沿海地區(qū)鐵路軟基施工

中鐵十一局 江蘇省

摘要：鐵路路基的相對(duì)穩(wěn)定對(duì)于火車的安全運(yùn)營(yíng)起著至關(guān)重要的作用，尤其是對(duì)于軟基的處理。鐵路軟基的處理是一項(xiàng)比較系統(tǒng)的工程，需要考慮施工地段的地質(zhì)條件、土質(zhì)以及質(zhì)量檢和施工技術(shù)方案的可靠性。本文將對(duì)我國(guó)沿海鐵路軟基處理施工技術(shù)和質(zhì)量控制進(jìn)行簡(jiǎn)單描述，為促進(jìn)鐵路軟基處理領(lǐng)域快速發(fā)展提供可行性見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：軟基處理；路基承載力；施工技術(shù)；質(zhì)量控制

引言

我國(guó)東南沿海地區(qū)廣泛存在著軟土地基（ 淤泥、淤泥質(zhì)土、軟性黏土），必須對(duì)軟基進(jìn)行處理，使其能滿足工程需要。地處沿海地區(qū)的連鹽鐵路全線路基軟基地段達(dá)80%以上，軟基處理工程量異常巨大，這就需要我們選用適合的施工方法來(lái)對(duì)地基進(jìn)行加固。

一、軟土路基主要處理技術(shù)

1、置換法

利用物理力學(xué)性質(zhì)較好的巖土材料置換天然地基中部分或全部軟弱土體，形成雙層地基或復(fù)合地基，達(dá)到提高地基承載力、減少沉降的目的，包括挖除換填法、拋石擠淤法、強(qiáng)夯置換法等，是鐵路路基淺埋型軟土處理的常用方法，一般處理深度不大于2m，最大處理深度不大于3m。

2、排水固結(jié)法

排水固結(jié)法是從20 世紀(jì)50 年代就開(kāi)始用于鐵路軟基加固的傳統(tǒng)方法，主要用于時(shí)速200 公里及以下新建鐵路軟土地基處理。它是利用一定外荷載（路基填土、超載預(yù)壓、超載和真空聯(lián)合預(yù)壓等）及排水通道（砂墊層、砂井、塑料排水帶等）使飽和軟土排水固結(jié)，提高其強(qiáng)度、承載力，減小工后沉降。

3、復(fù)合地基法

復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料而形成的地基。鐵路軟土地基處理采用了碎石樁、水泥攪拌樁、高壓旋噴樁；柔性樁（半剛性）樁復(fù)合地基，及CFG 樁、素混凝土樁、高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁等剛性樁復(fù)合地基技術(shù)，結(jié)合鐵路工程建設(shè)對(duì)這兩類復(fù)合地基的工作性狀、設(shè)計(jì)方法、加固深度、施工工法及質(zhì)量控制和檢驗(yàn)方法以及沉降控制效果等開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究。加固深度方面，攪拌樁處理深度一般控制在15m 以內(nèi)；高壓旋噴樁控制在30m 以內(nèi)；CFG樁控制在20m 以內(nèi)；沿海鐵路預(yù)應(yīng)力管樁最大處理深度達(dá)到了48m。對(duì)布袋注漿樁、大直徑現(xiàn)澆薄壁管樁、碎石注漿樁、載體樁等復(fù)合地基技術(shù)，袖筏管注漿加固軟基技術(shù)等，也開(kāi)展試驗(yàn)研究和實(shí)際運(yùn)用。為充分發(fā)揮剛性樁樁身強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，通常在樁頂設(shè)置樁帽（管樁）或擴(kuò)大樁頭（CFG 樁），各類復(fù)合地基均在樁頂以上設(shè)置加筋碎石墊層，以起到調(diào)整應(yīng)力分布，均化地基沉降的目的。

二、沿海地區(qū)軟基的主要施工技術(shù)

東南沿海局部灘涂弱谷相淤泥強(qiáng)度極低（?u=2 o -3o、Cu=3-4kPa、Ps=0.2-0.4Mpa），最大天然含水量高達(dá)90%，這就決定了我們用一般的處理軟基方法并不是最好的處理方式，這里我們主要采用復(fù)合地基法。

