鐵路軟基處理與水泥攪拌樁技術分析

摘要：隨著社會經濟水平的提高，社會諸多領域都取得了較大進步，各種運輸業(yè)在經濟力量的推動下逐步發(fā)展起來，作為城市建設的重要組成部分，我國的鐵路運輸事業(yè)也在一定時期、一定范圍內得到了迅猛發(fā)展。鐵路網建設與自然環(huán)境和社會環(huán)境是分不開的，軟弱地基作為鐵路建設施工的難點，成為影響鐵路地基建設的重要因素。在科技水平大幅度提升的社會背景下，由于水泥攪拌樁具有經濟性、適用性、無污染性以及加固效果好等特點，成為處理軟土地基的重要手段和方法，常被廣泛應用于鐵路地基的基礎處理。本文將對鐵路地基處理以及水泥攪拌樁處理技術從施工準備、設備進場、施工參數(shù)確定和施工工藝等方面進行重點闡述，并采用鉆孔取芯法、輕型動力觸探和荷載試驗對工程質量進行檢驗。

關鍵詞：鐵路地基；軟弱路基；水泥攪拌樁；荷載試驗

1引言

經濟是社會發(fā)展的決定性力量，是一切事物賴以生存和前進的根基，對社會各行各業(yè)的進步與發(fā)展都起到了一定程度的推動作用，受經濟全球化的影響，我國的社會經濟和科學技術在短暫時期內取得了突破性的進展。鐵路運輸事業(yè)作為運輸業(yè)的重中之重，在社會發(fā)展中占有很大的比重。鐵路路基是鐵路軌道的基礎，是整個鐵路構造和建設的重要組成部分，它承受著本身的巖土自重以及路基上部軌道的結構重力，對保證鐵路軌道安全和列車正常運行具有關鍵性的作用。在鐵路路基處理方面，必須高度重視，以認真嚴謹?shù)膽B(tài)度，采取水泥攪拌樁技術對鐵路路基進行正確處理。

2鐵路路基處理

社會經濟的發(fā)展在很大程度上促進了社會各行各業(yè)的進步，鐵路運輸事業(yè)作為社會經濟建設的重要組成部分，與人們的生活聯(lián)系密切，對社會整體的前進和發(fā)展有著至關重要的作用。作為鐵路軌道建設的基礎，鐵路路基處理非常重要，對鐵路網建設和社會發(fā)展都有著非常重要的影響。

路基是一種帶狀土工結構物，按照路線位置和一定的技術要求用土或石料進行修筑，是鐵路和公路的路面基礎，與地形地貌和氣候環(huán)境之間有著較為密切的關系，受地質災害影響較深。因此，在路基處理方面必須重視其堅固性和穩(wěn)定性。

路基主要分為一般型和特殊型，一般路基以良好的地質、水文和氣候條件為基礎，結合當?shù)氐牡匦蔚孛蔡卣鬟M行修筑；特殊路基指的是位于不良地質地段或特殊土（巖）地段的路基，受氣候條件等自然因素影響較深，主要包括邊坡滑坡地段路基、巖溶地區(qū)路基、采空區(qū)路基、軟土地區(qū)路基、季節(jié)性凍土地區(qū)路基等。路基是支承軌道和傳遞列車荷載的建筑物，修筑鐵路基本本體、路基防護、加固建筑物、路基支擋建筑物以及路基排水設施的工程，就是鐵路路基工程。

鐵路路基處理是鐵路建設的重要基礎，作為鐵路路基建設的重點和難點，軟弱路基又稱作軟土路基，主要由粘土和粉土等細微顆粒含量多的松軟土、空隙大的有機質土、泥炭以及松散砂等土層構成，由于軟土具有滲透性差、壓縮性大、強度低、變形延續(xù)時間長等特點，修建公路時容易出現(xiàn)沉降過大或者路堤失穩(wěn)的問題。

2.2邊坡滑坡的防治

在鐵路路基工程建設中，路基本體按照橫斷面的形式可以分為路基和路塹，路基本體有一定的路基面寬度和路基邊坡坡度，其中，邊坡坡度的大小與路基本體的穩(wěn)定性有著非常直接的關系。邊坡滑坡是非常的嚴重的地質災害，是影響鐵路路基建設的重要因素。近些年來，邊坡滑坡所帶來的損失僅次于地震和洪水，嚴重危害到了人們的日常生活。

