高铁路基基底处理加固技术分析
2015-06-30
1 概述
随着国民经济建设的发展，我国高速铁路的建设也在快速发展。铁路线路跨越的地域宽广，施工中经常遇到多种多样的软弱土和不良土，其物理参数因种类不同而具有极大的差别。由于路基变形对铁路运营期间会造成了较大的危害，影响行车安全和乘车舒适性，增大了线路的养护维修量。因此，地基处理的要求越来越高，越来越迫切。地基处理方法有很多，随着技术的发展，各种新技术、新方法应用到地基处理中来。笔者经过几年高速铁路施工实践，总结了成功的经验，为地基处理的设计和施工提供了部分依据。
路基地基有竖直荷载下的破坏形式和竖直与水平荷载下共同作用破坏形式两种，其中竖直荷载下的破坏形式有下面四种类型：一是发生在密实砂土、浅埋基础上的整体的破坏形式；二是松软地基，埋深较大的局部剪切的破坏形式；三是松软地基，埋深较大的局部冲剪的破坏形式；四是饱和松砂在地震荷载的作用下，由于超静孔隙水压力上升，其有效应力丧失，土体发生液化的破坏形式。竖直和水平荷载下的地基破坏形式有两种类型：一是表层滑动；二是深层滑动。路基地基的问题能否正确处理，关系到整个的工程质量、行车安全以及乘客的舒适性，因此其重要性是至关重要的。
2 地基处理方法的分类及应用
根据不同类型的软弱地基及工后沉降的要求，经过长期工程实践和不断总结已形成了多种类型的地基处理方法：对于浅层软弱地基采用换填碾压处理或换填砂垫层处理；对于深层软基的主要地段采用袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压等处理方法；对于工后沉降要求高及路桥过渡段，根据地质条件和经济对比，采用了砂桩、碎石桩、
粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等多种地基处理方法；对于地震液化的粉土或粉细砂层的地基段，采用地基挤密砂桩处理方法。
由于受篇幅所限，本文仅就近年新兴发展起来的现浇混凝土筒桩法进行叙述，其他常规地基处理技术不再赘述。
3 高速铁路路基基底的处理技术
3.1 现浇混凝土筒桩法
3.1.1 原理
筒桩根据设计的壁厚，制成由内、外两层钢套管所组成的成孔器，内外护筒间净距等于设计的壁厚，套管上部特制的振动锤与机械相连接，成孔器与桩尖一起振动下沉，在成圆筒形孔的同时同步从内筒芯自动排出土体。在达到设计标高后，从内外筒间浇筑混凝土，通过拔管和振动，使筒桩成型。
3.1.2 施工设备
筒桩施工机具由桩架和成孔器组成，成孔器由高频振动锤、夹持器、环形桩尖、混凝土受料槽、桩管（内管、外管）及辅助设备等组成。
3.1.3 施工工艺
施工工艺流程如下：整平施工场地→筒桩测量放样→桩尖预制及埋设→桩机固定就位→振动沉管→浇注拔管→桩机移位。
3.1.4 筒桩法特点
筒桩是在沉管灌注桩的基础上所改进发展而成的一种新桩型，具有施工简易方便、可操作性强、便于施工质量控制、造价经济等优点。
3.1.5 注意事项
筒桩施工顺序，应依据桩密集强度，自中间向两个方向对称进行，按桩底设计标高，先深后浅，先长后短；成孔器与桩尖的密封要密实，严禁漏水、漏泥；成孔时应观测桩顶和地面是否存在隆起及水平位移，若发现应及时调整，必要时及时采取纠偏措施；当成孔器安装完毕之后，套上桩尖方可加压振动沉孔，在沉孔过程中，应密切注视沉孔速度的变化，遇到强硬土层，不得过度加压沉孔，以避免桩尖及成孔器的损坏，同时应注意保持正常的垂直度，保持成孔器的顶部排土出口畅通无阻；混凝土浇注及抽拔管，首先要严格按照实验室配合比配料，边振动边抽拔时，控制抽拔的速度，防止混凝土过震，使混凝土产生离析，同时也要防止拔管过快，造成断桩；混凝土的浇注中，严格控制好塌落度，必要时可采用混凝土输送泵浇注，混凝土试块每工作台班不少于一组；沉桩开始激振时，应保持成孔器内孔管垂直、位置正确，成孔器得下放速度应慢，遇地质变化时，可根据电流值的变化及时调整，防止成孔倾斜；盖板混凝土强度达到70％时，即可进入路基填筑施工。
3.1.6工程验收
桩身完成后须进行单桩检验，检查桩顶标高、中心位置、桩体垂直度、浇注混凝土试件强度等指标；筒桩完成后筒壁应完整无损，按桩数抽取1％～2％进行筒内的挖土观察，并在筒壁取样，检查混凝土的密实性；筒桩整体混凝土灌注质量须采用动力测试，按现行小应变测试规程执行，因筒桩属空心管型桩，故动测时需要在桩体上取4 个点；对筒桩的承载力实验，采用单桩和群桩共同实验，采取静载实验，在桩顶盖板安装处理后进行；在对主要受水平荷载作用的筒桩进行抗弯能力评价时，亦可按现行国家对单桩水平静载试验规范的要求进行现场水平推力试验。
4 结论
根据施工经验与教训，在路基地基处理中应当做好以下几方面工作，才能满足设计和规范要求。一是认真的了解地基处理对象。地基结构物的荷载所引起的地基应力是随着深度的增加而减小的，最后减小趋近于零。所以，在大道一定深度的土层即为结构物的主要受力层。在通常情况下，地基的稳定与变形主要取决于该深度内的土层的力学性能。若该土层的力学性能指标不能够满足结构物对地基承载能力的要求，则必须对该地基进行处理。二是地基的处理方法选用原则。各种地基处理的方法都有各自的局限性和优缺点，没有一种方法是万能的。具体的工程情况非常复杂、千变万化，各个工程间地基条件差别非常大。因此，对每一具体的工程都要进行具体细致的分析，应从地基情况、设计要求、工程造价等多方面进行综合比选，达到确定相对最佳地基处理方法的目标。在确定地基处理方法的时候，还需要注意节约能源，环境保护，避免由于地基处理而使水源产生污染，尽量减少振动器等高噪声设备对周围环境产生的不良影响。三是施工过程中的控制。地基处理前应详细了解该项目所在地的地基处理的类似工程的施工情况，施工前和施工过程中应严格进行地质核查，大规模施工前需选择代表性的区段进行工艺性试验，以确定施工工艺参数，地基处理施工完后，必须按相应规范要求进行质量检测，满足工程设计要求。此外还应进行工程总结，为以后的相似项目提供经验，为设计者提供一定的借鉴作用。