2.1釘型雙向攪拌水泥粉噴樁

2.1.1 釘型雙向水泥攪拌粉噴樁工藝原理

雙向攪拌粉噴樁是指：改裝普通粉噴樁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)增加圓形內(nèi)鉆桿和內(nèi)鉆桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)；內(nèi)鉆桿底部裝一層平刀片，方形外鉆桿改一層螺旋刀片為兩層平刀片；刀片水平方向與水平面成一定角度的夾角，夾角的度數(shù)根據(jù)土層破碎情況現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。施工中利用高壓風(fēng)將水泥粉送入地下，通過(guò)樁機(jī)內(nèi)外鉆桿的葉片旋轉(zhuǎn)、切削作用，強(qiáng)制攪拌、破碎充分混合水泥粉和原位地基土，使兩者之間發(fā)生一系列物理-化學(xué)反應(yīng)，在短期內(nèi)使原來(lái)的軟土地基變成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土樁，其與樁間原位土形成復(fù)合地基，從而提稿地基承載力，減小地基的沉降，達(dá)到加固地基的目的。

2.1. 2 施工工藝

a.釘型雙向攪拌機(jī)樁機(jī)定位，移動(dòng)到指定樁位并對(duì)中。

b.啟動(dòng)雙向攪拌樁施工機(jī)械，調(diào)整攪拌葉片完全展開(kāi)至擴(kuò)大頭直徑（0.9m），機(jī)械沿導(dǎo)向架向下觸土，下面一組葉輪旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制切土，同時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)記錄儀，空壓機(jī)送氣，開(kāi)始鉆進(jìn)。通過(guò)固連在葉片上的噴嘴向土體中高壓噴水泥粉，促使固化材料就地黏附在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生空隙的土中旋轉(zhuǎn)到半周，上面一組葉輪旋轉(zhuǎn)攪拌，把土御粉攪拌混合在一起，保證攪拌均勻。這樣兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌樁機(jī)持續(xù)下沉完成擴(kuò)大頭端的“攪、噴、拌”過(guò)程，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度。送灰時(shí)，壓力保持在0.4-0.6Mpa左右。

c.變徑噴粉攪拌下沉：在擴(kuò)大頭底部位置處，改變內(nèi)、外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，通過(guò)反向旋轉(zhuǎn)外鉆桿，調(diào)整攪拌機(jī)葉輪工作半徑，攪拌葉片調(diào)整為樁下部直徑（0.5m），攪拌樁機(jī)沿導(dǎo)向架向下觸土，葉輪被帶動(dòng)反向旋轉(zhuǎn)強(qiáng)制切土，調(diào)整噴粉速度和噴粉量，向土體中旋噴水泥粉。下面葉輪旋轉(zhuǎn)切土并噴粉，上面葉輪旋轉(zhuǎn)攪拌保證噴粉均勻，攪拌樁機(jī)持續(xù)下沉至根部樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高，完成根部樁的“攪、噴、拌”過(guò)程。送灰時(shí)，壓力保持在0.4-0.6Mpa左右。

d.提升攪拌：

關(guān)閉送粉裝置，準(zhǔn)備樁機(jī)提升，攪拌葉片保持下部樁成樁時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向，兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到下部的外鉆桿葉片位于擴(kuò)大頭端標(biāo)高以下0.5m左右處，開(kāi)啟送粉閘，固連在葉片上的噴嘴向該處土體中復(fù)噴水泥粉，逐步提升至擴(kuò)大頭端，保證應(yīng)力集中作用下變截面薄弱環(huán)節(jié)的安全。在鉆桿提升過(guò)程中，應(yīng)送氣，壓力保持在0.2-0.3Mpa左右，主要目的是防止噴灰口堵塞。

e伸展葉片：

保證送粉閘開(kāi)啟狀態(tài)，改變外鉆桿的旋轉(zhuǎn)方向，將外鉆桿攪拌葉片打開(kāi)到擴(kuò)大頭端樁體直徑，噴嘴復(fù)噴水泥粉，攪拌樁機(jī)提升，兩組葉片同時(shí)旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，直到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm。