邊坡指的是為保證路基穩(wěn)定，在路基兩側做成的具有一定坡度的坡面，其在形成過程中，內部的應力狀態(tài)發(fā)生變化，引起應力集中和應力重分布等效應，為了適應這種變化，邊坡就會發(fā)生一定程度的變形和破。造成邊坡內部結構和外形發(fā)生變化的內外因素都有，內部因素主要是邊坡形態(tài)、巖土體的構造以及地下水等，來自外界影響的因素則主要是人類的工程活動、振動作用、氣候條件、自然環(huán)境等。

邊坡滑坡是一種嚴重的地質災害，給人們的正常生活和工作帶來巨大的危害，也對社會發(fā)展產生了極為不利的影響，針對路基建設中產生的邊坡滑坡問題，必須采取相關有效措施進行防治。改變邊坡自身形態(tài)能夠減少邊坡可能發(fā)生滑動破壞的下滑力，因此，可以通過改變邊坡自身形態(tài)的方法來預防邊坡滑坡災害的發(fā)生，主要有兩種方法，即削頭減裁和削坡減裁，削頭減裁是將邊坡上部一定范圍內的蓋層或者巖體削掉，從整體上降低邊坡的高度，而削坡減裁則是在一定程度上放緩邊坡的坡度。

排水工程往往是滑坡整治的首要選擇，如果排水溝發(fā)生堵塞現(xiàn)象，將會造成嚴重后果，因此，在排水方面，必須考慮到安全性和可靠性。地表排水要設置外圍截水溝，攔截滑體以外的地表水，阻止其流入滑體，地下排水能夠大大地增加有效應力，降低孔隙水的壓力，提高抗滑力。

支擋工程也是邊坡滑坡防治措施的一種，主要用于改變邊坡形態(tài)和排水不能保證斜坡穩(wěn)定的地方，主要包括抗滑擋墻、抗滑樁加固、錨索抗滑樁加固等。另外，壓迫措施也是一種非常有效的方式，它能夠增加抗滑部分的土重，使滑坡處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

2.3水泥攪拌樁技術的應用

鐵路路基建設是社會經濟建設的重要組成部分，對社會發(fā)展有著不可忽視的作用，作為鐵路路基建設的難點，在20世紀80年代之前，鐵路軟弱路基的處理主要采用砂井等方式，隨著科學技術的進步，軟土路基設計逐漸轉變?yōu)槌两悼刂疲涍^實踐證明，水泥攪拌樁是鐵路軟弱地基的重要手段和方法，在鐵路地基基礎處理中得到廣泛應用。

水泥攪拌樁主要通過攪拌機將軟土和水泥漿強制拌和來達到軟土硬化的目的，來提高鐵路地基的承載力，增大變形模量。從施工工藝上來說，水泥攪拌樁可以分為濕法和干法兩種，濕法又稱漿噴攪拌法，將一定配比的水泥注入到土中攪拌成樁，干法又被稱作粉噴攪拌法，以水泥干粉為主，提高樁間的強度；從操作機械的深淺來說，可以將水泥攪拌樁分為深層攪拌（大于4m）和淺層攪拌（在1～3m之間）兩種。

水泥攪拌樁基于水泥加固土的物理化學原理，在攪拌過程中，水泥和土攪拌越充分，土塊就會粉碎得越小，水泥分布越均勻，水泥土離散性就會越小，從而使鐵路路基的強度越高。水泥攪拌通常比較適用于淤泥、軟粘土以及粉土地層等，在我國一些沿海、沿湖地區(qū)應用也十分廣泛。

3工程概況

某在建高速鐵路工程項目，設計時速為250km/h，全長106.5km。鐵路沿線黃土分布廣泛，有大面積的水田、魚塘和菜地，且大部分為軟弱地基。為了提高地基承載力，防止鐵路路基出現(xiàn)不均勻沉降，采用水泥攪拌樁對軟弱地基進行處理。

