼筋插入深度3.0 m。6)旋噴結束后1 d內,由于漿體凝固樁頂出現下沉,應用漿液進行回灌,保證樁體標高。7)旋噴樁破樁頭后,上排旋噴樁破樁頭鋼筋與片石混凝土擋墻砌為一體。

3.2 質量檢查

施工前必須通過現場旋噴試驗,了解設計采用的旋噴參數和漿液配方是否合適,固結體質量是否能達到設計要求。

施工過程中,可以定性地通過觀測旋噴返漿情況,判斷樁體連續性和均勻性。通過返漿體的強度可以推測樁體的強度,根據室內實驗和工程資料,同齡期的旋噴樁體強度與返漿體強度相似。施工中取3組7 d齡期的返漿體試塊,檢測其平均單軸抗壓強度。

施工后,待漿液凝固具有一定強度后,可通過開挖精確檢驗固結體垂直度、樁徑大小和固結形狀。

3.3 混凝土路肩墻

在樁基檢查合格后,清底、立模,澆筑100 cm高、150 cm寬的C30混凝土路肩墻。路肩墻頂面設4%向外的排水坡。路肩墻外側安裝防護網。

4 結語

隨著神朔鐵路萬噸列車的開行,鐵路沿線的列車運行及人身安全就越來越重要,為了確保沿線工作人員及行車的安全,采用旋噴樁加固加寬路肩并安放防護網是可行的。其工藝簡潔、實用,效果良好,具有推廣使用之價值。

[1]JGJ 79-2002,建筑地基處理技術規范[S].

[2]彭 斌.高速公路加寬工程路堤結合部及地基處理探討[J].山西建筑,2008,34(14)：310-311.