f.下沉復(fù)攪：

鉆桿上鉆頭沿導(dǎo)向架向下切土，保持葉片展開(kāi)大樁直徑狀態(tài)鉆頭上兩組葉片同時(shí)正、反向旋轉(zhuǎn)切割、攪拌土體，攪拌機(jī)持續(xù)下沉，直到擴(kuò)大頭設(shè)計(jì)深度（f步驟），完成“復(fù)攪”過(guò)程。

g.提升復(fù)攪：

保持旋轉(zhuǎn)方向，鉆頭上兩組葉片同時(shí)正反向旋轉(zhuǎn)攪拌水泥土，在大樁樁底面處提升攪拌樁機(jī)的導(dǎo)向架，再次提升“復(fù)攪”，到地表或設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上50cm，完成單樁施工（g、h步驟）。

h.鉆機(jī)移位：

關(guān)閉攪拌機(jī)械移位至下一樁位。當(dāng)內(nèi)鉆桿鉆頭提離原地面10cm后，先將外鉆桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后將內(nèi)鉆桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 CFG樁

2.2.1 CFG 樁的加固機(jī)理

CFG 樁（ Cement Fly ing- ash Gr av el pile），意為水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。通過(guò)調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)在C5～C25 之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG 樁和樁間土一起，通過(guò)褥墊層形成CFG 樁復(fù)合地基共同工作，故可根據(jù)復(fù)合地基性狀和計(jì)算進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。CFG 樁一般不用計(jì)算配筋，并且還可利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作摻合料，進(jìn)一步降低了工程造價(jià)。CFG 樁的適用范圍很廣。在砂土、粉土、黏土、淤泥質(zhì)土、雜填土等地基均有大量成功的實(shí)例。CFG 樁對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏基都適用。

2.2. 2 CFG 樁的施工

應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選用施工工藝

1）長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注成樁，適用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密實(shí)以上的樁土。2）長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁，適用于黏性土、粉土、砂土，以及對(duì)噪聲或泥漿污染要求嚴(yán)格的場(chǎng)地。3）振動(dòng)沉管灌注成樁，適用于粉土、黏性土及素填土地基。

材料要求

1）混凝土、混凝土外加劑和摻合料：緩凝劑、粉煤灰，均應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，其摻量應(yīng)根據(jù)施工要求通過(guò)試驗(yàn)室確定。2）嚴(yán)格按照配合比配制混合料。3）長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工的坍落度宜為160 mm～ 200 mm，振動(dòng)沉管灌注樁成樁施工的坍落度宜為30 mm～ 50 mm，振動(dòng)沉管灌注成樁后樁頂浮漿厚度不宜超過(guò)200 mm。4）長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料成樁施工在鉆至設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)準(zhǔn)確掌握提拔鉆桿時(shí)間，混合料泵送量應(yīng)與拔管速度相配合，遇到飽和砂土或飽和粉土層，不得停泵待料；沉管灌注成樁施工拔管速度應(yīng)按勻速控制，拔管速度應(yīng)控制在1. 2 m/ min～ 1. 5 m/ min 左右，如遇淤泥或淤泥質(zhì)土，拔管速度應(yīng)適當(dāng)放慢。

結(jié)束語(yǔ)

連鹽鐵路客運(yùn)專線軟基采用了釘型雙向攪拌水泥粉噴樁進(jìn)行處理，有效地改善了軟土路基的承載力，經(jīng)監(jiān)測(cè)復(fù)合地基承載力和路基工后沉降，均滿足設(shè)計(jì)的需要。通過(guò)在連鹽鐵路中的運(yùn)用，東南沿海地區(qū)客運(yùn)專線軟基處理的施工方法發(fā)展得更為成熟，為今后同類工程的施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬愛(ài)萍. 處理軟土地基路基的施工方法探討[ J] . 山西建筑，2008，34（ 9）：309- 310.

[2]《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》（ CJJ37 - 2012）