處理樁號范圍為DK6+546.8～DK9+619.7，全長3.0729km，共計524根樁。施工中結合當?shù)氐匦闻c軟基特點，按照設計要求進行施工，施工中重點對工藝參數(shù)進行質量控制，并采用鉆孔取芯法、輕型動力觸探法和荷載試驗對工程質量進行檢驗。

3.1水泥攪拌樁強度影響因素

3.11水泥摻入比

水泥攪拌樁的強度隨著水泥摻入比的增加而增強，為了節(jié)約材料，減少施工成本，水泥攪拌樁施工中將水泥摻入比控制在10%～15%，即可滿足施工要求。

3.12水泥土的齡期

水泥攪拌樁強度的增長主要依靠水泥前期水化作用，后期的離子交換作用、化學激發(fā)作用等產生的膠凝產物。因此，隨著齡期的增長，其強度也不斷增長。

3.13水泥標號

水泥攪拌樁強度隨水泥標號提高而提高，水泥標號每提高1個等級，強度提高30%～50%。

3.14土樣含水率

隨著土樣含水率的降低，水泥攪拌樁的抗壓強度不斷增加。實踐證明，當土樣含水率每降低10%，水泥攪拌樁的抗壓強度可提高10%～50%。

3.15有機質含量

試驗表明，有機質含量低的土樣強度明顯高于有機質含量高的土樣。另外，有機質會使土壤呈酸性，對水泥水化反應有一定的抑制作用。

3.16外加劑摻量

在水泥攪拌樁中加入一定比例的外加劑，可提高其

抗壓強度。試驗表明，采用硅粉效果最好、天然浮石粉次之，而石膏對泥土的強度提高效果明顯。

3.17摻加粉煤灰

摻加一定比例的粉煤灰，可以使水泥攪拌樁強度提高10%左右。

3.18土質

不同土質中水泥攪拌樁的強度相差較大，一般黏性土中較軟弱土層中強度高。通過對相同齡期的水泥攪拌樁進行強度試驗，其強度相差接近1倍。

4水泥攪拌樁軟基處理施工技術要點

4.1施工準備

（1）布置施工便道

根據(jù)施工需要，在施工場地內修建1條主便道，與施工場地外其他道路相連通，連通場內外交通，以保證施工車輛、施工材料、施工機具能夠進入施工現(xiàn)場。

（2）施工用電準備

本項目在DK7+560右側紅線外設置變電站1座，配置1臺500KVA變壓器，并準備多臺發(fā)電機備用。

（3）施工場地準備

對施工現(xiàn)場進行清表、碾壓，并做好臨時排水，對魚塘、水田等進行清淤。對局部不利于攪拌機行走或移動的位置鋪填粗粒碎石或架設軌道，為施工設備提供便利。并根據(jù)施工圖紙進行施工放樣，標出路線中心、里程，對每根樁進行編號，并標出樁長。

（4）人員和技術準備

開工前組織施工技術人員對施工圖紙進行審核，復核工程量，并編制施工組織設計方案與相應的施工技術方案。自上而下進行施工技術交底和安全技術交底，并組織特種作業(yè)人員進行技術培訓。

（5）機械設備準備

根據(jù)施工需要選擇機械設備的型號和數(shù)量，施工設備應能夠自動記錄樁長。

4.2確定工藝參數(shù)

水泥攪拌樁施工前應進行試樁施工，并通過試樁確定施工工藝參數(shù)。

（1）將攪拌機的鉆進速度控制在2.0m/min左右，速度提升應控制在1.0m/min左右。

（2）水泥漿的水灰比宜控制在0.45，水泥必須為新日期，在施工中水泥漿必須用砂漿攪拌機攪拌。

（3）制備好的水泥漿應及時使用，存放時間一般不得超過2h。

（4）試樁不少于5根，并采用動力觸探法進行檢驗。

4.3成孔作業(yè)流程

（1）鉆機定位。根據(jù)放樣樁孔位置，操作攪拌機進行定位，保持垂直，并對鉆機進行調平。

（2）制備水泥漿，并開始進行攪拌鉆進。在水泥漿制備完成后方可進行鉆進，并送氣協(xié)助鉆孔。

（3）在鉆進深度接近設計深度時，應降低速度，達到鉆進深度時保持鉆頭鉆動1～2min，然后提升鉆桿并噴漿，并進行二次攪拌。

（4）當鉆頭提升到距離地表50cm時，送漿器即可停止噴漿，成樁結束。

（5）洗管。

（6）重復上述步驟，制作下一根樁。

5水泥攪拌樁施工質量檢驗

5.1鉆孔取芯法

鉆孔取芯法是在整個樁長范圍內進行取芯，并制作試件進行無側限抗壓強度試驗以獲得樁身強度的代表值。本項目共選取了6個區(qū)的24根水泥攪拌樁，并得出以下檢測結果。

（1）6個區(qū)所取的樁完整性均較好，水泥固結效果好，并達到了設計強度。對所取芯樣制作試件并檢測抗壓強度，強度代表值均分布在1.06～1.11MPa，高于設計強度1.00MPa，符合設計要求。

（2） 所檢測樁孔的樁長均符合要求，部分樁長超設計長度0.25～0.45m，少數(shù)樁長較設計長度短0.15～0.25m。

5.2輕型動力觸探法

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)與實踐經驗，水泥攪拌樁產生的最大軸力位置為樁頂以下3～4m，或3倍樁徑范圍內。但檢驗中發(fā)現(xiàn)，這一深度的土層壓力不足，填土層不均勻，對水泥攪拌樁的施工質量影響較大。

因此，在設計與施工中常采用輕型動力觸探法對樁身土層進行檢測。輕型動力觸探檢測應在成樁后7d內，檢測樁數(shù)不少于總數(shù)的1%，且大于3根，樁身承載力特征值不小于500kPa為合格。

5.3荷載試驗

在水泥土攪拌樁成樁養(yǎng)護28d后，對復合地基6個分區(qū)抽取檢測點進行荷載試驗。分別對每個測試點進行分級加載，最終加載至320kPa，為設計地基承載力的2倍。本文選取其中一個檢測點進行說明，其單樁復合地基靜載試驗結果匯總見表1。

通過對試驗統(tǒng)計結果進行分析，實測單樁復合地基承載力特征值大于160kPa，滿足設計與規(guī)范要求。得出以下結論：

（1）設計與施工中應結合水泥攪拌樁強度影響因素，

在整個施工過程中進行嚴格的質量控制；

（2）通過鉆孔取芯法和輕型動力觸探法對水泥攪拌樁進行質量檢測，其強度與樁長符合設計要求；

（3）通過荷載試驗數(shù)據(jù)進行分析，說明通過水泥攪拌樁對鐵路軟基進行處理，可有效提高地基承載力，達到了設計要求。

6結語

近年來，在世界經濟格局以及社會環(huán)境的影響下，我國的社會經濟取得了巨大發(fā)展，鐵路運輸事業(yè)作為城市建設和社會主義市場經濟建設的重要組成部分，與人們的日常生活息息相關，對社會發(fā)展具有不可忽視的重要作用。鐵路路基是鐵路軌道建設的基礎，是列車正常運行的根本保障，是鐵路事業(yè)發(fā)展必須做好的重要前提，水泥攪拌樁技術經濟適用、無振動無污染，并且加固效果較好，其在鐵路路基基礎處理中的應用，對鐵路軌道建設起到了積極有利的作用，給鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展提供了強有力的保障。

參考文獻：

[1]徐海濤.水泥攪拌樁處理鐵路軟弱地基簡述[J].四川建材，2012，38（6）：96-97.

[2]洪輝澤.水泥攪拌樁處理鐵路軟弱地基施工技術[J].黑龍江科技信息，2012（11）：286-286.

[3]劉繼文. 淺談高速公路機電設施維護精細化管理思路探討[J]. 工業(yè)b， 2016（11）： 49.

[4]李鵬，許偉強，王永春. 高速公路機電設備維護維修費用的精細化管理思路探討[J]. 科技資訊， 2015（17）：130.

（作者單位：國家能源集團準能集團公司基建工程管理中心）

作者介紹：安玉海（1975.7.8—）；男；內蒙古自治區(qū)準格爾旗人；蒙古族；本科學歷；工程師；職務：線路專業(yè)工程師；研究方向：鐵道工程。